Адресация в IP-сетях

Каждый компьютер в сети имеет адреса трех типов:

• Физический (МАС-адрес) - локальный адрес узла, определяемый технологией, с помощью которой построена отдельная сеть, в которую входит данный узел. Для узлов, входящих в локальные сети - это МАС-адрес сетевого адаптера, например, 11-А0-17-3D-BC-01. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами, так как управляются централизовано. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС-адрес имеет формат 6 байтов (48 бит): старшие 3 байта - идентификатор фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем.

• Сетевой (IP-адрес) - состоящий из 4 байт, например, 109.26.17.100. Этот адрес используется на сетевом уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Network Information Center, NIC). Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Узел может входить в несколько IP-сетей. В этом случае узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом, IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

• Символьный (DNS –имя) - этот адрес назначается администратором и может состоять из нескольких частей - имени машины, имени организации, имени домена, например - Genher, Maxx. Такой адрес используется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet.

Стек протоколов TCP/IP работает с сетевыми (IP-адрес) адресами. IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме, и разделенных точками, например: 128.10.2.3 - традиционная десятичная форма представления адреса, 10000000 00001010 00000010 00011110 - двоичная форма представления этого же адреса в битах. Также IP-адрес принято разбивать на 4-ре октета, состоящего из 8-ми бит (следовательно, длина IP-адреса 8*4=32 бита), соответственно каждый октет при переводе в десятичную форму может быть записан в диапазоне от 0 до 255, т.к. 2⁸=256.

IP-адрес состоит из двух частей: адреса сети и номера хоста (узла). Под хостом понимают один компьютер, подключенный к сети. Существует 5 классов IP-адресов. Эти классы отличаются друг от друга количеством битов, отведенных на адрес сети и адрес хоста (узла, пользователя, компьютера) в сети. На рисунке 2.1 показаны эти пять классов.

Рисунок 2.1 – Классы IP-адресов

Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла, определяется значениями первых битов адреса:

• Сети класса А предназначены главным образом для использования с несколькими очень крупными сетями, т.к. они обеспечивают всего 7 битов для поля адреса сети. Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А, и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. (Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специальных целей).

• Сети класса В выделяют 14 битов для поля адреса сети и 16 битов для поля адреса хоста. Этот класс адреса обеспечивает хороший компромисс между адресным пространством сети и хост. Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В и является сетью средних. В сетях класса В под адрес сети и под адрес узла отводится по 16 битов, то есть по 2 байта.

• Сети класса С выделяют 22 бита для поля адреса сети. Однако сети класса С обеспечивают только 8 битов для поля адреса хост, поэтому число главных вычислительных машин, приходящихся на сеть, может стать ограничивающим фактором. Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С. Под адрес сети отводится 24 бита, а под адрес узла - 8 битов.

• Адреса класса D резервируются для групп с многопунктовой адресацией (в соответствии с официальным документом RFC 1112). В адресах класса D четыре бита наивысшего порядка устанавливаются на значения 1, 1, 1 и 0. Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес - multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.

• Адреса класса Е также определены IP, но зарезервированы для использования в будущем. В адресах класса Е все четыре бита наивысшего порядка устанавливаются на 1. Если адрес начинается с последовательности 11110, то это адрес класса Е, он зарезервирован для будущих применений.

В таблице 2.1 приведены диапазоны номеров сетей, соответствующих каждому классу сетей.

Таблице 2.1 – Диапазоны адресов сетей в соответствии с классовой адресации

В протоколе IP существует несколько соглашений об особой интерпретации IP-адресов:

• если IР-адрес состоит только из двоичных нулей, то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет;

• если в поле номера сети стоят 0, то по умолчанию считается, что этот узел принадлежит той же самой сети, что и узел, который отправил пакет;

• если все двоичные разряды IP-адреса равны 1, то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковещательным сообщением (limited broadcast);

• если в поле адреса назначения стоят сплошные 1, то пакет, имеющий такой адрес, рассылается всем узлам сети с заданным номером. Такая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast);

• адрес 127.0.0.1 зарезервирован для организации обратной связи при тестировании работы программного обеспечения узла без реальной отправки пакета по сети. Этот адрес имеет название loopback.