Под сетью Интернет подразумевается совокупность сетей, базирующихся на IP-технологии обмена данными (IP-Internet Protocol) и обеспечивающих пользователям наивысшую степень удобства на коммутируемых или выделенных линиях: максимально высокие скорости, работу с электронной почтой и предоставление самых современных услуг, в числе которых центральное место занимает WWW-технология (World Wide Web - Всемирная информационная паутина).

Адрес IP состоит из 32 бит информации, которые разбиты на четыре раздела по одному байту каждый и называются октетами.

Существует несколько способов изображения адресов IP:

Десятичный с точками, например 133.58.30.56

Бинарный, например 10000101.00111000.00011110.00111000

Все приведенные примеры обозначают один и тот же адрес IP.32-битовый адрес IP является структурированным, или иерархическим, в отличие от прямого (неиерархического). Хотя можно применять любую схему адресации любого типа, в силу достаточно серьезных причин предпочтение отдано иерархической схеме.

Пример прямой схемы адресации - номер паспорта. В нем нет разрядов, обозначающих конкретные области или свойства индивида, которому он приписан. Если бы такой метод был бы применен при адресации IP, для каждого компьютера Internet потребовался бы абсолютно уникальный номер, каковым и является номер страхового полиса. Положительным свойством такой схемы является то, что в ней может быть описано большое количество адресов, а именно 4,2 млрд. (пространство 32-битового адреса с двумя возможными значениями для каждой позиции - 0 или 1 - 232, или 4,2 млрд.). Ее недостаток и причина, по которой она не применяется, связаны с маршрутизацией. Если все адреса уникальны, то все маршрутизаторы Internet должны хранить адреса всех компьютеров сети, что делает эффективную маршрутизацию практически невозможной даже при дроблении адресов.

Решение проблемы - в использовании двухуровневой иерархической схемы адресации, структурированной по классу, рангу, степени и т.п. Примером может служить междугородний телефонный номер. Первая его часть обозначает, возможно, очень широкий регион, за ней следует код более узкой, локальной, части телефонной сети, а конечный сегмент - номер абонента - обозначает конкретный аппарат связи. Аналогично при иерархической адресации IP все 32 бита не считаются уникальным идентификатором, как в прямой схеме; первая часть адреса определяется как адрес сети, вторая - как адрес узла. В результате весь адрес приобретает двухуровневую иерархическую структуру.

Адрес сети уникальным образом идентифицирует каждую сеть. Он представляет собой часть адреса IP каждого из компьютеров, входящих в одну и ту же сеть. Например, в адресе IP 133.58.30.56 сетевым адресом является 133.58.

Адрес узла присваивается каждому компьютеру сети и идентифицирует его уникальным образом. Эта часть адреса должна быть уникальной, поскольку обозначает отдельный компьютер как "индивид", в отличие от сети, которая является группой. Его можно назвать также адресом хост-узла. В примере адреса IP 133.58.133.58.30.56 адрес узла - 30.56.

Хост-узел - любое устройство, предоставляющее сервисы формата "клиент-сервер" в режиме сервера по каким-либо интерфейсам и уникально определённое на этих интерфейсах. В более частном случае под хостом могут понимать любой компьютер, сервер, подключенный к локальной или глобальной сети.

Проектировщики Internet решили выделить классы сетей исходя из их размера.

Класс А.

Сети класса А предназначены главным образом для использования крупными организациями, так как они обеспечивают всего 7 бит для поля адреса сети.

Класс В.

Сети класса В выделяют 14 бит для поля адреса сети и 16 бит для поля адреса главной вычислительной машины. Этот класс адресов обеспечивает хороший компромисс между адресным пространством сети и главной вычислительной машиной.

Класс С.

Сети класса С выделяют 22 бита для поля адреса сети. Однако сети класса С обеспечивают только 8 бит для поля адреса главной вычислительной машины, поэтому число главных вычислительных машин, приходящихся на сеть, может стать ограничивающим фактором.

Класс D.

Адреса класса D резервируются для групповой адресации в соответствии с официальным документом RFC-1112. В адресах класса D четыре бита наивысшего порядка устанавливаются на значения 1, 1, 1 и 0.

Класс Е.

Адреса класса Е также определены IP, но зарезервированы для использования в будущем. В адресах класса Е все четыре бита наивысшего порядка устанавливаются в 1. В таблице 1.1 изображена структура адресов сетей классов А-Е

Таблица 1.1 Структура адресов сетей классов А-Е

С целью обеспечения эффективной маршрутизации разработчики Internet определили обязательный шаблон первого битового раздела для каждого класса сетей. Например, зная, что адрес сети класса А всегда начинается с 0, маршрутизатор может ускорить движение пакета по маршруту, прочитав только первый бит его адреса.

Адрес состоит из двух логических частей - номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла, определяется значениями первых битов адреса:

Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А, и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. (Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специальных целей, о чем будет сказано ниже.) В сетях класса А количество узлов должно быть больше 216, но не превышать 224.

Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В и является сетью средних размеров с числом узлов 28 - 216. В сетях класса В под адрес сети и под адрес узла отводится по 16 битов, то есть по 2 байта.

Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С с числом узлов не больше 28. Под адрес сети отводится 24 бита, а под адрес узла - 8 битов.

Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес - multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.

Если адрес начинается с последовательности 11110, то это адрес класса Е, он зарезервирован для будущих применений. [4]

электронная почта компьютерная сеть

В табл.1.2 приведено соответствие классов адресов значениям первого октета и указано количество возможных IP-адресов каждого класса.

Таблица 1.2 Характеристики классов адресов

Некоторые IP-адреса являются выделенными и трактуются по-особому.

Таблица 1.3 Выделенные IP-адреса

Как показано в таблице 1.3., в выделенных IP-адресах все нули соответствуют либо данному узлу, либо данной IP-сети, а IP-адреса, состоящие из всех единиц, используются при широковещательных передачах. Для ссылок на всю IP-сеть в целом используется IP-адрес с нулевым номером узла. Особый смысл имеет IP-адрес, первый октет которого равен 127. Он используется для тестирования программ и взаимодействия процессов в пределах одной машины. Когда программа посылает данные по IP-адресу 127.0.0.1, то образуется как бы "петля". Данные не передаются по сети, а возвращаются модулям верхнего уровня, как только что принятые. Поэтому в IP-сети запрещается присваивать машинам IP-адреса, начинающиеся с 127.

Прежде чем использовать сеть с TCP/IP, надо получить один или несколько официальных сетевых номеров. Выделением номеров (как и многими другими вопросами) занимается DDN Network Information Center (NIC). Выделение номеров производится бесплатно и занимает около недели. Вы можете получить сетевой номер вне зависимости от того, для чего предназначена ваша сеть.

По определению схема IP-адресации должна обеспечивать уникальность нумерации сетей, а также уникальность нумерации узлов в пределах каждой из сетей. Следовательно, процедуры назначения номеров, как сетям, так и узлам сетей должны быть централизованными.

В небольшой автономной IP-сети условие уникальности номеров сетей и узлов может быть выполнено силами сетевого администратора.

В этом случае в распоряжении администратора имеются все адресное пространство, так как совпадение IP-адресов в не связанных между собой сетях не вызовет никаких отрицательных последствий. Администратор может выбирать адреса произвольным образом, соблюдая лишь синтаксические правила и учитывая ограничения на особые адреса. (Напомним, что номер узла в технологии TCP/IP назначается независимо от его локального адреса.)

Однако при таком подходе исключена возможность в будущем подсоединить данную сеть к Интернету. Действительно, произвольно выбранные адреса данной сети могут совпадать с централизовано назначенными адресами Интернета. Для того чтобы избежать коллизий, связанных с такого рода совпадениями, в стандартах Интернета определено несколько так называемых частных адресов, рекомендуемых для автономного использования:

· в классе А - сеть 10.0.0.0;

· в классе В - диапазон из 16 номеров сетей 172.16.0.0-172.31.0.0;

· в классе С - диапазон из 255 сетей - 192.168.0.0-192.168.255.0.

Эти адреса, исключенные из множества централизованно распределяемых, составляют огромное адресное пространство, достаточное для нумерации узлов автономных сетей практически любых размеров. Заметим также, что частные адреса, как и при произвольном выборе адресов, в разных автономных сетях могут совпадать. В то же время использование частных адресов для адресации автономных сетей делает возможным корректное подключение их к Интернету. Применяемые при этом специальные технологии подключения исключают коллизии адресов.

По заданию Абсолютный адрес сети 133.58.0.0 это значит, что сеть относиться к классу B со средним числом узлов от 28 до 216. [1,2]

Подсеть - это сеть в многосетевой среде, использующая IP-адреса с общим идентификатором сети. Применяя подсети, организация может разделить одну большую сеть на несколько физических сетей и соединить их маршрутизаторами. Для разбиения IP-адреса на идентификаторы сети и хоста служит маска подсети. При попытке соединения TCP/IP с помощью маски подсети определяет, где находится целевой хост - в локальной или удаленной сети. Пример маски подсети: 255.255.0.0. Чтобы взаимодействовать напрямую, компьютеры в сети должны иметь одинаковую маску подсети.

Выделение подсети - свойство программного обеспечения TCP/IP, позволяющее разделить единственную сеть IP на более мелкие логические подсети путем использования основной части адреса IP для создания адреса подсети. Каждая подсеть остается частью общего адреса и в то же время имеет дополнительный идентификатор, который обозначает ее индивидуальный номер и называется номером подсети.

Такой метод решает многие проблемы адресации. Во-первых, организация, имеющая множество физических сетей и единственный сетевой номер, может решить проблему путем создания подсетей. Во-вторых, поскольку выделение подсети позволяет сгруппировать множество физических сетей, требуется меньшее число вхождений в таблицу маршрутизации, что значительно снижает расходы сетевых ресурсов. И, наконец, все это, вместе взятое, значительно повышает эффективность работы сети.

Предприятие N имеет в Internet единственный сетевой номер 133.58. и четыре отдела, решающих различные задачи. Поскольку администраторы N применили выделение подсетей, то при поступлении пакетов в ее сеть маршрутизаторы используют адреса подсетей для направления пакетов в нужную внутреннюю подсеть. Таким образом, что мера сложности сети компании N может быть скрыта от остальной части Internet. Подобный метод действий получил название сокрытия информации.

Сокрытие информации упрощает работу маршрутизаторов внутри сети N. В отсутствие подсетей каждый маршрутизатор N должен был бы знать адреса всех компьютеров в сети, что привело бы к дополнительным расходам и снижению производительности. При наличии подсетей маршрутизатор нуждается только и следующей информации:

· Адрес каждого компьютера в подсетях, к которым он подключен.

· Адреса других подсетей.

Выделение подсети реализуется приписыванием адреса подсети каждому компьютеру данной физической сети. Например, каждый компьютер подсети 1 имеет адрес подсети 1. Далее мы рассмотрим, как адрес подсети включается в остальную часть адреса IP.

Сетевую часть адреса IP можно изменить. Все компьютеры отдельной сети должны иметь один и тот же сетевой адрес. Из таблицы 1.4 следует, что все компьютеры предприятия N имеют сетевой адрес 133.58. Он остается постоянным. При выделении подсетей можно манипулировать только адресами хост-узлов. Согласно схеме адресации часть адреса хост-узла переназначается в качестве адреса подсети. Битовые позиции "похищаются" из адреса хост-узла и используются для идентификатора подсети. На таблице 1.4 показано, как адресу IP можно придать адрес подсети.

Поскольку сеть предприятия N относится к классу В, первые два байта относятся к сетевому адресу и совместно используются всеми компьютерами сети независимо от того, к какой подсети они принадлежат. Третий байт каждого компьютера данной подсети должен иметь вид 0000 0001. Четвертый байт, адрес хост-узла, является уникальным номером. Такие методы - концептуальный и практический - применимы при создании каждой подсети данной сети.

Таблица 1.4 Придание адресу IP адреса подсети путем обработки адреса хост-узла.

Для того чтобы схема адресации подсети работала, каждый компьютер сети должен знать, какая часть адреса хост-узла используется для адреса подсети, что достигается назначением каждому компьютеру маски подсети.

Для этого создается 32-битовая маска подсети из нулей и единиц. Единицы обозначают позиции, относящиеся к адресам сети или подсети, нули - позиции, относящиеся к адресу хост-узла. Пример маски показан на таблице 1.5.

Маску подсети можно обозначить с помощью десятичных эквивалентов двоичных форм. Двоичная форма 1111 1111 эквивалентна десятичной 225.

Таблица 1.5 Маска подсети

В примере предприятия N первые два байта маски подсети - единицы, так как сеть Х относится к классу В с форматом Net.net. Node. Node. Третий байт, обычно являющийся частью адреса хост-узла, здесь представляет собой адрес подсети. Поэтому в маске подсети эти битовые позиции представлены единицами. Последний байт этого примера является уникальным адресом хост-узла.

Не всем сетям нужны подсети, а это значит, что нет необходимости применять маски подсетей. В этих случаях говорят, что сети имеют маски подсетей, принятые по умолчанию, другими словами, не имеют адреса подсети. Принятые по умолчанию маски подсетей для сетей различных классов приведены в таблице 1.6.

Таблица 1.6. Принятые по умолчанию маски подсети

После того как создана маска подсети и она назначена каждому компьютеру, программное обеспечение IP, просматривая адрес IP через маску подсети, определяет адрес подсети. Используя весь третий байт адреса класса В в качестве адреса подсети, легко устанавливать и определять адрес подсети. Например, если N хочет иметь подсеть 4, третий байт всех компьютеров этой подсети будет выглядеть как 0000 0100. Третий байт адресов класса В позволяет создать достаточное количество доступных адресов подсетей - 28, или 256. Поскольку номера, состоящие из одних нулей или одних единиц, зарезервированы, компания N может иметь всего 254 подсети с 254 хост-узлами в каждой.

Максимальное число подсетей и максимальное число хост-узлов в одной сети определяются по общим формулам:

2 (число маскированных бит в маске подсети) - 2 = максимальное ЧИСЛО ПОДСЕТЕЙ;

2 (число немаскированных бит в маске полсети) - 2 = максимальное ЧИСЛО ХОСТ-УЗЛОВ В ОДНОЙ ПОДСЕТИ.

В этих формулах словом "маскированные" обозначаются битовые позиции 1, а "немаскированные" - позиции 0.

Результатом использования целого байта в адресе узла в качестве адреса подсети является уменьшение возможного числа адресов узлов для каждой подсети. Без подсети адрес класса В допускает 65 534 возможные уникальные комбинации, которые можно применять в качестве адресов узлов. При использовании целого байта в адресе узла для адреса подсети для адресов хост-узлов остается только один байт, что позволяет определить только 254 возможных адреса хост-узлов. Если в каждой подсети имеется более 254 компьютеров, возникает проблема. Для ее решения требуется сократить маску подсети, удлиняя адреса хост-узлов. Побочным эффектом такого решения является уменьшение числа возможных подсетей.

Таблица 1.7 Формулы подсети и узла

IP-адреса могут назначаться вручную или автоматически.

Основным назначением Dynamic Host Configuration Protocol DHCP является динамическое назначение IP-адресов. Однако, кроме динамического, DHCP может поддерживать и более простые способы ручного и автоматического статического назначения адресов.

В ручной процедуре назначения адресов активное участие принимает администратор, который предоставляет DHCP-серверу информацию о соответствии IP-адресов физическим адресам или другим идентификаторам клиентов. Эти адреса сообщаются клиентам в ответ на их запросы к DHCP-серверу.

При автоматическом статическом способе DHCP-сервер присваивает IP-адрес (и, возможно, другие параметры конфигурации клиента) из пула наличных IP-адресов без вмешательства оператора. Границы пула назначаемых адресов задает администратор при конфигурировании DHCP-сервера. Между идентификатором клиента и его IP-адресом по-прежнему, как и при ручном назначении, существует постоянное соответствие. Оно устанавливается в момент первичного назначения сервером DHCP IP-адреса клиенту. При всех последующих запросах сервер возвращает тот же самый IP-адрес.

Динамическое разделение адресов позволяет строить IP-сеть, количество узлов в которой намного превышает количество имеющихся в распоряжении администратора IP-адресов. [2]

В нашем случае можно применить статический способ присваивания IP-адреса.

Как отмечалось выше возможно два варианта адресации хостов в сети. Первый выбрать адреса произвольным образом из пула, но в этом случае при соединении с другими сетями могут возникнуть проблемы адресации. Лучше выбрать второй вариант - выбрать адреса из списка рекомендуемых 172.16.0.0-172.31.0.0. Для более простого отслеживания принадлежности хоста к подсети зададим значения подсети от 1 до 4. Первые десять адресов хостов зарезервируем для маршрутизаторов, начав выдачу адресов с 10. Таким образом, получим пул адресов нашей сети 172.16.1-5.10-21. В табл.1.8 приведены IP-адреса сети предприятия N.

1.2 Определение требуемого коммутационного оборудования

Некоторые реализации сетевых протоколов допускают наличие в таблице маршрутизации сразу нескольких строк, соответствующих одному и тому же адресу назначения. В этом случае при выборе маршрута принимается во внимание столбец "расстояние до сети назначения". При этом расстояние измеряется в любой метрике, используемой в соответствии с заданным в сетевом пакете критерием. Расстояние может измеряться временем прохождения пакета по линиям связи, различными характеристиками надежности линий связи на данном маршруте, пропускной способностью или другой величиной, отражающей качество данного маршрута по отношению к заданному критерию. Расстояние для сетей, непосредственно подключенных к портам маршрутизатора, здесь принимается равным 1.

Когда пакет поступает на маршрутизатор, модуль IP извлекает из поступившего заголовка кадра номер сети назначения и последовательно сравнивает его с номерами сетей из каждой строки таблицы. Строка с совпавшим номером сети указывает ближайший маршрутизатор, на который следует направить пакет.

Чаще всего в качестве адреса назначения в таблице указывается не весь IP-адрес, а только номер сети назначения. Таким образом, для всех пакетов, направляемых в одну и ту же сеть, протокол IP будет предлагать один и тот же маршрут. Однако в некоторых случаях возникает необходимость для одного из узлов сети определить специфический маршрут, отличающийся от маршрута, заданного для всех остальных узлов сети. Для этого в таблицу маршрутизации помещают для данного узла отдельную строку, содержащую его полный IP-адрес и соответствующую маршрутную информацию. Если в таблице имеются записи о маршрутах как к сети в целом, так и к ее отдельному узлу, то при поступлении пакета, адресованного данному узлу, маршрутизатор отдаст предпочтение специфическому маршруту.

Поскольку пакет может быть адресован в любую сеть составной сети, может показаться, что каждая таблица маршрутизации должна иметь записи обо всех сетях, входящих в составную сеть. Но при таком подходе в случае крупной сети объем таблиц маршрутизации может оказаться очень большим, что повлияет на время ее просмотра, потребует много места для хранения и т.п. Поэтому на практике широко известен прием уменьшения количества записей в таблице маршрутизации, основанный на введении маршрута по умолчанию (default route). В этом приеме используются особенности топологии сети. Рассмотрим, например, маршрутизаторы, находящиеся на периферии составной сети. В их таблицах достаточно записать номера только тех сетей, которые непосредственно подсоединены к данному маршрутизатору или расположены поблизости, на тупиковых маршрутах. Обо всех же остальных сетях можно сделать в таблице единственную запись, указывающую на маршрутизатор, через который пролегает путь ко всем этим сетям. Такой маршрутизатор называется маршрутизатором по умолчанию (default router).

Задачу маршрутизации решают не только промежуточные (маршрутизаторы), но и конечные узлы - компьютеры. Решение этой задачи начинается с того, что протокол IP, установленный на конечном узле, определяет, направляется ли пакет в другую сеть или адресован какому-нибудь узлу данной сети. Если номер сети назначения совпадает с номером данной сети, это означает, что пакет маршрутизировать не требуется. В противном случае маршрутизация нужна.

Структуры таблиц маршрутизации конечных узлов и транзитных маршрутизаторов аналогичны.

Конечные узлы в еще большей степени, чем маршрутизаторы, пользуются приемом маршрутизации по умолчанию. Хотя они также в общем случае имеют в своем распоряжении таблицу маршрутизации, ее объем обычно незначителен, что объясняется периферийным расположением всех конечных узлов. Конечный узел часто вообще работает без таблицы маршрутизации, имея только сведения об адресе маршрутизатора по умолчанию. При наличии одного маршрутизатора в локальной сети этот вариант - единственно возможный для всех конечных узлов. Но даже при наличии нескольких маршрутизаторов в локальной сети, когда перед конечным узлом стоит проблема их выбора, часто в компьютерах для повышения производительности прибегают к заданию маршрута по умолчанию.

Еще одним отличием работы маршрутизатора и конечного узла является способ построения таблицы маршрутизации. Если маршрутизаторы, как правило, автоматически создают таблицы маршрутизации, обмениваясь служебной информацией, то для конечных узлов таблицы маршрутизации часто создаются вручную администраторами и хранятся в виде постоянных файлов на дисках. [2]

1.4 Таблица соответствия IP-адрес, IP-имя рабочей станции