Структура IP-адреса. Классы IP-адресов и их использование

При стандартизации протокола IP в сентябре 1981 года его спецификация требовала, чтобы каждое устройство, подключенное к сети, имело уникальный 32-разрядный адрес. Этот адрес разбивается на две части. Первая часть адреса идентифицирует сеть, в которой располагается устройство. Вторая часть одно­значно идентифицирует само устройство. Такая схема создает двухуровневую адресную иерархию (рис. 4.4).

Рис. 4.4.СтруктураIP-адреса

На рис. 4.5 показаны две формы записи IP -адреса

Рис. 4.5.Формы записиIP-адреса

Межсетевая схема адресации протокола IP описана в документах RFC 990 и RFC 997. При разработке протоколов стека TCP/IP рассматривался целый ряд методов идентификации конечных устройств в сети. Окончательным стало решение о присвоении адреса как сети, так и устройствам в этой сети. Основными доводами в пользу такого подхода явились: возможность задания номеров сетей и устройств в них в широком диапазоне значений и возможность реализации маршрутизации. При этом адреса должны назначаться упорядоченно, для того чтобы сделать маршрутизацию более эффективной.

В сети, построенной на базе протокола TCP/IP, конечные устройства полу­чают уникальные адреса. Эти устройства могут быть персональными компьюте­рами, коммуникационными серверами, маршрутизаторами и т. д. Некоторые устройства, которые имеют несколько физических интерфейсов, например марш­рутизаторы, должны иметь уникальный адрес для каждого из своих интерфей­сов. Исходя из схемы адресации и возможности того, что некоторые устройства в сети будут обладать несколькими адресами, напрашивается вывод, что такая схема адресации описывает не само устройство в сети, а определенное соедине­ние этого устройства с сетью. Это приводит к ряду неудобств. Одним из них яв­ляется необходимость замены адреса устройства при перемещении его в другую сеть. Основной же недостаток в том, что для работы с устройствами, имеющими несколько подключений в распределенной сети, необходимо знать все его адре­са, идентифицирующие эти подключения. Незнание хотя бы одного адреса мо­жет привести к тому, что эти устройства не получат необходимую информацию при отказе других соединений. Поле номера сети в адресе называется сетевым префик­сом. Это связано с тем, что первый квадрант каждого IP -адреса идентифицирует номер сети. Все хосты в определенной сети имеют один и тот же сетевой пре­фикс, но при этом номера хостов обязаны быть уникальны. Аналогично, два любых хоста, расположенные в разных сетях, должны иметь различные сетевые префиксы, но при этом допускаются одинаковые номера хостов. Кроме того, что для каждого соединения IP требуется, по меньшей мере, один уникальный IP -адрес, обычно для установления связи по протоколу IP требуются еще два дополнительных компонента: маска под­сети и адрес шлюза, применяемого по умолчанию.

Маска подсети необходима во всех реализациях про­токола IP. Она определяет, какая часть адреса относит­ся к хосту, и какая — к сети. Для этого используется логическая операция "И" (AND). Операция "И" в двоичной арифметике выполняется очень просто. Например, на рис. 4.6 показаны IP -адрес и маска подсети. Чтобы определить адрес сети (ту часть IP -адреса, которая определяет, к какой сети он относится), достаточно просто перемножить зна­чения позиций двоичного представления IP -адреса и значения соответствующих по­зиций двоичного представления маски подсети. Результатом является двоичное число, которое нужно снова преобразовать в десятичное, чтобы узнать адрес сети. После этого появляется возможность применить маршрутизацию. Маршрутизацией называется действие по перенаправлению пакета из одной логической сети (или подсети) в другую. А маршрутизатор — это просто устройство, выполняющее такое действие.

Рис. 4.6. Основной принцип применения операции "И"

При возникновении необходимости передать информацию с одного хоста на дру­гой в хосте отправителя берется IP -адрес хоста получателя и собственный IP -адрес, после чего с обоими адресами выполняется операция "И". Если полученный резуль­тат для обоих адресов является одинаковым, хост отправителя принимает предполо­жение, что он находится в той же логической сети, что и хост получателя, и между ними возможно непосредственное взаимодействие. А если результаты окажутся раз­ными, то предполагается, что хосты находятся в разных логических сетях (т.е. разде­лены маршрутизатором) и поэтому должны использовать маршрутизатор, чтобы свя­заться друг с другом.

Если хосты находятся в одной и той же логической сети, в них должны совпадать не только части IP -адресов с обозначением сети, но и маски подсети. Если эти компоненты адреса не совпадают, операция "И" выполняется не­правильно и связь нарушается.