Корректные идентификаторы узлов в сети

Лабораторная работа №8

Назначение IP- адреса. Деление сети на подсети.

Цель работы: Изучить основы функционирования протокола TCP/IP (IP-адрес, маска подсети, основной шлюз); изучить классы IP- адресов; назначение IP- адресов.

IP-адрес

IP – адрес определяет местоположение узла в сети. Каждый IP – адрес состоит из двух частей – идентификатора сети (префикс сети, Network ID) и идентификатор узла (номер устройства, Host ID). Он одинаков для всех узлов сети и уникален для каждой из сетей, включённых в объединённую сеть. Идентификатор узла соответствует каждой рабочей станции, серверу, маршрутизатору и другому TCP/IP- узлов данной сети. Каждый узел TCP/IP однозначно определяется по своему IP – адресу. Такой уникальный адрес необходим всем сетевым компонентам, взаимодействующим по TCP/IP.

IP – адрес может быть записан в двух форматах – двоичном (binary) и десятичном с точками(dotted decimal). Каждый IP-адрес имеет длину 4 байта (или 32 бита). Для удобства чтения адресов 32-битные числа разбивают на октеты по 8 бит, каждый октет переводят в десятичную систему счисления и при записи разделяют точками. Например, IP-адрес 11000000101010000000000000000001записывается как 192.168.0.1. Второй пример: 10000011 01101011 0000011 00011000

131.107.3.24.

Классы IP – адресов

Каждый класс IP-адресов определяет, какая часть адреса отводится под идентификатор сети, а какая под идентификатор узла.

Сообщество Интернета определило пять классов IP-адресов в соответствии с различными размерами компьютерных сетей. Microsoft TCP/IP поддерживает адреса классов А, В и С. Класс адреса определяет, какие биты относятся к идентификатору сети, а какие - к идентификатору узла. Также он определяет максимально возможное количество узлов в сети.

Класс IP-адреса идентифицируют по значению его первого октета. 32-разрядные IP-адреса могут быть присвоены в общей совокупности

3 720 314 628 узлам.

Поля в IP-адресах разных классов определяются следующим образом

• Класс А

Адреса класса А назначаются узлам очень большой сети. Старший бит в адресах этого класса всегда равен 0. Следующие семь бит первого октета представляют идентификатор сети. Оставшиеся 24 бита содержат идентификатор узла. Это позволяет иметь 126 сетей с числом узлов до 16 777 214 в каждой. Диапазон значений идентификаторов сети 1-126.

• Класс В

Адреса класса В назначаются узлам в больших и средних по размеру сетях. В двух старших битах адреса этого класса записывается двоичное значение 10. Следующие 14 бит содержат идентификатор сети. Оставшиеся 16 бит представляют идентификатор узла. Это позволяет иметь 16 384 сетей класса В с числом узлов до 65 534 в каждой. Диапазон значений идентификаторов сети 128-191.

• Класс С

Адреса класс С применяются в небольших сетях. Три старшие бита в адресах этого класса всегда содержат двоичное значение 110. Следующие 21 бит представляют идентификатор сети. Оставшиеся 8 бит отводится под идентификатор узла. Это позволяет иметь 2 097 152 сетей класса С с числом узлов до 254 в каждой. Диапазон значений идентификаторов сети 192-223.

В качестве идентификатора сети не может использоваться значение 127. Оно зарезервировано для диагностики и используется в качестве локальной заглушки.

• Класс D

Адреса класса D предназначены для рассылки групповых сообщений. Группа получателей может содержать один, несколько или ни одного узла. Четыре старших бита в IP-адресе класса D всегда равны 1110. Оставшиеся биты означают конкретную группу получателей и не разделяются на части. Пакеты с такими адресами рассылаются избранной группе узлов в сети. Их получателями могут быть только специальным образом зарегистрированные узлы. Microsoft поддерживает адреса класса D, применяемые приложениями для групповой рассылки сообщений. Групповая рассылка см. Mu1tiwp.htm

• Класс Е

Экспериментальный класс. Зарезервирован для использования в будущем и в настоящее время не используется. Четыре старших бита такого адреса установлены в 1111.

Классы IP-сетей

Сети класса А — это огромные сети. Маска сети класса А: 255.0.0.0. В каждой сети такого класса может находиться 16777216 адресов. Адреса таких сетей лежат в промежутке 1.0.0.0... 126.0.0.0, а адреса хостов (компьютеров) имеют вид: 125.*.*.*

Сети класса В — это средние сети. Маска такой сети — 255.255.0.0. Эта сеть содержит 65536 адресов. Диапазон адресов таких сетей 128.0.0.0...191.255.0.0. Адреса хостов имеют вид: 136.12.*.*

Сеть класса С — маленькие сети. Содержат 256 адресов (на самом деле всего 254 хоста, так как номера 0 и 255 зарезервированы). Маска сети класса С — 255.255.255.0. Интервал адресов: 192.0.1.0...223.255.255.0. Адреса хостов имеют вид: 195.136.12.*

Класс сети определить очень легко. Для этого нужно перевести десятичное представление адреса сети в двоичное. Например, адрес сети 128.11.1,0 в двоичном представлении будет выглядеть так: ICOOOOOO 00001011 00000001 00000000 А 192.168.1.0: 11000000 10101000 00000001 00000000

Если адрес начинается с последовательности битов 10, то данная сеть относится к классу В, а если с последовательности 110, то — к классу С. Если адрес начинается с последовательности 1110, то сеть является сетью класса D, а сам адрес является особым — групповым (multicast). Если в пакете указан адрес сети класса D, то этот пакет должны получить все хосты, которым присвоен данный адрес. Адреса класса Е зарезервированы для будущего применения. В табл. 1.2 приведены сравнительные характеристики сетей классов А, В, С, D и Е. Характеристики сетей различных классов Таблица 1.2 Теперь самое время немного сказать о специальных адресах, о которых я упомянул немного выше. Если весь IP-адрес состоит из нулей (0.0.0.0), то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет. Адрес 255.255.255.255 — это широковещательный адрес. Пакет с таким адресом будет рассылаться всем узлам, которые находятся в той же сети, что и источник пакета. Это явление называется ограниченным широковещанием. Существует также другая рассылка, которая называется широковещательным сообщением. В этом случае вместо номера узла стоят все единицы в двоичном представлении (255). Например, 192.168.2.255. Это означает, что данный пакет будет рассылаться всем узлам сети 192.168.2.0.

Талица1.2. Характеристики сетей различных классов.

Особое значение имеет IP-адрес 127.0.0.1 — это адрес локального компьютера. Он используется для тестирования сетевых программ и взаимодействия сетевых процессов. При попытке отправить пакет по этому адре- су данные не передаются по сети, а возвращаются протоколам верхних уровней, как только что принятые. При этом образуется как бы «петля». Этот адрес называется loopback. В IP-сети запрещается использовать IP-адреса, которые начинаются со 127. Любой адрес подсети 127.0.0,0 относится к локальному компьютеру, например: 127.0.0.1, U7,Cm.vV17.77A.&. Существует также специальные адреса, которые зарезервированы для несвязанных локальных сетей — это сети, которые используют протокол IP, но не подключены к Интернет. Вот эти адреса:

1. 10.0.0.0 (сеть класса А, маска сети 255.0.0.0).

2.172.16.0.0 — 172.31.0.0 (16 сетей класса В, маска каждой сети 255.255.0.0).

3. 192.168.0.0 —- 192.168.255.0 (256 сетей класса С, маска каждой сети 255.255.255.0).

Назначение IP-адресов

Строгих правил назначения IP-адресов не существует, однако следует учитывать некоторые основные моменты:

• Идентификатор сети не может равняться 127. Это значение зарезервировано для локальной заглушки и диагностики.

• Все биты идентификатора сети или узла не могут быть одновременно установлены в 1. Такой идентификатор применяется для широковещательных сообщений.

• Все биты идентификатора сети или узла не могут быть одновременно установлены в 0. В этом случае идентификатор означает всю локальную сеть.

• Каждый идентификатор узла должен быть уникальным для соответствую- щего идентификатора сети.

• Уникальный идентификатор необходим каждой сети и каждому внешнему соединению. Если сеть не подключена к Internet, то можно использовать любой корректный идентификатор сети. Если сеть подключена к Internet,, то надо получить идентификатор сети от InterNIC (Internet Network Information Center), чтобы гарантировать его уникальность. Пространство IP-адресов, предназначенных для использования в изолированных сетях, определено в RFC 1918. Стандарты для протокола TCP/IP публикуются в виде серии документов "Запрос комментариев" Request for Comments).

• Идентификатор сети обозначает узлы TCP/IP, подключенные к одной физической сети. Поэтому, чтобы взаимодействовать друг с другом, все узлы одной физической сети должны иметь одинаковый идентификатор сети.

• Если несколько сетей соединены через маршрутизаторы, то уникальный идентификатор сети необходим для каждой из них.

• Идентификаторы узлов необходимы всем TCP/IP узлам, включая маршрутизаторы. Маршрутизатор должен иметь IP-адрес в каждой из сетей, который он соединяет.

Корректные идентификаторы узлов в сети

Желательно назначать IP-адреса, группируя узлы по типу, например серверы и рабочие станции, маршрутизаторам выделять специальные легкозапоминающиеся IP-адреса.

IP-адресация в IP версии 6.0

Существующая в протоколе IP версии 4 схема 32-разрядной адресации привела к дефициту идентификаторов сетей. В новой версии протокола IP (IPv6), ранее именовавшейся IP-The Next Genegation (IPng) адрес состоит из 16 октетов и используется принципиально иная структура пакета.

Протокол описан в RFC 1883

Подсети

Подсеть (subnet) - это физический сегмент TCP/IP сети, в котором используются IP-адреса с общим идентификатором сети. Идентификатор сети как правило организация получает от InterNIC.

Для того, чтобы разделить сеть на несколько подсетей, необходимо использовать различные идентификаторы сети (подсети) для каждого сегмента. Уникальные идентификаторы подсетей создаются путем разбиения идентификатора узла на две группы бит.

Например: основная сеть 131.107.12.0

Подсеть 1 131.107.10.0 подсеть 2 131.107.3.0

Первая группа служит для идентификации сегмента объединенной сети, вторая для идентификации конкретного узла. Такой механизм называется делением на подсети (subnetting или subnetworking). Деление на подсети не является необходимым для изолированной сети (т.е. не имеющей выхода в Интернет).

Использование подсетей имеет ряд преимуществ. В организациях подсети используют для объединения нескольких физических сегментов в одну логическую сеть. Применяя подсети можно:

• совместно использовать различные сетевые технологии (Ethernet,Token Ring);

• преодолеть существующие ограничения, например на максимальное количество узлов в одном сегменте;

• уменьшить нагрузку на сеть, перенаправляя сетевой трафик и сокращая число широковещательных пакетов.

Деление сетей на подсети описано в RFC 950

Перед началом работы с подсетью необходимо определить, каким требованиям должна отвечать Ваша сеть и каким - в будущем.

1. Определите, число физических сегментов Вашей сети.

2. Определите количество IP-адресов, необходимое для каждого сегмента. Каждому узлу TCP/IP нужен по крайней мере один IP-адрес.

3. В соответствии с Вашими требованиями определите:

· одну маску подсети для всей Вашей сети;

· уникальные идентификаторы подсети для каждого физического сегмента;

· диапазон идентификаторов узлов для каждой подсети.

· Маски подсетей

· Маска подсети необходима каждому узлу TCP/IP.

· Маска подсети - это 32-разрядное значение, используемое для выделения из IP-адреса его частей: идентификаторов сети и узла. Такая процедура необходима при выяснении того, относится тот или иной IP-адрес к локальной или удаленной сети.

· Каждый узел TCP/IP должен иметь маску подсети - либо задаваемую по умолчанию (в том случае, когда сеть не делится на подсети), либо специальную (если сеть разбита на несколько подсетей).

· В маске подсети биты, соответствующие идентификатору сети, устанавливаются в 1. Все биты, соответствующие идентификатору узла, устанавливаются в 0.

· Маски, устанавливаемые по умолчанию для подсетей

· Определение адреса назначения пакета

· Протокол IP использует операцию логического "И" для определения того, какому узлу предназначен пакет - расположенному в локальной или удаленной сети. Когда инициализируется поддержка TCP/IP, IP-адрес узла складывается с его маской подсети с помощью логического "И". Перед отправкой каждого IP-пакета, IP-адрес назначения также складывается с той же маской подсети. Если результаты этих двух операций совпадают, это означает, что получатель пакета находится в локальной сети. В противном случае пакет направляется на IP-адрес маршрутизатора.

· Определение маски подсети

· Формируя маску подсети, помните, задав больше бит для маски подсети Вы увеличиваете количество подсетей, но максимальное количество узлов в каждой из них сократится.

· Определите количество физических сегментов Вашей сети и переведите это значение в двоичную СС.

· Подсчитайте, сколько бит необходимо для записи полученного двоичного числа. Например, 6 сегментов -110 - требуется 3 бита.

· Запишите эти биты единицами, дополнив их справа нулями до одного байта. Переведите полученное двоичное значение в десятичную СС.

· В нашем примере: 11100000 = 224 . Тогда маска подсети для адресов класса В будет иметь вид 255.255.224.0

· Последовательность бит маски подсети

· Так как подсети определяются соответствующей маской, администратор может использовать в качестве идентификатора подсети любую совокупность бит. Когда деление на подсети впервые описывалось в RFC 950 , было рекомендовано использовать старшие биты для формирования идентификаторов подсети. На сегодняшний день это требование стало обязательным, т.к. немногие производители маршрутизаторов поддерживают идентификаторы подсети, состоящие из младших или не записанных последовательно бит.

·

· Ниже перечислены маски подсетей класса А, заданные с использованием одного октета.

· Ниже перечислены маски подсетей класса В, заданные с использованием одного октета.

· Ниже перечислены маски подсетей класса С, заданные с использованием одного октета.

Задания для лабораторной работы: