7.8. Адресация в ip-сетях
В семействе протоколов TCP/IP используются три типа адресов: локальные (физические, аппаратные), IP-адреса и символьные доменные имена (доменная адресация).
Локальные адреса уникальны для каждого сетевого соединения, они используются для доставки данных в пределах подсети, являющейся элементом составной интерсети. Вопросы физической адресации решаются на канальном уровне стека TCP/IP. Если подсетью является локальная сеть, то локальный адрес – это МАС-адрес, который назначается сетевым адаптерам и сетевым интерфейсам маршрутизаторов. МАС-адрес для всех технологий локальных сетей имеет формат 6 байт.
Локальные адреса присваиваются сетевой плате адаптера компьютера при ее изготовлении. Эти адреса выбираются производителем сетевого интерфейсного оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства. При замене платы сетевого адаптера меняется и ее локальный адрес.
Поскольку локальные и IP-адреса независимы друг от друга (между ними нет никакой алгоритмической связи), для отображения IP-адресов в локальные адреса (при передаче данных) и локальных адресов в IP-адреса (при приеме данных) необходимы соответствующие средства.
Определение локального адреса по IP-адресу осуществляется по протоколу ARP (Address Resolution Protocol, протокол разрешения адресов), который работает различным образом в зависимости от того, какой протокол канального уровня работает в данной подсети. Если подсетью является Ethernet, то в ней предусматривается широковещательный режим работы, если же это протокол глобальной сети (Х.25, Frame Relay и др.), то он, как правило, не поддерживает такой режим. Основным инструментом работы протокола ARP является таблица разрешения адресов, или ARP-таблица. Эта таблица хранится в памяти компьютера и содержит строки соответствия между IP-адресами и локальными адресами для каждого узла сети. Если требуется по IP-адресу найти его локальный адрес, ищется в таблице строка с соответствующим IP-адресом и по нему в этой строке определяется локальный адрес. ARP-таблица заполняется автоматически модулями ARP по мере необходимости. Каждый компьютер сети имеет отдельную ARP-таблицу для каждого своего сетевого интерфейса. Отображение с помощью ARP-таблиц выполняется только для отправляемых IP-пакетов, так как только в момент отправки создаются заголовки пакетов.
Обратная задача по отображению адресов, т. е. определение IP-адреса по локальному адресу, решается с помощью протокола RARP (Reverse Address Resolution Protocol, протокол обратного разрешения адресов). Протоколы ARP и RARP абсолютно независимы.
I P-адресация в сети Internet базируется на концепции составной сети, состоящей из хостов и других сетей, причем под хостом понимается узел сети (компьютер рабочей станции, сервер, маршрутизатор), который может принимать и передавать IP-пакеты. Хосты соединяются через одну или несколько сетей (подсетей сети Internet), и адрес любого из них состоит из адреса сети и адреса хоста в этой сети. IP-адреса являются основным типом адресов, используемых сетевым уровнем для передачи пакетов между сетями.
IP-адрес представляется четырьмя десятичными числами, разделенными точками (например, 108.25.17.100). Каждое из этих чисел не может превышать 255 и представляет один байт 4-байтного адреса. 32-битный адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Длина каждой части является переменной величиной. Номер сети (он представляется старшими битами адреса) выбирается администратором произвольно, либо назначается по рекомендации специальной административной службы Internet. Номер узла назначается независимо от его локального адреса. Конечный узел (компьютер, маршрутизатор) может входить в несколько IP-сетей, поэтому каждый порт узла должен иметь собственный IP-адрес. Следовательно, IP-адрес узла идентифицирует не весь узел, а его сетевое соединение (порт), т. е. точку доступа модуля IP-протокола к сетевому интерфейсу.
IP-пакет содержит два адреса – отправителя и получателя. Оба адреса статические, т. е. не меняются на протяжении всего пути пакета. При доставке пакета адресату используются таблицы маршрутов, которые устанавливаются на каждом хосте сети. Различные протоколы маршрутизации, реализующие алгоритмы маршрутизации, обеспечивают построение и настройку этих таблиц.
IP-адресация обеспечивает пять различных классов сетей – классы А, В, C, D, E. Для кодирования каждого класса в IP-адресе выделяются несколько старших бит (рис. 38).
Сети класса А предназначены для использования крупными организациями. Это большие сети, для их адресации выделено всего 7 бит, зато для адресации хостов выделено 24 бита.
Сети класса В – это сети среднего размера (сети университетов, крупных компаний), для их адресации выделено 14 бит.
Сети класса С – это сети с небольшим количеством рабочих станций. Таких сетей много, поэтому для их адресации выделено 21 бит.
Адреса класса D используются при обращении к группам рабочих станций. Таких групп может быть очень много, поэтому их адресация осуществляется 28-битовыми двоичными числами. Групповая адресация используется для распространения информации от одного хоста сразу нескольким узлам, образующим группу. Номер группы указывается в поле адреса. Групповой адрес не делится на поля номера сети и номера узла, он обрабатывается маршрутизатором с помощью специального протокола IGMP (Internet Group Management Protocol).
Адреса класса Е зарезервированы для использования в будущем.
Рис. 38. Структура IP-адреса в сетях классов А-Е
9. Виды адресации в компьютерных сетях
Адресация в сетях проходит несколько этапов преобразования для установления однозначного соответствия адреса приемника приемнику, адреса источника источнику. Это преобразование производится соответствующими уровнями модели OSI.
На верхних уровнях модели OSI используются специальные имена, например, идентификаторы процессов, рабочих станций или символьные доменные имена; на сетевом уровне используется сетевой, например, IP-адрес; на канальном – физические адреса устройств (MAC-адреса).
На физическом уровне адресация не производится. MAC-адреса позволяют перенаправить пакет конкретному сетевому адаптеру или модему или другому активному сетевому оборудованию. Все MAC-адреса уникальны и назначаются фирмой-изготовителем.
Адреса сетевого уровня назначаются и используются операционной системой. У работающей операционной системы может быть один и более сетевых адресов. При этом, если используется несколько интерфейсных карт, то операционная система должна назначить однозначное соответствие каждого сетевого адреса конкретному порту сетевого обмена, например, сетевому адаптеру.
Адреса верхнего уровня предназначены для конкретных процессов, программ ими управляющих, а также для пользователей. Дополнительное назначение адресов верхнего уровня – легкая читаемость программистами и/или пользователями при обращении к сетевым ресурсам, что может существенно увеличить скорость работы пользователей в сети и управления сетевыми ресурсами.
Практически все сетевые стандарты имеют собственный механизм распределения адресов. Можно перечислить следующие примеры подходов к решению данной задачи:
- статические физические адреса;
- выбор из фиксированного подмножества статических адресов;
- статические адреса, назначаемые администратором;
- динамические адресные системы:
- централизованные;
- децентрализованные;
- случайные адресные системы.
Система адресации на уровне mac
Подуровень MAC канального уровня модели OSI работает с физическими адресами, которые называются МАС-адресами. Они применяются в сетях Ethernet, Fast Ethernet, Token-Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN и представляют собой 12 шестнадцатеричных цифр (48 бит), записанных в микросхему сетевого адаптера (например, 17:A4:2C:43:2F:09). Для широковещательной передачи (то есть передачи всем абонентам сети одновременно) применяется специально выделенный сетевой адрес, все 48 битов которого установлены в единицу. Его принимают все абоненты сети независимо от их индивидуальных и групповых адресов. Недостатком MAC-адресации – считается сложность структуры сетевых адаптеров, а также большая доля служебной информации в передаваемом пакете (адреса источника и приемника вместе требуют уже 96 битов пакета или 12 байт).
Цель работы
В ходе лабораторный работы закрепить знания о базовых понятиях адресации в компьютерных сетях.
Ознакомится и уметь применять набор инструментов для оптимизации и диагностики сетевых ресурсов.
Вопросы для изучения
1. Принципы адресации в компьютерных сетях
Компьютерная сеть (КС) — это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи и оснащенных коммуникационным оборудованием и программным обеспечением.
Для того, чтобы компьютеры могли идентифицировать друг друга в информационно-вычислительной сети, им присваиваются явные адреса. Основными типами адресов являются следующие:
Модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) определяет различные уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.
Три нижних уровня — физический, канальный и сетевой — являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым коммуникационным оборудованием.
Три верхних уровня — прикладной, представительный и сеансовый — ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети.
2. Локальные адреса. Mac-адрес
MAC-адрес, который так же называют физическим адресом или интернет-адресом присваивается каждому сетевому адаптеру любого устройства, способного подключаться к сети интернет, при его производстве. Его размер – 6 байт. Обычно записывается в виде 12 цифр в 16-чной системе счисления, например, 01-02-02-ВС-Е6-91.
Это уникальный адрес, первые шесть символов идентифицируют фирму производителя, которая следит, чтобы остальные шесть символов не повторялись на производственном конвейере. МАС-адрес выбирает производитель сетевого оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства. Когда у машины заменятся сетевой адаптер, то меняется и ее МАС-адрес.
Собственно, MAC-адрес соответствует не компьютеру, а его сетевому интерфейсу. Таким образом, если компьютер имеет несколько интерфейсов, то это означает, что каждому интерфейсу будет назначен свой физический адрес. Каждой сетевой карте соответствует собственный MAC-адрес и IP-адрес, уникальный в рамках глобальной сети.
MAC-адреса используются на физическом и канальном уровнях, т.е. в «однородной» среде. Для того, чтобы могли связываться друг с другом компьютеры, входящие в большие составные сети, используется другой вид адресов — IP-адреса.
3. Сетевые адреса. Ip-адрес.
Сетевой адрес или IP используется в сетях TCP/IP при обмена данными на сетевом уровне. IP расшифровывается как internet protocol – протокол интернета. В версии протокола IPv4 IP-адрес имеет длину 4 байта, а в версии протокола IPv6 — 16 байт.
IP-адрес компьютера, например 192.168.1.10, состоит из двух частей – номера сети (иногда называемого идентификатором сети) и номера сетевого компьютера (идентификатора хоста). Номер сети должен быть одинаковым для всех компьютеров сети и в нашем примере номер сети будет равен 192.168.1. Номер компьютера должен быть уникален в данной сети, и компьютер в нашем примере имеет номер 10.
Части, разделяемые точкой, называются октететами. Каждый октет может принимать значения от 0 до 255.
Номер сети может быть выбран администратором произвольно либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Network Information Center, NIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно провайдеры услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений NIC, а затем распределяют их между своими абонентами. Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети и номера узла гибкое, и граница между этими полями устанавливается произвольно. Узел может входить в несколько IP-сетей. В этом случае узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.