Уникальный, групповой, широковещательный, произвольный — что это за адреса в локальных сетях и как с ними разобраться.
Приветствую всех читателей. Для простоты понимания буду приводить незаурядные аналогии, но уверен, что и без этого будет понятно.
Мы сейчас не будем говорить про глобальные сети, остановимся на локальных и разберем адресацию в них. Итак, любое устройство в сети должно иметь уникальный адрес, по которому сеть (это набор всех устройств, в том числе и сетевых) понимает, кто отправитель или кто адресат. Так, например, в любом классе учитель, обращаясь к ученику, называет его имя, например, Андрей, к доске. Если в классе Андреев больше чем один, то учитель уточнит: Петров Андрей, к доске. Как видим, для того, чтобы сообщение дошло до получателя, необходимо указывать его УНИКАЛЬНЫЙ (unicast) адрес.
Если рассматривать локальную компьютерную сеть по технологии Ethernet, то таким адресом в сети 192.168.0.0/24 будет адрес 192.168.0.1 или 192.168.0.2, и так далее до 192.168.0.254.
Теперь затронем ШИРОКОВЕЩАТЕЛЬНЫЙ (broadcast ) адрес. Это когда пакет отправляется всем узлам. Если рассматривать такой же пример с классом, то учитель в этом случае будет обращаться ко всему классу, например, такими словами: «внимание, класс, сейчас мы дружно идем в столовую. или на улицу. или куда-то еще.» В данном случае каждый из детей понимает, что это обращение было ко всем ученикам, в том числе и к нему.
В локальной компьютерной сети есть такой адрес, отправка на который ведёт к тому, что каждое устройство понимает, что оно получатель. Этот адрес 192.168.0.255/24. Пакеты, отправленные по этому адресу, будут отправлены по всему широковещательному домену сети и дойдут до каждого адресата.
А теперь переходим к более интересным адресам и начнем с ГРУППОВОГО (multicast) . Продолжая тему работы с классом, рассмотрим несколько примеров. Например, учитель обращается ко всем, кто сидит на третьем ряду, то есть ученики смогли понять, к кому это обращение. Или еще вариант. Все, кто занимается в кружке шахмат, сегодня идут на соревнования. Или ещё вариант, кто плохо написал, на оценку ниже четверки, после урока остаются на дополнительное занятие. То есть, мы в одном и том же классе несколько раз определили разные группы по разным признакам. В технике всё намного интереснее, но примерный принцип схож. Как же это работает в локальных сетях.
Как вы уже догадались, таких групп (multicast) может быть несколько, и у каждой должен быть уникальный идентификатор. В локальных сетях под это выделен целый блок адресов:
Адрес назначения в этом случае представляет собой некий IP- адрес в диапазоне 224.0.0.0-239.255.255.255, называемый мультикаст -группой.
Как это технически реализовано, это уже следующий вопрос (не в рамках этой публикации). Но суть в том, что с помощью отдельного адреса мы выделяем отдельную группу. Так, за отдельным хостом (узлом) в сети может быть закреплено несколько групп. Я уверен, что многие из вас состоят в некоторых родительских чатах или просто чатах по интересам, — в Viber, WhatsApp, Telegram. То же самое и здесь. Группе компьютеров присваивается адрес, который хранится на специальном сервере (назовем условно), и отправка сообщения по этому адресу будет доходить до всех, кто состоит в группе. Для чего это нужно? В первую очередь для экономии трафика (основной сетевой ресурс). Так как в этом случае мы не транслируем одну и ту же информацию нескольким получателям, а отправляем всем одновременно (это прямо как в классе), то мы разгружаем сеть в несколько раз. По этому принципу транслируется передача ТВ и радио в сетях. Когда вы решили посмотреть 5 канал, то вы просто подключаетесь к группе, и пакеты начинают поступать и к вам.
Чтобы выстроить такую структуру мультивещания, есть специальные протоколы, например IGMP.
Но скажу, что есть и зарезервированные групповые адреса:
Пример трех адресов из командного окна моего компьютера:
И напоследок мы оставили ПРОИЗВОЛЬНЫЙ (anycast ). Это понятие появилось недавно, во всяком случае, раньше я с ним не сталкивался. Работает по принципу ближайшего вовлеченного адресата. Так, например, находясь в классе, учитель может попросить ближайшего мальчика сбегать и принести мела с вахты, так как мел закончился, или намочить тряпку. Или попросить ручку с красной пастой, так как учительская перестала писать. То есть идея достаточно простая, я обращаюсь к тем, кто подходит по признаку и кто ближе ко мне или менее занят, может отреагировать.
В сетях работа строится по похожим принципам.
В этом случае данный метод предполагает обращение к группе узлов, которые подходят по тому или иному признаку. Связь будет по принципу точка-точка, но соединение будет с «ближайшим» по топологии узлом. Часто для использования anycast адресации приводится пример с DNS серверами, которые могут быть нагружены. Соответственно, отправляя DNS запрос, вы ожидаете результата. А кто на запрос ответит, вам не важно. Будет это сервер из соседнего подъезда или тот, который в Нью-Йорке, вы даже не поймете этого, за вас это сделает система.
И в конце наглядная сравнительная картинка.
Для более глубокого изучения каждого направления необходимо читать другие публикации, и займет это намного больше времени.
Благодарю за внимание, надеюсь, статья была полезной.
👍👍 Буду признателен 👍👍
Кроме того, Вам могут быть полезны статьи:
Если информация оказалось знакомой, то можешь пройти Небольшой тест на знание азов электроники .
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.