Типа адресов стека TCP/IP. Локальные адреса

В стеке TCP/IP используются три типа адресов:

1. Локальные (аппаратные, физические) адреса.

2. IP-адреса.

3. Символьные доменные имена.

В терминологии стека TCP/IP под локальным адресом понимается такой тип адреса, который используется средствами базовой сетевой технологии для доставки данных в пределах одной IP-подсети (соответствует сети, подсети в терминологии локальных сетей), являющейся составным элементом интерсети. Если IP-подсетью составной сети является локальная сеть (локальная подсеть), то локальный адрес – это MAC-адрес. MAC-адрес назначается сетевым адаптерам и сетевым интерфейсам маршрутизаторов. MAC-адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными, так как управляются централизованно. Для всех существующих технологий локальных сетей MAC-адрес имеет формат 6 байт, например «11-AO-17-3D-BC-01».

Типа адресов стека TCP/IP. IP-адреса.

IP-адреса представляют собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень стека TCP/IP передает пакеты между IP-подсетями. Хосты (конечные узлы), как правило, соединены друг с другом через одну или несколько IP-подсетей. IP-адрес сетевого интерфейса любого из хостов состоит из адреса IP-подсети и IP-адреса сетевого интерфейса хоста в этой IP-подсети. Для протокола IPv4 в соответствии с соглашением адрес представляется четырьмя десятичными числами, разделенными точками. Каждое из этих чисел не может превышать 255 и представляет один байт четырех байтного IP-адреса, например «199.44.243.145». Максимальное число равное 255 определяется тем, что двоичная система исчислений является позиционной, если сложить 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 128, то получится число 255. IP-адреса хоста назначаются администратором во время конфигурации компьютеров или портов маршрутизатора. Эта работа даже при не очень большом размере сети представляется очень утомительным. Протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) автоматизирует процесс назначения IP-адресов. Протокол DHCP работает в соответствии с моделью клиент-сервер. Во время старта системы компьютер, являющийся DHCP-клиентом, посылает в сеть широковещательный запрос на получения IP-адреса. DHCP-сервер откликается и посылает сообщение ответ, содержащий IP-адрес. При этом считается, что DHCP-клиент и DHCP-сервер находятся в одной IP-подсети. DHCP-сервер присваивает IP-адрес из пула наличных IP-адресов без вмешательства оператора. Границы пула назначаемых адресов задает администратор при конфигурировании DHCP-сервера. Адрес дается клиенту из пула в постоянное пользование. DHCP-сервер может назначить клиенту не только IP-адрес, но и другие параметры стека TCP/IP: маску IP-подсети, IP-адрес маршрутизатора по умолчанию, IP-адрес сервера DNS и символьное доменное имя компьютера.

Типа адресов стека TCP/IP. Символьные доменные имена.

Символьные имена в IP-сетях называют доменными и строят их по иерархическому принципу. Соответствие между доменными именами и IP-адресами может устанавливаться как средствами локального хоста, так и средствами централизованной службы. На каждом хосте можно вручную создать записи текстового файла, адрес которого известен в файле HOSTS. Пример строки из файла HOSTS:

«127.0.0.1  localhost»

По мере роста сетей количество записей в каждом из файлов HOSTS также росло, и появилась необходимость в специальной службе – системе доменных имен. DNS – централизованная служба, основанная на распределенной базе отображений «доменное имя – IP-адрес. Для реализации системы DNS был создан сетевой протокол DNS (Domain Name System). Кроме того в сети создавались специальные выделенные информационно поисковые серверы – DNS-серверы.

Пусть, например, хост имеет IP-адрес – «199.100.10.3». Пусть этому серверу присвоено доменное имя – «www.ovender.com». Также как и цифровой IP-адрес, имя хоста разделяется точками для удобства построения иерархии в домене на основе имен. По правилам построения имени иерархия всегда задается справа налево. В адресе «www.ovender.com» домен верхнего уровня имеет название «com», домен «ovender» – это средний уровень и он является частью домена «com», домен «www» – одно из имен компьютеров в домене «ovender».

Все страны мира имеют двусимвольное имя, обозначающее домен верхнего уровня этой страны, например RU – Россия, SU – США. Служба DNS используют текстовые файлы почти такого же формата, как у файла HOSTS и эти файлы администратор также подготавливает вручную. Однако служба DNS опирается на иерархию доменов и каждый сервер службы DNS хранит только часть имен сети, а не все имена, как это происходит при использовании файлов HOSTS.

Классы IP-адресов.

IP-адрес состоит из двух логических частей: IP-адреса подсети и IP-адреса узла (хоста) в этой IP-подсети. Какая часть IP-адреса относится к IP-адресу подсети, а какая к IP-адресу узла, определяется значениями первых бит адреса. Значения этих бит являются также признаками того, к какому классу относится тот или иной IP-адрес. Сама принадлежность IP-адреса к классу определяется двоичными значениями первых бит первого байта при двоичном представлении IP-адреса. В настоящее время известны пять классов IP-адресов:

IP-подсети класса «A» в десятичном представлении имеют диапазон адресов от 1 до 126, это объясняется тем, что в соответствии с рисунком IP-адрес класса «А» имеет для адресации IP-подсети только первый байт четырехбайтового слова. При этом первый бит этого байта всегда имеет значение 0. Поскольку в двоичном представлении первого байта IP-адреса подсети не может быть восемь нулей, минимальный адрес IP-подсети в двоичном представлении 00000001, а максимальный адрес 01111111. Во всем мире IP-подсетей класса «А» всего 126. Это объясняется тем, что с одной стороны не может быть IP-подсети с номером 0, а с другой стороны IP-подсеть со значением 127 используется для тестирования программ и взаимодействия процессов в пределах одного хоста. Например, если из режима командной строки запустить утилиту PING с IP-адресом назначения «127.0.0.1», то образуется как бы «петля». Данные не передаются по сети, а возвращаются модулем верхнего уровня, как только что принятые, поэтому в IP-сетях запрещается присваивать хостам IP-адреса класса «А», начинающиеся с цифры 127. При вычислении количества узлов для каждого класса IP-адреса следует исходить из того, что номер узла в двоичном представлении не может состоять из одних нулей или только одних единиц.

Классы «D» и «E» IP-адресов не связаны непосредственно с сетями. Если IP-адрес при его двоичном представлении в первом байте начинается с последовательности 1110, то он является IP-адресом класса D и обозначает особый групповой адрес (multicast). Групповой адрес идентифицирует группу узлов (сетевых интерфейсов, каждый из которых в составной сети идентифицируется одним IP-адресом либо класса «A», либо класса «B», либо класса «C»), которые в общем случае могут принадлежать различным IP-подсетям. Интерфейс, входящий в группу, получает наряду с обычным индивидуальным IP-адресом любого из классов «A», «B» или «C», еще один групповой адрес (класс «D»). Если при отправке пакета в его заголовке в качестве адреса назначения указан IP-адрес класса «D», то такой пакет должен быть доставлен всем узлам, входящим в группу. Один и тот же узел может входить в несколько групп. Отметим, что члены какой-либо группы multicast могут распределяться по различным IP-подсетям составной сети, расстояние между которыми измеряется произвольным количеством хопов. Групповой адрес не делится на поля: IP-адреса подсети и IP-адреса узла (хоста) в этой IP-подсети. Групповой адрес обрабатывается маршрутизатором особым способом.

Основное назначение IP-адреса multicast – распространение информации по схеме «один ко многим». Хост, желающий передать одну и ту же информацию многим абонентам с помощью специального протокола IGMP («Internet Group Management Protocol» – это протокол управления группами Интернета) сообщает о создании в составной сети новой мультивещательной группы с определенным адресом. Маршрутизаторы, поддерживающие мультивещательность, распространяют информацию о создании новой группы в сетях, подключенных к портам этого маршрутизатора. Хосты, которые хотят присоединиться к вновь создаваемой мультивещательной группе, сообщают об этом своим локальным маршрутизаторам, и те передают эту информацию хосту, инициатору создания новой группы.

Чтобы маршрутизаторы могли автоматически распространять пакеты с адресом назначения multicast по составной сети, необходимо использовать в конечных маршрутизаторах модифицированные протоколы обмена маршрутной информацией: MOSPF (Multicast Open Shortest Path First) – multicast аналог протокола маршрутизации OSPF. Сам протокол OSPD – протокол маршрутизации данных в соответствии с алгоритмом выбора наикратчайшего пути. Групповая адресация предназначена для экономичного распространения в корпоративной сети или интернете аудио- или видеопрограмм, предназначенных сразу большой аудитории слушателей или зрителей.

Если IP-адрес при его двоичном представлении начинается с последовательность первого байта 11110, это означает, что данный адрес относится к классу «E». Адреса этого класса зарезервированы для будущих применений.

В протоколе IP существует несколько соглашений об особой интерпретации IP-адресов:

1. Если весь IP-адрес при его двоичном представлении состоит только из двоичных нулей, то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет (этот режим используется в некоторых сообщениях протокола ICMP).

2. Если в поле IP-адреса подсети при его двоичном представлении стоят только нули, то по умолчанию считается, что этот узел назначения принадлежит той же самой IP-подсети, что и узел, который отправил пакет.

3. Если все двоичные разряды IP-адреса равны единице, то пакет с таким IP-адресом назначения должен рассылаться все узлам, которые находятся в той же IP-подсети, что и источник этого пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковещательным сообщением (direct broadcast). Ограниченность в данном случае означает, что пакет не выйдет за границы маршрутизатора ни при каких условиях.

4. Если в двоичном представлении IP-адреса узла назначения в поле IP-адреса узла стоят только единицы, то пакет, имеющий такой адрес, рассылается всем узлам IP-подсети с заданным в IP-адресе IP-адресом этой подсети. Например, пакет с IP-адресом назначения «192.190.21.255» будет доставлен всем узлам подсети «192.190.21.0» (здесь мы ориентируемся, что IP-адрес принадлежит IP-адресации класса «C»). Такая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast).

В протоколе IP нет понятия широковещательности в том смысле, в котором оно используется в протоколах канального уровня локальных сетей, когда данные должны быть доставлены абсолютно всем узлам этой локальной сети. Как ограниченный широковещательный IP-адрес, так и широковещательный IP-адрес, имеют пределы распространения в составной сети – она ограничена либо IP-подсетью, которой принадлежит узел из точки пакета, либо IP-подсетью, IP-адрес которой указан в IP-адресе назначения. Деление составной сети с помощью маршрутизаторов на части локализует широковещательный трафик пределами одной из IP-подсети просто потому, что нет способа адресовать пакет одновременно всем узлам всех IP-подсетей составной сети.