Учебно-методическии комплекс дисциплины «Компьютерные сети» для специальности 6М011100 — «Информатика» (стр. 45 )

Каждый IP-адрес представляет собой 32-разрядное число (четыре байта), поэтому всего может быть 232 IP-адресов. Как правило, эти адреса изображаются в виде четырех десятичных чисел, разделенных точками. Каждое десятичное число соответствует одному байту адреса, например 193.32.216.9. В двоичном виде этот же адрес будет выглядеть так:

11000001 00100000 11011000 00001001

У интерфейсов всех хостов и маршрутизаторов в Интернете должны быть уникальные IP-адреса. Поэтому эти адреса не могут выбираться произвольным образом. Часть IP-адреса интерфейса определяется «сетью», с которой он соединен. В данном контексте термин «сеть» не имеет отношения к общей инфраструктуре хостов, маршрутизаторов и линий связи, образующих сеть. Как мы скоро увидим, данный термин имеет очень точное значение, тесно связанное с IP-адресацией.

На рис. 10.2 показаны примеры IP-адресов и интерфейсов. На этом рисунке один маршрутизатор (с тремя интерфейсами) используется для объединения семи хостов. Обратите внимание на IP-адреса, назначенные интерфейсам хостов и маршрутизатора. IP-адреса трех хостов в левой части рисунка, а также IP-адрес интерфейса маршрутизатора, к которому они присоединены, имеют вид 223.1.1.ххх. То есть левые 24 бита их IP-адресов одинаковые. Кроме того, они соединены друг с другом единой физической линией (в данном случае широковещательной линией связи, например Ethernet-кабелем, к которому они все физически присоединены), без промежуточных маршрутизаторов. В терминологии IP интерфейсы этих трех хостов и левого верхнего интерфейса маршрутизатора образуют IP-сеть, или просто сеть.

Рис. 10.2 Адреса интерфейсов

Общие 24 бита адреса формируют сетевую часть их IP-адреса. Оставшиеся восемь разрядов представляют собой «хостовую» часть IP-адреса. (Мы будем называть хостовую часть IP-адреса «интерфейсной частью адреса», так как IP-адрес соответствует не хосту, а интерфейсу; тем не менее терминология «хосто-вая часть адреса» часто используется на практике.) У самой сети также есть адрес: 223.1.1.0/24, где нотация /24, иногда называемая сетевой маской, означает, что самые левые 24 бита 32-разрядного числа определяют сетевой адрес. Эти самые левые разряды часто называют сетевым префиксом. Таким образом, сеть 223.1.1.0/24 состоит из трех хостовых интерфейсов (223.1.1.1, 223.1.1.2 и 223.1.1.3) и одного интерфейса маршрутизатора (223.1.1.4). Любые дополнительные хосты, присоединенные к сети 223.1.1.0/24, должны иметь адреса вида 223.1.l. xxx. На рис. 10.2 изображены еще две сети: 223.1.2.0/24 и 223.1.3.0/24. Все три сети показаны на рис. 10.3

Принятое в протоколе IP определение «сети» не ограничивается Ethernet-сегментами, соединяющими несколько хостов с интерфейсом маршрутизатора. Рассмотрим рис. 4.16, на котором показаны три маршрутизатора, соединенные друг с другом линиями «точка-точка». У каждого маршрутизатора есть три интерфейса, два из которых соединяют маршрутизаторы друг с другом по линиям «точка-точка» и один выделен для широковещательной линии, напрямую соединяющей маршрутизатор с парой хостов. Здесь мы видим также три сети, 223.1.1.0/24, 223.1.2.0/24 и 223.1.3.0/24, аналогичные сетям на рис. 4.14. Однако обратите внимание, что в этом примере есть еще три сети: 223.1.9.0/24, для интерфейсов, соединяющих маршрутизаторы R1 и R2; 223.1.8.0/24, для интерфейсов, соединяющих маршрутизаторы R2 и R3; и 223.1.7.0/24, для интерфейсов, соединяющих маршрутизаторы R1 и R3.

Рис. 10.3 Сетевые адреса

Для общего случая сложной системы из маршрутизаторов и хостов можно распознавать IP-сети следующим способом. Отсоединим каждый интерфейс от его хоста или маршрутизатора. Таким образом, мы получим островки изолированных сетей, границы которых состоят из интерфейсов. Будем называть каждую такую изолированную структуру сетью. Применив подобную процедуру к системе, показанной на рис. 4.16, мы получим шесть островков, или сетей. Сегодняшний Интернет состоит из миллионов подобных сетей. Понятия сети и сетевого адреса очень важны. Они играют центральную роль в архитектуре маршрутизации Интернета.

Рис. 10.4 Три маршрутизатора, соединяющие шесть хостов

Теперь, когда мы определили понятие сети, можно переходить к более подробному обсуждению IP-адресации. В оригинальной архитектуре адресации Интернета определены четыре класса адресов, как показано на рис. 4.17. Пятый класс адресов, начинающихся с цифр 11110, зарезервирован на будущее. В адресах класса А первые 8 бит идентифицируют сеть, а последние 24 бита обозначают интерфейс в этой сети.

Таким образом, в классе А может существовать до 27 сетей (первый из восьми битов имеет фиксированное нулевое значение), в каждой из которых может быть до 2(24) интерфейсов. Адресное пространство класса В позволяет создать до 2(14) сетей, в каждой из которых может быть до 2(16) интерфейсов. В адресе класса С первые 24 бита используются для идентификации сети, и только 8 бит остаются для идентификатора интерфейса. Адреса класса D зарезервированы для так называемых групповых адресов.

Рис. 10.5 Форматы адресов протокола IPv4

Показанные на рисунке четыре класса адресов более не являются частью архитектуры IP-адресации. Требование, чтобы сетевая часть IP-адреса занимала ровно один, два или три байта, оказалось серьезным препятствием на пути быстро растущего числа организаций с сетями небольшого и среднего размера. Сеть класса С (/ 24) может содержать не более 28 – 2 = 254 хостов (два из 28 = 256 адресов зарезервированы для специального использования), чего слишком мало для большинства организаций. Однако сеть класса В (1/16), поддерживающая до 65 534 хостов, слишком велика для небольших компаний. В классической схеме адресации организация со, скажем, 2000 хостами, как правило, приобретала сетевой адрес класса В (/16). В результате адресное пространство класса В использовалось неэффективно, а количество свободных адресов сетей быстро сокращалось. Так, из 65 534 адресов организация с 2000 хостами задействовала лишь 2000, в результате более 63 000 адресов оставались бесполезными, так как не могли использоваться другими организациями.

В 1993 году группа IETF приняла стандарт CIDR (Classless Inter-Domain Routing — бесклассовая внутридоменная маршрутизация). Данный стандарт (RFC 1519) позволяет использовать сетевую часть адреса любой длины, не обязательно кратной 8 бит. Сетевой адрес стандарта CIDR записывается четырьмя десятичными числами, разделенными точками, например a. b.c. d/x, где х указывает количество разрядов в сетевой части адреса. В нашем примере организации с 2000 хостами может быть выделен блок из 2048 адресов вида a. b.c. d/21, а около 63 000 адресов в этом случае могут быть предоставлены другим организациям. В данном случае первые 21 бит указывают адрес сети организации, и у всех хостов данной организации эти разряды IP-адресов должны быть одинаковыми. Остальные 11 разрядов идентифицируют хост в организации. На практике организация может также разбить и эти 11 младших разрядов адреса, выделяя тем самым в своей сети подсети (RFC 950).

Получение сетевого адреса

Чтобы получить блок IP-адресов для корпоративной сети, администратор сети может сначала связаться со своим Интернет-провайдером, который может выделить адреса из большего блока ранее выделенных ему адресов. Например, Интернет-провайдеру может быть выделен блок адресов 200.23.16.0/20. Интернет-провайдер, в свою очередь, может разделить этот блок адресов на восемь равных по размеру меньших блоков и распределить эти блоки между восемью организациями, как показано ниже (для наглядности мы подчеркнули сетевую часть этих адресов).

Блок адресов провайдера 200.23.16.0/20 11001000 00010111 00010000 00000000

Организация 1 200.23.16.0/23 11001000 00010111 00010000 00000000

Организация 2 200.23.18.0/23 11001000 00010111 00010010 00000000

Организация 3 200.23.20.0/23 11001000 00010111 00010100 00000000

Организация 7 200.23.30.0/23 11001000 00010111 00011110 00000000

Данный пример Интернет-провайдера, предоставляющего доступ к Интернету для восьми организаций, также служит прекрасной иллюстрацией того, как стандарт CIDR помогает тщательно подбирать блоки сетевых адресов и упрощает иерархическую маршрутизацию.

Рис. 10.6 Иерархическая адресация и маршрутная агрегация

Пусть, как показано на рис. 10.6, данный Интернет-провайдер (назовем его «Ночные полеты») объявляет всем о том, что все дейтаграммы, первые 20 бит адреса которых совпадают с 200.23.16.0/20, следует посылать ему. Остальному миру ни к чему знать, что в блоке адресов 200.23.16.0/20 на самом деле скрываются восемь организаций, у каждой из которых есть собственная сеть. Эту способность задействовать один сетевой префикс для нескольких сетей часто называют маршрутной агрегацией.

Маршрутная агрегация особенно хороша тогда, когда адреса поблочно выделяются Интернет-провайдерам, которые, в свою очередь, выделяют их организациям-клиентам. Но что произойдет, если адреса не будут выделяться таким иерархическим образом? Например, если организацию 1 перестанет удовлетворять качество услуг, предоставляемых Интернет-провайдером «Ночные полеты», и она решит перейти к новому Интернет-провайдеру с названием, например, «Голубая луна»? Как показано на рис. 10.6, Интернет-провайдеру «Голубая луна» принадлежит блок адресов 199.31.0.0/16, но IP-адреса организации 1 оказываются за пределами этого блока. Что делать в этой ситуации? Разумеется, организация 1 может запомнить адреса всех своих хостов и маршрутизаторов в пределах адресного блока Интернет-провайдера «Голубая луна». Но такое решение потребует больших затрат, кроме того, организация 1 может в будущем еще раз сменить Интернет-провайдера. Как правило, принимается решение сохранить за организацией 1 блок адресов 200.23.18.0/23.