Всё об IP адресах и о том, как с ними работать
Не так давно я написал свою первую статью на Хабр. В моей статье была одна неприятная шероховатость, которую моментально обнаружили, понимающие в сетевом администрировании, пользователи. Шероховатость заключается в том, что я указал неверные IP адреса в лабораторной работе. Сделал это я умышленно, так как посчитал что неопытному пользователю будет легче понять тему VLAN на более простом примере IP, но, как было, совершенно справедливо, замечено пользователями, нельзя выкладывать материал с ключевой ошибкой.
В самой статье я не стал править эту ошибку, так как убрав её будет бессмысленна вся наша дискуссия в 2 дня, но решил исправить её в отдельной статье с указание проблем и пояснением всей темы.
Для начала, стоит сказать о том, что такое IP адрес.
IP-адрес — уникальный сетевой адрес узла в компьютерной сети, построенной на основе стека протоколов TCP/IP (TCP/IP – это набор интернет-протоколов, о котором мы поговорим в дальнейших статьях). IP-адрес представляет собой серию из 32 двоичных бит (единиц и нулей). Так как человек невосприимчив к большому однородному ряду чисел, такому как этот 11100010101000100010101110011110 (здесь, к слову, 32 бита информации, так как 32 числа в двоичной системе), было решено разделить ряд на четыре 8-битных байта и получилась следующая последовательность: 11100010.10100010.00101011.10011110. Это не сильно облегчило жизнь и было решение перевести данную последовательность в, привычную нам, последовательность из четырёх чисел в десятичной системе, то есть 226.162.43.158. 4 разряда также называются октетами. Данный IP адрес определяется протоколом IPv4. По такой схеме адресации можно создать более 4 миллиардов IP-адресов.
Максимальным возможным числом в любом октете будет 255 (так как в двоичной системе это 8 единиц), а минимальным – 0.
Далее давайте разберёмся с тем, что называется классом IP (именно в этом моменте в лабораторной работе была неточность).
IP-адреса делятся на 5 классов (A, B, C, D, E). A, B и C — это классы коммерческой адресации. D – для многоадресных рассылок, а класс E – для экспериментов.
Класс А: 1.0.0.0 — 126.0.0.0, маска 255.0.0.0
Класс В: 128.0.0.0 — 191.255.0.0, маска 255.255.0.0
Класс С: 192.0.0.0 — 223.255.255.0, маска 255.255.255.0
Класс D: 224.0.0.0 — 239.255.255.255, маска 255.255.255.255
Класс Е: 240.0.0.0 — 247.255.255.255, маска 255.255.255.255
Теперь о «цвете» IP. IP бывают белые и серые (или публичные и частные). Публичным IP адресом называется IP адрес, который используется для выхода в Интернет. Адреса, используемые в локальных сетях, относят к частным. Частные IP не маршрутизируются в Интернете.
Публичные адреса назначаются публичным веб-серверам для того, чтобы человек смог попасть на этот сервер, вне зависимости от его местоположения, то есть через Интернет. Например, игровые сервера являются публичными, как и сервера Хабра и многих других веб-ресурсов.
Большое отличие частных и публичных IP адресов заключается в том, что используя частный IP адрес мы можем назначить компьютеру любой номер (главное, чтобы не было совпадающих номеров), а с публичными адресами всё не так просто. Выдача публичных адресов контролируется различными организациями.
Допустим, Вы молодой сетевой инженер и хотите дать доступ к своему серверу всем пользователям Интернета. Для этого Вам нужно получить публичный IP адрес. Чтобы его получить Вы обращаетесь к своему интернет провайдеру, и он выдаёт Вам публичный IP адрес, но из рукава он его взять не может, поэтому он обращается к локальному Интернет регистратору (LIR – Local Internet Registry), который выдаёт пачку IP адресов Вашему провайдеру, а провайдер из этой пачки выдаёт Вам один адрес. Локальный Интернет регистратор не может выдать пачку адресов из неоткуда, поэтому он обращается к региональному Интернет регистратору (RIR – Regional Internet Registry). В свою очередь региональный Интернет регистратор обращается к международной некоммерческой организации IANA (Internet Assigned Numbers Authority). Контролирует действие организации IANA компания ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers). Такой сложный процесс необходим для того, чтобы не было путаницы в публичных IP адресах.
Поскольку мы занимаемся созданием локальных вычислительных сетей (LAN — Local Area Network), мы будем пользоваться именно частными IP адресами. Для работы с ними необходимо понимать какие адреса частные, а какие нет. В таблице ниже приведены частные IP адреса, которыми мы и будем пользоваться при построении сетей.
Из вышесказанного делаем вывод, что пользоваться при создании локальной сеть следует адресами из диапазона в таблице. При использовании любых других адресов сетей, как например, 20.*.*.* или 30.*.*.* (для примера взял именно эти адреса, так как они использовались в лабе), будут большие проблемы с настройкой реальной сети.
Из таблицы частных IP адресов вы можете увидеть третий столбец, в котором написана маска подсети. Маска подсети — битовая маска, определяющая, какая часть IP-адреса узла сети относится к адресу сети, а какая — к адресу самого узла в этой сети.
У всех IP адресов есть две части сеть и узел.
Сеть – это та часть IP, которая не меняется во всей сети и все адреса устройств начинаются именно с номера сети.
Узел – это изменяющаяся часть IP. Каждое устройство имеет свой уникальный адрес в сети, он называется узлом.
Маску принято записывать двумя способами: префиксным и десятичным. Например, маска частной подсети A выглядит в десятичной записи как 255.0.0.0, но не всегда удобно пользоваться десятичной записью при составлении схемы сети. Легче записать маску как префикс, то есть /8.
Так как маска формируется добавлением слева единицы с первого октета и никак иначе, но для распознания маски нам достаточно знать количество выставленных единиц.
Таблица масок подсети
Высчитаем сколько устройств (в IP адресах — узлов) может быть в сети, где у одного компьютера адрес 172.16.13.98 /24.
172.16.13.0 – адрес сети
172.16.13.1 – адрес первого устройства в сети
172.16.13.254 – адрес последнего устройства в сети
172.16.13.255 – широковещательный IP адрес
172.16.14.0 – адрес следующей сети
Итого 254 устройства в сети
Теперь вычислим сколько устройств может быть в сети, где у одного компьютера адрес 172.16.13.98 /16.
172.16.0.0 – адрес сети
172.16.0.1 – адрес первого устройства в сети
172.16.255.254 – адрес последнего устройства в сети
172.16.255.255 – широковещательный IP адрес
172.17.0.0 – адрес следующей сети
Итого 65534 устройства в сети
В первом случае у нас получилось 254 устройства, во втором 65534, а мы заменили только номер маски.
Посмотреть различные варианты работы с масками вы можете в любом калькуляторе IP. Я рекомендую этот.
До того, как была придумана технология масок подсетей (VLSM – Variable Langhe Subnet Mask), использовались классовые сети, о которых мы говорили ранее.
Теперь стоит сказать о таких IP адресах, которые задействованы под определённые нужды.
Адрес 127.0.0.0 – 127.255.255.255 (loopback – петля на себя). Данная сеть нужна для диагностики.
169.254.0.0 – 169.254.255.255 (APIPA – Automatic Private IP Addressing). Механизм «придумывания» IP адреса. Служба APIPA генерирует IP адреса для начала работы с сетью.
Теперь, когда я объяснил тему IP, становиться ясно почему сеть, представленная в лабе, не будет работать без проблем. Этого стоит избежать, поэтому исправьте ошибки исходя из информации в этой статье.
Какие ip адреса можно использовать в локальной сети?
Краеугольным камнем, о который спотыкаются многие начинающие айтишники, является адресация в ip сетях. При этом подавляющее большинство сетевых ошибок связано именно с некорректной настройкой сетевого адаптера на локальном компьютере. Поэтому в данной статье мы рассмотрим, какие ip адреса для локальных сетей можно использовать, и что такое маршрутизация в ip сетях.
NAT и ip адресация для локальной сети
Прежде всего, нужно различать локальные и глобальные IP адреса: диапазон ip адресов для локальной сети ограничен только в том случае, когда в данную сеть внедряется интернет.
Это обусловлено тем, что в «глобальной паутине» для передачи данных используется протокол версии 4 (IPv4), в котором адрес любого сетевого устройства представляет собой число из 32 бит.
Таким образом, количество используемых для адресации чисел не бесконечно, и пользователи зачастую сталкиваются с проблемой того, что не хватает ip адресов в локальной сети.
Оптимальным решением проблемы станет использование для локальной сети динамических IP-адресов, за автоматическое распределение которых отвечает решающий протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol).
Суть данной технологии в том, что IP адрес каждого нового клиента сети выбирается из пула заранее подготовленных адресов и сохраняется только в течение данной сессии (до первого выключения/перезагрузки компьютера).
Для подключения локального компьютера к интернету используется технология NAT (Network Address Translation), которая внедрена на всех современных маршрутизаторах. Она преобразует локальный IP-адрес устройства в публичный т.е. тот, который используется в сети Интернет.
Глобальный IP-адрес компьютера должен быть уникальным: он присваивается только одному подключенному к мировой сети пользователю.
Какие ip адреса можно использовать в локальной сети?
Для создания локальной сети без доступа к интернету можно использовать любые IP-адреса. Такой вариант подойдет, например, для закрытой корпоративной сети, которую нужно максимально оберегать от «вражеских» проникновений извне.
Если же сетевые компьютеры должны свободно «выходить» в интернет, то при выборе диапазона IP-адресов нужно придерживаться определенных стандартов.
Дело в том, что при подключении компьютеров из локальной сети к сети Интернет происходит автоматическая регистрация IP адресов через IANA – особую организацию, которая следит за распределением всех существующих имён и номеров (которые записаны в RFC).
Приведем рекомендованные диапазоны ip адресов для локальной сети:
– 10.10.0.0 – 10.255.255.255 – сеть класса A, возможно до 16121856 различных адресов хостов.
– 172.16.0.0 – 172.31.255.255 – группа 16-ти смежных сетей класса B, можно использовать до различных 1048576 адресов хостов.
– 192.168.0.0 – 192.168.255.255 – группа 16-ти смежных сетей класса C, возможно до различных 65536 адресов хостов.
Кроме того, существуют петлевые интерфейсы, которые не используют обмен между узлами сети. Для них выделен интервал адресов 127.0.0.0 — 127.255.255.255
При этом выбор конкретного диапазона зависит только от размеров вашей локальной сети. Так, в домашних или других небольших сетях обычно используют диапазон адресов 192.168.0.1 -192.168.0.254, при котором можно подключать до 254 клиентов.
Подробнее о возможных диапазонах IP адресов можно узнать из RFC 1918, а в статье как узнать свой ip в локальной сети мы рассказывали, как найти ай-пи адрес уже подключенного к локальной сети компьютера.