IP-адреса. Классы IP-адресов.

 

IP-адрес состоит из четырех байтов и делится на две части: сетевую и машинную. Первая часть обозначает логическую сеть, к которой относится адрес, а вторая идентифицирует конкретный компьютер в сети.

По соглашению IP-адреса записываются в виде группы десятичных чисел (по одному на каждый байт), разделенных точками. Например, IP-адрес конкретной машины может выглядеть как 128.138.240.1. Левый байт — старший и всегда является компонентом сетевой части адреса

Если первым байтом адреса является число 127, оно обозначает интерфейс обратной связи — фиктивную сеть, не имеющую реального аппаратного интерфейса и состоящую только из локальной машины. Адрес 127.0.0.1 всегда ссылается на текущую машину; ее символическое имя — localhost.

IP-адрес и другие параметры сетевого интерфейса задаются командой ifconfig в OC семейства UNIX и командой ipconfig в OC семейства Windows.

Классы IP-адресов.

Исторически IP-адреса группировались в классы, определявшиеся на основании первых битов самого левого байта. Классы отличались распреде­лением байтов адреса между сетевой и машинной частями. Современные маршрутизаторы используют явные маски для задания сетевой части адреса, причем компоненты адреса могут разделяться по границе отдельных битов, а не обязательно байтов. Тем не менее, традиционные классы все еще используются по умолчанию, если не предоставлена явная маска.

Классы А, В и С обозначают обычные IP-адреса; классы D и Е применяются при групповой адресации и в исследовательских целях.

В табл. 1 представлены характеристики каждого класса адресов. Сетевая часть адреса обозначена буквой С, а машинная — буквой М.

 

Таблица 1. Классы IP-адресов.

 

Класс	Первый байт	Формат	Комментарии
А	1-127	С.М.M.M	Самые ранние сети или адреса, зарезерви­рованные для Министерства обороны США. Значение 127 зарезервировано для адресов обратной связи.
В	128-191	С.С.М.М	Крупные организации, обычно с подсетя­ми; адреса данного класса почти полно­стью заняты.
С	192-223	С.С.С.М	Небольшие организации; адреса данного класса получить сравнительно легко.
D	224-239	-	Групповые адреса, не назначаются на по­стоянной основе
Е	240-254	-	Экспериментальные адреса

 

Значения 0 и 255 для обычных IP-адресов не используются. Значение 127 зарезервировано для адресов обратной связи.

 

Организация подсетей.

 

В редких случаях в состав локальной сети входит более 500 компьютеров. По этой причине полезность адресов класса А и класса В (которые допускают наличие в одной сети соответственно 16777214 и 65534 машин) весьма сомнительна. К примеру, 126 адресов класса А занимают половину доступного адресного пространства.

Большинство организаций, имеющих эти адреса, пользуются улучшенным вариантом схемы адресации, в которой применяются подсети. Здесь некоторая доля машинной части адреса "заимствуется" для расширения сетевой части. Например, четыре байта адреса класса В обычно интерпретируются как С.С.М.М. При наличии подсети третий байт также отводится под номер сети, а не номер машины, поэтому формат адреса становится таким: С.С.С.М. Это превращает один сетевой адрес класса В в 256 сетей, подобных сетям класса С, в каждую из которых может входить 254 компьютера.

Переназначение адресов производится с помощью команды ifconfig в OC семейства UNIX и команды ipconfig в OC семейства Windows, которая назначает сетевому интерфейсу так называемую маску подсети. Каждый бит маски, соответствующий сетевой части IP-адреса, равен 1, а биты машинной части равны 0. Например, маска для адреса класса С будет иметь вид 255.255.255.0 в десятичной системе и 0xFFFFFF00 — в шестна­дцатеричной. Ядро, как правило, использует класс адреса для того, чтобы выяснить, какие биты относятся к сетевой части. Если задается явная маска, то эта функция просто отменяется.

Граница между сетевой и машинной частями адреса не обязательно приходится на границу байта, но чаще всего бывает именно так. Биты сетевой части должны быть смежными. Конфигурация вида С.С.М.С раньше допус­калась, хотя и не была распространена. Сегодня подобный формат адреса недопустим.

Сетевые маски, не оканчивающиеся на границе байта, труднее декоди­ровать. Они обычно записываются в виде суффикса /XX, где XX — число битов в сетевой части адреса (длина маски). Например, адрес 128.138.243.0/26 обозначает первую из четырех сетей с общим компонентом адреса 128.138.243. В трех других сетях последний байт адреса идентифицируется значениями 64, 128 и 192. Сетевая маска, связанная с этими сетями, имеет вид 255.255.255.192. или 0xFFFFFFC0. В двоичном представлении это 26 единиц, за которыми следуют шесть нулей.

В сети с длиной маски /26 для нумерации узлов отводится 6 битов (32 — 26 = 6). Таким образом, появляется возможность задать 64 адреса (2⁶ = 64). В действительности можно использовать 62 адреса, поскольку адреса, состоящие из всех нулей и всех единиц, зарезервированы (соответ­ственно для адреса самой сети и для широковещательного режима).

Манипулировать всеми этими битами в голове трудно, но есть ряд приемов, позволяющих упростить вычисления. Число узлов в сети и значение последнего байта сетевой маски в сумме всегда дают 256: последний байт сетевой маски = 256 — размер сети

К примеру, в рассмотренном выше случае 256 — 64 = 192 — это послед­ний байт маски. Другое правило гласит, что значение последнего байта фактического сетевого адреса (не сетевой маски) должно нацело делиться на число узлов в сети. В описываемом примере последние байты равны 0, 64, 128 и 192 — каждое из этих чисел делится нацело на 64.

Старшие два бита последнего байта адреса могут принимать значения 00, 01, 10 и 11. Таким образом, сеть 128.138.243.0/24 может быть разделена на четыре сети /26:

5. 128.138.243.0/26 (0 - 00 000000);

6. 128.138.243.64/26 (64 - 01 000000).

7. 128.138.243.128/26 (128 - 10 000000);

8. 128.138.243.192/26 (192 - 11 000000).

Выделенные полужирным шрифтом биты последнего байта каждого адреса относятся к сетевой части этого адреса.

Имея конкретный IP-адрес (допустим, 128.138.243.100), невозможно сказать, не узнав сетевую маску, каким будет адрес сети и широковещатель­ный адрес. В табл. 2 представлены возможные варианты для масок /16 (выбирается по умолчанию для адресов класса В), /24 и /26 (наиболее реалистичное значение, если учитывать нехватку адресов в сети).

 

Таблица 2. Пример расшифровки IP-адреса

 

IP-адрес	Сетевая маска	Сетевой адрес	Широковещательный адрес
128.138.243.100/16	255.255.0.0	128.138.0.0	128.138.255.255
128.138.243.100/24	255.255.255.0	128.138.243.0	128.138.243.255
128.138.243.100/26	255.255.255.192	128.138.243.64	128.138.243.127

 

Исходный документ RFC950, посвященный IP-подсетям, не разрешал использовать первый и последний адреса подсети (состоящие из всех нулей и всех единиц соответственно), что в нашем примере привело бы к исключению половины подсетей: с адресами 0 и 192. Однако впоследствии выяснилось, что данный запрет не имеет оснований, поэтому на практике данные адреса подсетей используются повсеместно. Данный запрет актуален только для машинной части IP-адреса.

Сетевой (все нули) и широковещательный (все единицы) адреса сокращают число узлов в каждой подсети на 2, поэтому в сети минимального размера формально будет 4 узла: 2 реальных, соединенных напрямую, и 2 фиктивных (сетевой и широковещательный адреса). Для создания подобной сети необходимо выделить под машинную часть адреса 2 последних бита, а под сетевую – 30 бит в начале адреса, т.е. суффикс адреса будет /30, а сетевая маска – 255.255.255.252.

Сетевые маски понятны компьютерам в локальной сети, но глобальной сети они неизвестны и в ней адреса интерпретируются в соответствии с заложенными в них классами.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Применение описанной (первоначальной) схемы выделения адресов привело к возникновению ряда проблем.

Во-первых, при существующих темпах развития адресное пространство класса B (наиболее востребованное организациями умеренного размера) окажется исчерпанным в течение 5-7 лет.

Во-вторых, таблицы маршрутизации серверов, управляющих Интернет-магистралями, стали настолько большими, что появились опасения относительно нехватки памяти на маршрутизаторах.

В-третьих, IP-адреса выделялись в порядке обращения за ними, абсолютно не учитывая информацию о местоположении адресата. Таким образом, «соседние» IP-адреса могли находиться как в пределах одной организации, так и на разных континентах.

Для решения данных проблем было предложено два варианта.

Первый вариант, ориентированный на ближайшее будущее, – протокол CIDR (Classless Inter-Domain Routing – бесклассовая междоменная маршрутизация). Он предусматривал изменение принципов управления существующими четырехбайтовыми адресами и упрощение таблиц маршрутизации за счет введения понятия смежности.

Второй вариант, разработанный на долгосрочную перспективу, представляет собой протокол IPv6 – следующее поколение протокола IP, в котором увеличена длина адреса и учтен ряд других ошибок, выявленных в процессе эксплуатации протокола IP.

Подробнее реализация CIDR, IPv6 и других вариантов преодоления кризиса IP-адресов будет рассмотрена в следующей лекции.