Типы адресации (стр. 1 )

типы адресации

IP-адресация версии 4

На сетевом уровне (или IP) мы должны уникально идентифицировать каждое устройство в Интернете, чтобы обеспечить глобальную связь между всеми устройствами. Эта адресация напоминает нумерацию в телефонной сети, где каждый абонент имеет уникальный номер телефона, содержащий международный код (код страны), междугородний код города и т. д., который идентифицирует его местоположение.

Установление соединения между двумя и более узлами происходит на основе обработки адресной информации, которая по мере необходимости обрабатывается устройствами 3-го уровня в маршрутизаторах. К адресу предъявляются следующие требования:

адрес должен быть универсальным; адрес должен иметь иерархическую структуру, удобную для обработки соответствующими узлами; адрес должен быть удобен для пользователя.

Идентификатор, используемый на уровне IP набора протокола TCP/IP, чтобы идентифицировать каждое устройство, подключенное к Интернету, назван адресом Интернета, или адресом IP. Адрес IP — двоичный адрес на 32 бита, который уникально и универсально определяет подключение хоста или маршрутизатора к Интернету.

Адреса IP уникальны. Они уникальны в том смысле, что каждый адрес определяет одно и только одно подключение к Интернету. Два устройства в Интернете никогда не могут иметь одного того же адреса. Если устройство имеет два подключения к Интернету, через две сети, оно имеет два адреса IP.

Адреса IP универсальны потому, что система адресации должна быть принята любым хостом, который хочет быть связанным с Интернетом.

Адресное пространство

Протокол, подобный IP, то есть определяющий адреса, имеет адресное пространство. Адресное пространство — общее количество адресов, применяемых в соответствии с протоколом. Если протокол использует N бит, чтобы определить адрес, адресное пространство – 2N, потому что каждый бит может иметь два различных значения (0 и 1), а N бит могут иметь 2N значений.

IPv4 использует адреса на 32 бита, то есть адресное пространство – 232 или 4,294,967,296 (больше чем четыре миллиарда). Это означало бы, что, теоретически, если не было бы никаких ограничений, к Интернету могли бы быть подключены более чем 4 миллиарда устройств. Мы вскоре увидим, что фактически номеров намного меньше.

Система обозначений

Применяется, чтобы указать адрес IP. Есть три общих системы обозначений: двоичная, десятичная разделенная точками и шестнадцатеричная система обозначений.

Двоичная система обозначений

В двоичной системе обозначений адрес IP отображен как 32 бита. Чтобы сделать адрес читаемым, обычно вставляются один или более пробелов между каждым октетом (8 бит). Каждый октет часто упоминается как байт. Поэтому адрес IP называется адресом с 4 октетами, или 4-байтовым адресом. Ниже показан пример адреса IP в двоичной системе обозначений:

10010001 11011101 01010101 10010100

Десятичная разделенная точками система обозначений

Чтобы сделать адрес IP более компактным и более простым для чтения, адреса Интернета обычно написаны в десятичной форме с точкой (точечное отделение байтов). Рисунок 2.1 показывает адрес IP в десятичной системе обозначений, разделенной точками. Обратите внимание на то, что поскольку каждый байт (октет) — только 8 битов, каждый номер в десятичной разделенной точками системе обозначений находится между 0 и 255. В некоторых компьютерных системах возможно применение октальной и шестнадцатеричной систем обозначения.

Рис. 2.1.  Десятичная разделенная точками система обозначений (нотация)

Пример 1

Замените следующие IP-адреса в двоичном обозначении на десятичную систему, обозначенную с разделением точками:

10000001 00001011 00001011 11101111; 11000001 10000011 00011011 11111111; 11100111 11011011 10001011 01101111; 11111001 10011011 11111011 00001111.

Решение

Мы заменяем каждую группу 8 битов ее эквивалентным десятичным номером и добавляем точки для разделения:

129.11.11.239; 193.131.27.255; 231.219.139.111; 249.155.251.15.

Пример 2

Замените следующие IP-адреса десятичного обозначения с применением точек на двоичное обозначение:

111.56.45.78; 221.34.7.82; 241.8.56.12; 75.45.34.78.

Решение

Мы заменяем каждый десятичный номер его двоичным эквивалентом:

01101111 00111000 00101101 01001110; 11011101 00100010 00000111 01010010; 11110001 00001000 00111000 00001100; 01001011 00101101 00100010 01001110.

Пример 3

Найдите ошибку, если таковые вообще имеются, в следующих IP-адресах:

111.56.045.78; 221.34.7.8.20; 75.45.301.14; 11100010.23.14.67.

Решение

В десятичном обозначении с использованием разделительных точек в начале десятичного числа не применяется нуль (045). Мы не можем иметь больше чем четыре байта в IP-адресе. В пунктирно-десятичном изображении каждый номер меньше или равен 255; 301 — вне этого диапазона. Смесь двоичного обозначения и десятичной системы обозначений, разделенной точками, не позволяется.

Шестнадцатеричная система обозначений

Мы иногда видим адрес IP в шестнадцатеричной системе обозначений. Каждая шестнадцатеричная цифра эквивалентна четырем битам. Это означает, что адрес на 32 бита имеет 8 шестнадцатеричных цифр. Такая система обозначений часто используется в сетевом программировании.

Пример 4

Замените следующие адреса IP в двоичной системе обозначений на шестнадцатеричную систему обозначений:

10000001 00001011 00001011 11101111; 11000001 10000011 00011011 11111111.

Решение

Мы заменяем каждую группу в 4 бита ее шестнадцатеричным эквивалентом. Обратите внимание, что шестнадцатеричная система обозначений обычно не имеет ни одного добавленного пробела; однако 0X добавляется в начале или в конце приписывается индекс 16, чтобы показать, что номер приведен в шестнадцатеричном обозначении.

OX810BOBEF или 810BOBEF16; OXC1831BFF или C1831BFF16.

Адресация по классам

В начале внедрения IP-адресации использовали концепцию классов. Эта архитектура названа адресацией по классам.

В середине 1990-х была введена новая архитектура, названная бесклассовой адресацией, которая была предназначена, в конечном счете, заменить первоначальную архитектуру. Однако в большинстве случаев Интернет все еще использует адресацию по классам, и переход идет медленно. Далее рассматривается сначала адресация по классам, а потом бесклассовая адресация. "Классовая" концепция необходима, чтобы понять "бесклассовую" концепцию.

Имеется пять классов адресов, приведенных в табл. 2.1, где жирным шрифтом выделена старшая часть IP-адреса, указывающая номер сети.

Согласно [31, 32], в версии 4 сетевые IP-адреса имеют двухуровневую иерархию, старшая часть которых отображает номер сети (netid), а младшая – номер узла (компьютера) в сети (hostid). Общая длина адреса имеет длину 4 байта и записывается в виде десятичных чисел, разделенных точками. Первые биты сетевого адреса задают класс адреса, по которому определяется, какая его часть относится к номеру сети, а какая – к номеру узла. Если сеть является частью Интернета, то номер сети назначается централизованно по рекомендации специального органа Интернета – Internet Information Center. Номер узла в IP-адресе назначается из разрешенного для этого класса диапазона независимо от физического адреса. Маршрутизатор объединяет несколько сетей, поэтому каждый порт (интерфейс) маршрутизатора имеет свой IP-адрес.

Таблица 2.1. Классы адресов
Класс	Первые биты IP-адреса	Наименьший номер сети	Наибольший номер сети	Максимальное число сетей	Макс. число узлов в каждой сети
A	0	0.0.0.0	127.0.0.0	27 – 2	224 – 2
B	10	128.0.0.0	191.255.0.0	214 – 2	216 – 2
C	110	192.0.0.0	223.255.255.0	221 – 2	28 – 2
D	1110	224.0.0.0	239.255.255.255	15 x 224	Групповые адреса
E	11110	240.0.0.0	255.255.255.255	7 x 224	Резерв

Большие сети используют адреса класса А, средние – класса В, маленькие – класса С.

Мы можем видеть из табл. 2.1, что класс A покрывает половину адресного пространства — это серьезный недостаток проекта. Класс B охватывает 1/4 всего адресного пространства — и это второй недостаток проекта. Класс C охватывает 1/8 адресного пространства, и классы D и E покрывают 1/16 адресного пространства каждый.

Если адрес дается в двоичной системе обозначений, первые биты остатка могут указать нам класс адреса, как показано на Рис. 2.2.

Рис. 2.2.  Нахождение класса в двоичной системе обозначений

Пример 5

Как доказать, что мы имеем 2147483648 адресов в классе A?

Решение

В классе A только 1 бит определяет класс. Остающийся 31 бит доступен для адреса. С 31 битом мы можем иметь 231, или 2147483648 адресов.

Пример 6

Найдите класс каждого адреса:

00000001 00001011 00001011 11101111; 11000001 10000011 00011011 11111111; 10100111 11011011 10001011 01101111; 11110011 10011011 11111011 00001111.

Решение

См. процедуру на рис. 2.2.

Первый бит — 0. Это — адреса класса A. Первые 2 бита — 1; третий бит — 0. Это — адрес класса C. Первый бит — 1; второй бит — 0. Это — адрес класса B Первые 4 бита — 1111. Это — адрес класса E.

Когда адрес дается в десятичной разделенной точками системе обозначений, чтобы определить класс адреса, мы должны смотреть только на первый байт (номер). Каждый класс имеет заданный диапазон номеров.