Конспект к уроку-лекции по теме «Адресация в сети Интернет»
Цель урока: изучить различные виды адресации в сети Интернет; изучить такие понятия как IP-адрес, маска подсети; научиться определять адрес сети и номер компьютера в сети.
Первым обязательным параметром в свойствах протокола TCP/IP любого компьютера является его IP-адрес.
IP-адрес — это уникальная 32-разрядная последовательность двоичных цифр, с помощью которой компьютер однозначно идентифицируется в IP-сети. (Напомним, что на канальном уровне в роли таких же уникальных адресов компьютеров выступают MAC-адреса сетевых адаптеров, невозможность совпадения которых контролируется изготовителями на стадии производства.)
Мы будем обсуждать наиболее распространенная версию 4 протокола IP, или IPv4. Однако уже создана следующая версия протокола IP версии 6 (IPv6), в которой IP-адрес представляется в виде 128-битной последовательности двоичных цифр. Эта версия протокола IP пока еще не получила широкого распространения, хотя и поддерживается многими современными маршрутизаторами и операционными системами (например, Windows XP или Windows Server 2003).
Многие активно развивающиеся в техническом отношении страны (Китай, Япония, Корея и др.) начинают испытывать дефицит IP-адресов, идентифицирующих не только компьютеры, но и другие устройства с функциями доступа в Интернет. Принятый сейчас 32-битовый стандарт обеспечивает количество IP-адресов, равное почти 4,3 млрд., но их большая часть закреплена за США (около 70%), Канадой и европейскими странами, а вот, например, КНР получила их всего 22 млн.
Новая, 128-разрядная версия протокола IP v.6 позволит увеличить количество IP-адресов до огромной величины — 3.4*10^38
Протокол IP v6 — в Windows XP
Для использования протокола IPv6 в Windows XP имеется необходимое программное обеспечение, которое, однако, по умолчанию не активизировано. Чтобы задействовать новый протокол, достаточно в командной строке (меню Пуск, Выполнить) ввести и запустить на исполнение команду ipv6 install.
Получить необходимые справки по работе с протоколом IPv6 можно (после его инсталляции) командой ipv6 /? .
Для удобства работы с IP-адресами 32-разрядную последовательность обычно разделяют на 4 части по 8 битов (на октеты), каждый октет переводят в десятичное число и при записи разделяют эти числа точками. В таком виде (это представление называется «десятичные числа с точками», или, по-английски, «dotted-decimal notation») IP-адреса занимают гораздо меньше места и намного легче запоминаются.
Чтобы быстро осуществлять подобное преобразование в уме (что сетевым администраторам требуется нередко, а калькулятор не всегда под рукой), полезно запомнить следующую таблицу. В ней приведены десятичные значения степеней числа 2 с показателем, равным порядковому номеру бита в октете (напомним нумерация битов производится справа налево и начинается с нуля):
Порядковый номер бита в октете
2 в степени, соответствующей номеру бита
Запомнив такую таблицу, несложно в уме преобразовывать октеты в десятичные числа и обратно. Десятичное число легко вычисляется как сумма цифр, соответствующих ненулевым битам в октете, например:
101011012= 128 · 1 + 64 · 0 + 32 · 1 + 16 · 0 + 8 · 1 + 4 · 1 + 2 · 0 + 1 · 1 = 17310.
Несколько сложнее перевести десятичное представление в двоичное, но при некоторой тренировке это также не представляет проблем. Например:
20110 =128 · 1 + 64 · 1 + 32 · 0 + 16 · 0 + 8 · 1 + 4 · 0 + 2 · 0 + 1 · 1 = 110010012.
Однако одного только IP-адреса компьютеру для работы в сети TCP/IP недостаточно. Вторым обязательным параметром, без которого протокол TCP/IP работать не будет, является маска подсети.
Маска подсети — это 32-разрядное число, состоящее из идущих вначале единиц, а затем — нулей, например (в десятичном представлении) 255.255.255.0 или 255.255.240.0.
Маска подсети играет исключительно важную роль в IP-адресации и маршрутизации. Чтобы понять значение этого параметра, вспомним, что сеть ARPANet строилась как набор соединенных друг с другом гетерогенных сетей. Для правильного взаимодействия в такой сложной сети каждый участник должен уметь определять, какие IP-адреса принадлежат его локальной сети, а какие удаленным сетям.
Здесь и используется маска подсети, с помощью которой производится разделение любого IP-адреса на две части: идентификатор сети (Net ID) и идентификатор узла (Host ID). Такое разделение делается очень просто: там, где в маске подсети стоят единицы, находится идентификатор сети, а где стоят нули идентификатор узла.
Например, в IP-адресе 192.168.5.200 при использовании маски подсети 255.255.255.0 идентификатором сети будет число 192.168.5.0, а идентификатором узла число 200. Стоит нам поменять маску подсети, скажем, на число 255.255.0.0, как и идентификатор узла, и идентификатор сети изменятся на 192.168.0.0 и 5.200, соответственно, и от этого, как мы дальше увидим, иначе будет вести себя компьютер при посылке IP-пакетов.
Правила назначения IP-адресов сетей и узлов
Теперь, когда мы знаем, что такое IP-адрес, маска подсети, идентификаторы сети и узла, полезно запомнить правила, которые следует применять при назначении этих параметров:
1) идентификатор сети не может содержать только двоичные нули или только единицы. Например, адрес 0.0.0.0 не может являться идентификатором сети;
2) идентификатор узла также не может содержать только двоичные нули или только единицы такие адреса зарезервированы для специальных целей:
· все нули в идентификаторе узла означают, что этот адрес является адресом сети. Например, 192.168.5.0 является правильным адресом сети при использовании маски 255.255.255.0 и его нельзя использовать для адресации компьютеров;
· все единицы в идентификаторе узла означают, что этот адрес является адресом широковещания для данной сети. Например, 192.168.5.255 является адресом широковещания в сети 192.168.5.0 при использовании маски 255.255.255.0 и его нельзя использовать для адресации компьютеров;
3) идентификатор узла в пределах одной и той же подсети должен быть уникальным;
4) диапазон адресов от 127.0.0.1 до 127.255.255.254 нельзя использовать в качестве IP-адресов компьютеров. Вся сеть 127.0.0.0 по маске 255.0.0.0 зарезервирована под так называемый «адрес заглушки» (loopback), используемый в IP для обращения компьютера к самому себе. Это легко проверить: достаточно на любом компьютере с установленным протоколом TCP/IP выполнить команду PING 127.12.34.56 и, если протокол TCP/IP работает, вы увидите, как ваш компьютер будет отвечать на собственные запросы.
Классовая и бесклассовая IP-адресация
Первоначальная система IP-адресации в Интернете выглядела следующим образом. Все пространство возможных IP-адресов (а это более четырех миллиардов, точнее 4 294 967 296 адресов) было разбито на пять классов, причем принадлежность IP-адреса к определенному классу определялась по нескольким битам первого октета (см. табл.). Заметим, что для адресации сетей и узлов использовались только классы A, B и C. Кроме того, для этих сетей были определены фиксированные маски подсети по умолчанию, равные, соответственно, 255.0.0.0, 255.255.0.0 и 255.255.255.0, которые не только жестко определяли диапазон возможных IP-адресов узлов в таких сетях, но и механизм маршрутизации.
Чтобы рассчитать максимально возможное количество узлов в любой IP-сети, достаточно знать, сколько битов содержится в идентификаторе узла, или, иначе, сколько нулей имеется в маске подсети. Это число используется в качестве показателя степени двойки, а затем из результата вычитается два зарезервированных адреса (сети и широковещания). Аналогичным способом легко вычислить и возможное количество сетей классов A, B или C, если учесть, что первые биты в октете уже зарезервированы, а в классе A нельзя использовать IP-адреса 0.0.0.0 и 127.0.0.0 для адресации сети.
Для получения нужного диапазона IP-адресов организациям предлагалось заполнить регистрационную форму, в которой следовало указать текущее число компьютеров и планируемый рост компьютерного парка в течение двух лет. Первоначально данная схема хорошо работала, поскольку количество сетей было небольшим. Однако с развитием Интернета такой подход к распределению IP-адресов стал вызывать проблемы, особенно острые для сетей класса B. Действительно, организациям, в которых число компьютеров не превышало нескольких сотен (скажем, 500), приходилось регистрировать для себя целую сеть класса B. Поэтому количество доступных сетей класса B стало на глазах «таять», но при этом громадные диапазоны IP-адресов (в нашем примере более 65000) пропадали зря.
Чтобы решить проблему, была разработана бесклассовая схема IP-адресации (Classless InterDomain Routing, CIDR), в которой не только отсутствует привязка IP-адреса к классу сети и маске подсети по умолчанию, но и допускается применение так называемых масок подсети с переменной длиной (Variable Length Subnet Mask, VLSM). Например, если при выделении сети для вышеуказанной организации с 500 компьютерами вместо фиксированной маски 255.255.0.0 использовать маску 255.255.254.0, то получившегося диапазона из 512 возможных IP-адресов будет вполне достаточно. Оставшиеся 65 тысяч адресов можно зарезервировать на будущее или раздать другим желающим подключиться к Интернету.
Этот подход позволил гораздо более эффективно выделять организациям нужные им диапазоны IP-адресов, и проблема с нехваткой IP-сетей и адресов стала менее острой.
IP-адреса для локальных сетей
Все используемые в Интернете адреса, как мы уже говорили, должны регистрироваться в IANA, что гарантирует их уникальность в масштабе всей планеты. Такие адреса называют реальными, или публичными (public) IP-адресами.
Для локальных сетей, не подключенных к Интернету, регистрация IP-адресов, естественно, не требуется, так что, в принципе, здесь можно использовать любые возможные адреса. Однако, чтобы не допускать возможных конфликтов при последующем подключении такой сети к Интернету, RFC 1918 рекомендует применять в локальных сетях только следующие диапазоны так называемых частных (private) IP-адресов (в Интернете эти адреса не существуют и использовать их там нет возможности):
Определение адреса сети и номера компьютера в сети
Определение адреса сети и номер компьютера в сети, если IP-адрес компьютера 192.168.1.2 , а маска подсети 255.255.254.0.
1. Перевести числа в двоичный код.
IP-адрес: 11000000 10101000 00000001 00000010 (192.168.1.2)
Маска подсети: 11111111 11111111 11111110 00000000 (255.255.254.0)
Адрес сети: 11000000 10101000 00000000 00000000 (192.168.0.0)
2. Применить к ним операцию поразрядной конъюнкции (побитовое И)
3. Записать адрес сети и номер компьютера в сети
Адрес сети: 11000000 10101000 00000000 00000000 (192.168.0.0)
Номер компьютера в сети: 00000000 00000000 00000001 00000010 (0.0.1.2)
По заданным IP-адресу и маске сети определите адрес сети:
Определение возможного количества компьютеров в сети по маске подсети
Представим число в двоичном виде
Общее количество нулевых бит — 9
Число компьютеров в сети: 2 9 -2= 510
Ответ: возможно 510 компьютеров в сети
Определить возможное количество компьютеров в сети по маске подсети
Определение порядкового номера в сети
1. Ознакомиться с теоретическим материалом лекции. Изучить конспект.
3. По заданным IP-адресу и маске сети определите адрес сети:
IP-адрес: 224.23.252.131 Маска: 255.255.240.0.
Определить возможное количество компьютеров в сети по маске подсети 255.255.240.0
4. Ответить на контрольные вопросы.
3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие бывают виды адресов компьютеров в сети?
2. К какому классу сетей относится Ваш компьютер?
3. Для чего нужна маска подсети?
4. Как определить количество компьютеров в сети по маске?