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