Теоретические сведения. Тема:Адресация в IP-сетях

Практическая работа №6

Тема: Адресация в IP-сетях

Цель:

- закрепление знаний об IP-адресации;

- формирование практических навыков определения классов IP-адресов и разбиения сети на подсети;

Вид работы: индивидуальный

Время выполнения: 4 часа.

Теоретические сведения

Каждый компьютер в сети TCP/IP имеет адреса трех уровней:

- 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 или порта маршрутизатора, 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: старшие 3 байта - идентификатор фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем. Для узлов, входящих в глобальные сети, такие как Х.25 или frame relay, локальный адрес назначается администратором глобальной сети.

- 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), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно провайдеры услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений NIC, а затем распределяют их между своими абонентами.

Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети и номера узла - гибкое, и граница между этими полями может устанавливаться весьма произвольно. 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 идентификатор-имя, например, SERV1.IBM.COM. Этот адрес назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес, называемый также DNS-именем, используется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet.

IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел (октетов), представляющих значения каждого байта в десятичной форме, и разделенных точками, например:

128.10.2.30 - традиционная десятичная форма представления адреса,

10000000 00001010 00000010 00011110 - двоичная форма представления этого же адреса.

Адрес состоит из двух логических частей - номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла, определяется значениями первых битов адреса:

- 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, о чем будет сказано ниже.) В сетях класса А количество узлов должно быть больше 2¹⁶, но не превышать 2²⁴.

- Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В и является сетью средних размеров с числом узлов 2⁸ - 2¹⁶. В сетях класса В под адрес сети и под адрес узла отводится по 16 битов, то есть по 2 байта.

- Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С с числом узлов не больше 2⁸. Под адрес сети отводится 24 бита, а под адрес узла - 8 битов.

- 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.

- Если адрес начинается с последовательности 11110, то это адрес класса Е, он зарезервирован для будущих применений.

В таблице 3 приведены диапазоны номеров сетей, соответствующих каждому классу сетей.

Таблица 3 - Классы IP-адресов

Помимо классов, IP-адреса делятся на категории, предназначенные для одноадресных, широковещательных или многоадресных рассылок. С помощью IP-адресов узлы могут обмениваться данными в режиме «один к одному» (одноадресная рассылка), «один ко многим» (многоадресная рассылка) или «один ко всем» (широковещательная рассылка).

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.

Уже упоминавшаяся форма группового IP-адреса - multicast - означает, что данный пакет должен быть доставлен сразу нескольким узлам, которые образуют группу с номером, указанным в поле адреса. Узлы сами идентифицируют себя, то есть определяют, к какой из групп они относятся. Один и тот же узел может входить в несколько групп. Такие сообщения в отличие от широковещательных называются мультивещательными. Групповой адрес не делится на поля номера сети и узла и обрабатывается маршрутизатором особым образом.

В протоколе IP нет понятия широковещательности в том смысле, в котором оно используется в протоколах канального уровня локальных сетей, когда данные должны быть доставлены абсолютно всем узлам. Как ограниченный широковещательный IP-адрес, так и широковещательный IP-адрес имеют пределы распространения в интерсети - они ограничены либо сетью, к которой принадлежит узел - источник пакета, либо сетью, номер которой указан в адресе назначения. Поэтому деление сети с помощью маршрутизаторов на части локализует широковещательный шторм пределами одной из составляющих общую сеть частей просто потому, что нет способа адресовать пакет одновременно всем узлам всех сетей составной сети.

Подсеть (subnet) – физический сегмент TCP/IP сети, в котором используются IP-адреса с общим идентификатором сети (рис. 45). Использование подсетей имеет ряд преимуществ:

- Совместное использование различных сетевых технологий в разных подсетях (Ethernet, Token Ring)

- Уменьшение нагрузки на сеть путем уменьшения числа широковещательных запросов.

Рис. 45 - Разбиение сети на подсети

Чтобы разделить сеть на несколько подсетей необходимо использовать различные идентификаторы подсети для каждого сегмента (табл. 4). Для этого требуется разбить идентификатор узла общей сети на две группы разрядов (бит)

- первая служит для идентификации подсети (S)

- вторая для идентификации конкретного хоста в подсети (H)

Таблица 4 - Идентификаторы сети при разбиении на подсети

Для разделения сети на подсети используется следующий алгоритм:

I. Определение маски подсети

1. Необходимо определить число разрядов в идентификаторе подсети – S. Используется следующее правило:

N = 2^S

N – число подсетей в общей сети

S – число разрядов в идентификаторе подсети

Делим сеть на две подсети:

2=2¹=> S = 1

2. К уже имеющимся в стандартной маске сети единицам (8 единиц в классе A, 16 - в классе B, 24 - в классе C) допишите S единиц подряд.

Сеть класса А: 11111111.10000000.00000000.00000000

Сеть класса B: 11111111.11111111.10000000.00000000

Сеть класса C: 11111111.11111111.11111111.10000000

3.Запишите полученное число на месте ID-хоста в маске, определяющей общую сеть (альтернативный вариант записи маски сети - через дробь к IP адресу записывается число равное количеству единиц в двоичной записи маски)

Сеть класса A: 255.128.0.0 => /9

Сеть класса B: 255.255.128.0 => /17

Сеть класса С: 255.255.255.128 => /25

II. Определение адресов подсетей

Адрес сети (подсети) – адрес в котором ID-хоста заменяется нулями. Для задания идентификаторов подсетей используется то же число разрядов S, что и для соответствующей маски

Запишите все двоичные числа, образованные изменением S разрядов.

Запишите полученное число на месте ID-хоста в адресе общей сети.

Сеть класса A: 00000000.00000000.00000000 => 0.0.0

10000000.00000000.00000000 => 128.0.0

Подсети: W.0.0.0

W.128.0.0

Сеть класса В: 00000000.00000000 => 0.0

10000000.00000000 => 128.0

Подсети: W.X.0.0

W.X.128.0

Сеть класса С: 00000000 => 0

10000000 => 128

Подсети: W.X.Y.0

W.X.Y.128

III. Определение диапазонов адресов для узлов подсети

Начало диапазона – увеличенный на 1 адрес подсети

Конец диапазона – уменьшенный на 2 адрес следующей возможной подсети (все 0 в адресе хоста – адрес сети; все 1 в адресе хоста – широковещание)

Сеть класса A: W.0.0.1 - W.127.255.254

W.128.0.1 - W.255.255.254

Сеть класса В: W.X.0.1 - W.X.127.254

W.X.128.1 - W.X.255.254

Сеть класса C: W.X.Y.1 - W.X.Y.126

W.X.Y.129 - W.X.Y.254

IV. Определение количества хостов подсети

1. Запишите маску подсети и определите число разрядов в идентификаторе узла – H (нулей в двоичной записи маски сети)

Сеть класса B: 255.255.128.0 => /9 => H = 23

Сеть класса B: 255.255.128.0 => /17 => H = 15

Сеть класса C: 255.255.255.128 => /25 => H = 7

2. Число возможных адресов M = 2^H

3. Число доступных адресов M_д = 2^H -2 (все 0 в адресе хоста – адрес сети; все 1 в адресе хоста – широковещание)