Презентация «Основы IP-адресации»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

«Россошанский колледж мясной и молочной промышленности»

Дисциплина «Компьютерные сети»

Тема

Основы IP-адресации

Для студентов III курса по специальности 230103 « Автоматизированные системы обработки информации и управления »

Мамедова Н.И. © 2008 [email protected]

Основные вопросы

• Что такое IP-адрес, маска подсети, основной шлюз?
• Как работает IP-маршрутизация?
• Как «читать» таблицу маршрутизации?
• Как маршрутизаторы обмениваются таблицами маршрутизации?
• Как назначать IP-адреса компьютерам в сети?
• Как проверить работоспособность протокола IP?

Понятие «IP-адрес»

IP-адрес — это уникальная 32-разрядная последовательность двоичных цифр, с помощью которой компьютер однозначно идентифицируется в IP-сети.

На канальном уровне в роли таких же уникальных адресов компьютеров выступают MAC-адреса сетевых адаптеров, невозможность совпадения которых контролируется изготовителями на стадии производства.

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 — 3,4x10 38 .

Различные представления IP-адреса

IP-адрес

в 32-разрядном виде

11000000 10101000 0000101 11001000

IP-адрес,

разбитый на октеты

11000000

Октеты

192

в десятичном представлении

10101000

IP-адрес в виде десятичных чисел, разделенных точками

192.168.5.200

168

0000101

5

11001000

200

Понятие «М аска 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.

С помощью маски подсети производится разделение любого IP-адреса на две части: идентификатор сети (Net ID) и идентификатор узла (Host ID).

Там, где в маске подсети стоят единицы, находится идентификатор сети, а где стоят нули  идентификатор узла.

Примеры

Если поменять маску подсети, то изменится идентификатор узла, идентификатор сети и от этого иначе будет вести себя компьютер при посылке IP-пакетов.

IP-адрес

маска подсети

192.168.15.125

255.255.255.0

192.168.15.125

идентификатор сети

192.168.15.0

идентификатор узла

255.255.0.0

192.168.15.125

125

255.0.0.0

192.168.0.0

15.125

Правила назначения IP-адресов сетей и узлов

• идентификатор сети не может содержать только двоичные нули или только единицы. Например, адрес 0.0.0.0 не может являться идентификатором сети;
• 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 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;

• идентификатор узла в пределах одной и той же подсети должен быть уникальным;
• 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 «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 компьютер будет отвечать на собственные запросы.

Классовая и бесклассовая IP-адресация

Класс

Первые биты в октете

A

Возможные

0

B

10

значения

Возможное число сетей

1-126

C

D

110

128-191

126

Возможное число узлов в сети

первого октета

16384

1110

16777214

192-223

E

65534

2097152

224-239

1111

Используется для многоадресной рассылки (multicast)

254

240-254

Зарезервирован как экспериментальный

IP-адресация

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.

IP-адресация

Разработана бесклассовая схема IP-адресации (Classless InterDomain Routing, CIDR), в которой 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 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.

IP-адресация

Распределением IP-адресов в мире занимается частная некоммерческая корпорация под названием ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers), а точнее, работающая под ее патронажем организация IANA (Internet As­signed Numbers Authority)

Все используемые в Интернете адреса называют реальными, или публичными (public) IP-адресами.

IP-адреса для локальных сетей

Для локальных сетей, не подключенных к Интернету, регистрация IP-адресов не требуется, в принципе, здесь можно использовать любые возможные адреса. Однако, чтобы не допускать возможных конфликтов при последующем подключении такой сети к Интернету, протокол 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):

• 10.0.0.0 — 10.255.255.255;
• 172.16.0.0—172.31.255.255;
• 192.168.0.0—192.168.255.255.

Основы IP-маршрутизации

Чтобы правильно взаимодействовать с другими компьютерами и сетями, каждый компьютер определяет, какие IP-адреса принадлежат его локальной сети, а какие — удаленным сетям. Если выясняется, что IP-адрес компьютера назначения принадлежит локальной сети, пакет посылается непосредственно компьютеру назначения, если же это адрес удаленной сети, то пакет посылается по адресу основного шлюза.

• IP-адрес — 192.168.5.200;
• маска подсети — 255.255.255.0;
• основной шлюз — 192.168.5.1.

Основы IP-маршрутизации

При запуске протокола IP на компьютере выполняется операция логического «И» между его собственными IP-адресом и маской подсети, в результате которой все биты IP-адреса, соответствующие нулевым битам маски подсети, также становятся нулевыми:

IP-адрес в 32-разрядном виде —

11000000 10101000 00000101 11001000 ;

маска подсети —

11111111 11111111 11111111 00000000 ;

идентификатор сети —

11000000 10101000 00000101 00000000 .

Основы IP-маршрутизации

Идентификатор собственной сети (в примере — 192.168.5.0)

Если компьютеру надо отправить IP-пакет по адресу 192.168.5.15. Чтобы решить, как это нужно сделать, компьютер выполняет операцию логического «И» с IP-адресом компьютера назначения и собственной маской подсети. Полученный в результате идентификатор сети назначения будет совпадать с идентификатором собственной сети компьютера-отправителя. Так наш компьютер определит, что компьютер назначения находится в одной с ним сети, и выполнит следующие операции:

Основы IP-маршрутизации

• с помощью протокола ARP будет определен физический MAC-адрес, соответствующий IP-адресу компьютера назначения;
• с помощью протоколов канального и физического уровня по этому MAC-адресу будет послана нужная информация.

Если пакет надо отправить по адресу 192.168.10.20. Компьютер выполнит аналогичную процедуру определения идентификатора сети назначения. В результате будет получен адрес 192.168.10.0, не совпадающий с идентификатором сети компьютера-отправителя (компьютер назначения находится в удаленной сети).

Основы IP-маршрутизации

Алгоритм действий компьютера-отправителя:

• будет определен MAC-адрес не компьютера назначения, а маршрутизатора ;
• с помощью протоколов канального и физического уровня по этому MAC-адресу на маршрутизатор будет послана нужная информация.

Несмотря на то, что IP-пакет в этом случае не доставляется непосредственно по назначению, протокол IP на компьютере-отправителе считает свою задачу выполненной.

Дальнейшая судьба IP-пакета зависит от правильной настройки маршрутизаторов, объединяющих сети 192.168.5.0 и 192.168.10.0.

Таблица маршрутов в ОС Windows XP

Route print

Основы IP-маршрутизации

Чтобы доставить пакет в сеть с адресом из поля Сетевой адрес и маской из поля Маска сети , нужно с интерфейса с IP-адресом из поля Интерфейс послать пакет по IP-адресу из поля Адрес шлюза , а «стоимость» такой доставки будет равна числу из поля Метрика .

Основы IP-маршрутизации

Параметры Сетевой адрес и Маска сети вместе задают диапазон всех разрешенных в данной сети IP-адресов. Например, 127.0.0.0 и 255.0.0.0 (означают лю­бой IP-адрес от 127.0.0.1 до 127.255.255.254). IP-адрес 127.0.0.1 называется «адресом заглушки» — посланные по этому адресу пакеты должны обрабатываться самим компьютером. Маска 255.255.255.255 означает сеть из одного IP-адреса, а комбинация 0.0.0.0 — любой неопределенный адрес или маску подсети.

Основы IP-маршрутизации

Первая строка в таблице маршрутизации означает, что делает компьютер при необходимости послать пакет в удаленную, т. е. неизвестную ему из таблицы маршрутизации, сеть — со своего интерфейса пакет посылается на IP-адрес маршрутизатора.

Вторая строка таблицы заставляет компьютер посылать самому себе (и отвечать на них) все пакеты, отправленные по любому IP-адресу из диапазона 127.0.0.1 — 127.255.255.254.

Основы IP-маршрутизации

В третьей строке определено, как посылать пакеты компьютерам локальной сети (по адресам из диапазона 192.168.5.1 — 192.168.5.254). Здесь четко видно, что делать это должен сам компьютер — адресом шлюза является его собственный IP-адрес 192.168.5.200.

Четвертая строка означает, что пакеты, посланные по IP-адресу 192.168.5.200 (обратите внимание на маску!), должны обрабатываться самим компьютером.

Основы IP-маршрутизации

Аналогично (пятая, шестая и седьмая строки таблицы) нужно поступать и в случае, когда пакеты направляются по адресу рассылки подсети (192.168.5.255), по адресам многоадресной рассылки (224.0.0.0) или по адресу локальной широковещательной рассылки (255.255.255.255).

Основы IP-маршрутизации

Объединение сети с помощью маршрутизатора

Основы IP-маршрутизации

Таблица маршрутизации компьютера R1

Основы IP-маршрутизации

Таблица маршрутизации компьютера R1