Адресация.

Чтобы узлы могли иденфицировать себя в такой одноранговой среде, им присваива­ются явные адреса, которые обозначают не только компьютер, но и сегмент сети, в кото­ром он на­ходится. Сети и узлы в них - это отдельные объекты с отдельными номерами.

Например, адрес 192 .123. 004. 010 соответствует узлу номер 10 в сети 192. 123. 004. Пе­ре­дачу потока данных между сетями выполняют маршрутизаторы. Узел, которому нужно пере­дать данные на другой узел в другой сети, посылает эти данные на маршрутизатор, осуществ­ляющий передачу на узел-адресат. Если адресат находится не в ближайшей сети, то маршру­тизатор посылает данные на другой маршрутизатор. Такая схема сетевой мар­шрутизации по­зволяет устройствам удерживать расходы локальных сетевых ресурсов на низком уровне. В противном случае локальным системам пришлось бы запоминать путь к каждому узлу, для чего потребовались бы колоссальные ресурсы процессора и памяти. Се­тевая маршрутизация требует гораздо меньших усилий со стороны конечных узлов.

Адрес узла представляет собой 32-разрядное двоичное число. Для удобства оно разби­ва­ется на четыре восьмиразрядных поля, называемых октетами. TCP/IP представляет дво­ичные октеты их десятичными эквивалентами, что очень облегчает людям жизнь.

Эти четыре октета в разных сетях обозначают разные вещи. В некоторых организациях соз­дается одна большая сеть, но с миллионами узлов, Здесь первый октет адреса использу­ется для обозначения сети, а остальные три октета - для обозначения отдельных рабочих станций. Такой адрес называют адресом класса А. Самые частые потребители адресов класса А - по­ставщики сетевых услуг (провайдеры), которые обслуживают очень большие сети.

В некоторых организациях могут быть тысячи узлов, включенных в состав нескольких се­тей, В таких случаях используются адреса класса И, в которых первые два октета (16 би­тов) ис­пользуются для обозначения сети, а последние два - для обозначения отдельных узлов. Наи­более известные потребители адресов класса В - университеты и крупные учре­ждения.

Наконец, наиболее часто используется адрес класса С, в котором первые три октета (или 24 бита) служат для обозначения сегмента, а последний октет - для обозначения рабочих стан­ций. Такие адреса лучше всего подходят для случая, когда имеется множество отдель­ных се­тей, в состав каждой из которых входит несколько десятков узлов. Адреса такого типа чаще всего встречаются в локальных сетевых средах, где в одном сетевом сегменте в среднем бы­вает около 40 узлов.

При соединении сети класса А с сетью класса В маршрутизатору необходимо сообщить, как он должен отличить одну сеть от другой. В противном случае он подумает, что тра­фик, исхо­дящий из сети класса С и предназначенный для узла класса А, можно идентифи­цировать по последнему октету. На самом же деле узел класса А обозначается последними тремя окте­тами - а это большая разница. Не зная этого, маршрутизатор попытается найти трехоктет­ную сеть, к которой подключен однооктетный хост. На самом же деле ему нужно послать данные в однооктетную сеть, в которой находится трехоктетный хост.

Стек протоколов TCP/IP использует первые три бита первого октета для идентификации класса сети, позволяя устройствам автоматически распознавать соответствующие типы адре­сов. У адресов класса А первый бит установлен в 0, а остальные семь битов служат для иден­тификации сетевой части адреса.

Поскольку можно использовать только 7 битов, максимально возможное количество сетей - 128. Номера сетей 000 и 127 зарезервированы для использования программным обеспече­нием, поэтому это число уменьшается до 126(001 - 126). Для обозначения узлов можно ис­пользовать 24 бита, поэтому для каждой из этих сетей максимальное число узлов составляет 16777216.

У адресов класса В первый бит всегда устанавливается в 1, а второй в 0. Поскольку для обо­значения сетей здесь используются два октета, то для каждого сетевого сегмента оста­ется, та­ким образом, 14 битов. Следовательно, максимально возможное число адресов этого класса - 16384, в диапазоне от 128.001 до 191.254 (номера 000 и 255 зарезервиро­ваны).

В адресах класса С первые два бита всегда равны 1, а третий установлен в 0. В этих адре­сах для обозначения сетей используются первые три октета, следовательно, остается 21 бит. Диапазон возможных номеров сетей - от 192.004.001 до 1123.254.254, или 2097152 сегмента. При этом, однако, для обозначения узлов остается только один октет, поэтому в каждом сег­менте может быть всего 254 устройства.

Адреса класса D резервируются для групповой адресации, а класс Е резервируется для ис­пользования в будущем.

Групповая адресация представляет собой селективную форму широковещательного ре­жима, в которой сообщения передаются группе хостов, а не всем хостам сети. Членство в группе группового режима IP является динамическим, т.е. хост может присоединяться к группе или выходить их нее в любое время. Каждая группа имеет уникальный адреса класса D, в кото­ром первые 4 старших бита равны 1110, а остальные 28 могут быть любым числом представ­ляющим группу. Некоторые групповые адреса присваиваются органами управления сетью, в то время как другие доступны для временного пользования. Группо­вой режим использования межсетевого протокола может применяться в одной локальной сети или же по всей объеди­ненной сети с помощью шлюзов, которые опознают адресацию в групповом режиме. Узлы сами идентифицируют себя, то есть определяют, к какой из групп они относятся. Один и тот же узел может входить в несколько групп. Такие сообщения в отличие от широковещательных называются мультивещательными. Групповой адрес не делится на поля номера сети и узла и обрабатывается маршрутизатором особым образом.

В протоколе IP нет понятия широковещательности в том смысле, в котором оно используется в протоколах канального уровня локальных сетей, когда данные должны быть доставлены абсолютно всем узлам. Как ограниченный широковещательный IP-адрес, так и широковещательный IP-адрес имеют пределы распространения в интерсети – они ограничены либо сетью, к которой принадлежит узел – источник пакета, либо сетью, номер которой указан в адресе назначения. Поэтому деление сети с помощью маршрутизаторов на части локализует широковещательный шторм пределами одной из составляющих общую сеть частей просто потому, что нет способа адресовать пакет одновременно всем узлам всех сетей составной сети.

Опираясь на эту структуру, можно подсчитать характеристики каждого класса в терминах числа сетей и числа машин в каждой сети.

Поскольку длинные последовательности из единиц и нулей трудно запомнить, IP адреса обычно записывают в десятичной форме. Для этого каждый октет адреса представляется в виде десятичного числа. Между собой октеты отделяются точкой. Иногда октеты обозначаются как w.x.y.z и называются "z-октет", "y-октет", "x-октет" и "w-октет".

Представление IP-адреса в виде четырех десятичных чисел разделенных точками и называется "точечно-десятичная нотация".

Рис. 2

Но маску в десятичном представлении удобно использовать лишь тогда, когда расширенный сетевой префикс заканчивается на границе октетов, в других случаях ее расшифровать сложнее. Допустим, что в примере на рис. 4 мы хотели бы для подсети использовать не 8 бит, а десять. Тогда в последнем (z-ом) октете мы имели бы не нули, а число 11000000. В десятичном представлении получаем 255.255.255.192. Очевидно, что такое представление не очень удобно. В наше время чаще используют обозначение вида "/xx", где хх -- количество бит в расширенном сетевом префиксе. Таким образом, вместо указания: "144.144.19.22 с маской 255.255.255.192", мы можем записать: 144.144.19.22/26. Как видно, такое представление более компактно и понятно.

Таблица 1.1 Характеристики классов IP-адресов

Среди всех IP-адресов имеется несколько зарезервированных под специальные нужды.

Как уже отмечалось, в адресной схеме протокола выделяют особые IP-адреса.

1. Если биты всех октетов адреса равны нулю, то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал данный пакет. Это используется в ограниченных случаях, например в некоторых сообщениях протокола IP.

2. Если биты сетевого префикса равны нулю, полагается, что узел назначения принадлежит той же сети, что и источник пакета.

3. Когда биты всех октетов адреса назначения равны двоичной единице, пакет доставляется всем узлам, принадлежащим той же сети, что и отправитель пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковещанием.

4. Наконец, если в битах адреса, соответствующих узлу назначения, стоят единицы, то такой пакет рассылается всем узлам указанной сети. Это называется широковещанием.

5. Специальное значение имеет, так же, адреса сети 127/8. Они используются для тестирования программ и взаимодействия процессов в пределах одной машины. Пакеты, отправленные на этот интерфейс, обрабатываются локально, как входящие. Потому адреса из этой сети нельзя присваивать физическим сетевым интерфейсам.

Ниже приведена таблица зарезервированных адресов.

Таблица 1.2 Выделенные IP-адреса

Особое внимание в таблице 1.2 уделяется последней строке. Адрес 127.0.0.1 предназначен для тестирования программ и взаимодействия процессов в рамках одного компьютера. В боль­шинстве случаев в файлах настройки этот адрес обязательно должен быть указан, иначе сис­тема при запуске может зависнуть (как это случается в SCO Unix). Наличие «петли» чрезвы­чайно удобно с точки зрения использования сетевых приложений в локальном режиме для их тестирования и при разработке интегрированных систем. Вообще, зарезервирована вся сеть 127.0.0.0. Эта сеть класса A реально не описывает ни одной настоящей сети. Некоторые заре­зервированные адреса используются для широковещательных сообщений. Например, номер сети (строка 2) используется для посылки сообщений этой сети (т.е. сообщений всем компью­терам этой сети). Адреса, содержащие все единицы, используются для широковещательных посылок (для запроса адресов, например).

Реальные адреса выделяются организациями, предоставляющими IP-услуги, из выделенных для них пулов IP-адресов. Согласно документации NIC (Network Information Centre) IP-ареса предоставляются бес­платно, но в прейскурантах наших организаций (как коммерческих, так и некоммер­ческих), занимающихся Internet-сервисом предоставление IP-адреса стоит отдель­ной строкой.