Видео. Сетевой адрес, адрес узла и широковещательный адрес
Нажмите «Воспроизведение», чтобы посмотреть, как определяется сетевой адрес, адрес узла и широковещательный адрес для конкретного IPv4-адреса и маски подсети.
Щелкните здесь, чтобы прочитать текстовую версию видео.
Страница 7.1.2.8
Лабораторная работа. Преобразование IPv4-адресов в двоичный формат
В этой лабораторной работе вы выполните следующие задачи.
· Часть 1. Преобразование IPv4-адресов из разделенных точками десятичных чисел в двоичный формат
· Часть 2. Использование побитовой операции И для определения сетевых адресов
· Часть 3. Применение расчетов сетевых адресов
Лабораторная работа. Преобразование IPv4-адресов в двоичный формат
Раздел 7.2
Тема 7.2.1
Страница 7.2.1.1
Потребность в IPv6
Протокол IPv6 был разработан как преемник протокола IPv4. IPv6 имеет большее 128-битное адресное пространство, что достаточно для 340 ундециллионов адресов. (Это число 340, за которым следует 36 нулей.) Однако протокол IPv6 — это не только большее число адресов. Когда специалисты IETF начали разработку преемника IPv4, они использовали эту возможность для устранения ограничений протокола IPv4 и внесения дополнительных улучшений. Среди таких улучшений — протокол управляющих сообщений версии 6 (ICMPv6), который включает в себя разрешение адресов и автонастройку адресов, что отсутствовало в протоколе ICMP для IPv4 (ICMPv4). Протоколы ICMPv4 и ICMPv6 будут рассмотрены далее в этой главе.
Потребность в IPv6
Сокращение адресного пространства протокола IPv4 — основной стимулирующий фактор для перехода к использованию IPv6. По мере того как Африка, Азия и другие регионы планеты все больше нуждаются в подключении к сети Интернет, остается все меньше IPv4-адресов, чтобы соответствовать таким темпам развития. Как показано на рисунке, у четырех из пяти региональных интернет-регистраторов (RIR) не осталось свободных IPv4-адресов.
Теоретическое максимальное количество IPv4-адресов — 4,3 миллиарда. Частные адреса вместе с механизмом преобразования сетевых адресов (NAT) позволяли какое-то время замедлить процесс истощения адресного пространства IPv4. Однако, механизм преобразования сетевых адресов (NAT) имеет определенные ограничения, которые ухудшают коммуникации в одноранговой сети.
Всеобъемлющий Интернет
Современный Интернет существенно отличается от Интернета последних десятилетий. Сегодня это не просто электронная почта, веб-страницы и передача файлов между компьютерами. По мере развития Интернет становится Интернетом вещей. Скоро можно будет получить доступ к Интернету не только через компьютеры, планшеты и смартфоны. Завтра практически все устройства — от автомобилей и биомедицинского оборудования до бытовой техники и природной экосистемы буду оснащены сенсорами и подключены к Интернету.
В связи с распространением Интернета ограниченным адресным пространством IPv4, проблемами с преобразованием сетевых адресов и проникновением Интернета в нашу жизнь пришло время для перехода на протокол IPv6.
Страница 7.2.1.2
Совместное использование протоколов IPv4 и IPv6
Точной даты для перехода на протокол IPv6 нет. В ближайшем будущем протоколы IPv4 и IPv6 будут существовать совместно. Полный переход может занять многие годы. Специалисты IETF создали различные протоколы и инструменты, которые позволяют сетевым администраторам постепенно переводить свои сети на протокол IPv6. Методы перехода можно разделить на 3 категории.
· Двойной стек: как показано на рис. 1, двойной стек позволяет протоколам IPv4 и IPv6 сосуществовать в одном и том же сегменте сети. Устройства с двойным стеком одновременно работают с протокольными стеками IPv4 и IPv6.
· Туннелирование: как показано на рис. 2, туннелирование — это способ передачи пакета IPv6 через IPv4-сеть. IPv6-пакет инкапсулируется внутри IPv4-пакета, как и другие типы данных.
· Преобразование: как показано на рис. 3, преобразование сетевых адресов 64 (NAT64) позволяет устройствам под управлением IPv6 обмениваться данными с устройствами под управлением IPv4 с помощью метода преобразования, похожего на метод преобразования NAT для IPv4. IPv6-пакет преобразовывается в пакет IPv4-пакет и наоборот.
Примечание.Туннелирование и преобразование используются только при необходимости. Конечная цель — это естественный обмен данными в формате IPv6 между источником и назначением.
Страница 7.2.1.3
Страница 7.2.1.4
Представление IPv6-адресов
Длина IPv6-адресов составляет 128 бит, написанных в виде строки шестнадцатеричных значений. Каждые 4 бита представлены одной шестнадцатеричной цифрой, причем общее количество шестнадцатеричных значений равно 32, как показано на рис. 1. IPv6-адреса не чувствительны к регистру, их можно записывать как строчными, так и прописными буквами.
Предпочтительный формат
Как показано на рис. 1, предпочтительный формат записи IPv6-адреса: x:x:x:x:x:x:x:x, где каждый «x» состоит из четырех шестнадцатеричных цифр. Октеты — это термин, который используется для обозначения 8 бит IPv4-адреса. В IPv6-адресах сегмент из 16 бит или четырех шестнадцатеричных цифр неофициально называют гекстетом. Каждый «х» — это 1 гекстет, 16 бит или 4 шестнадцатеричные цифры.
Предпочтительный формат означает, что IPv6-адрес записан с помощью 32 шестнадцатеричных цифр. Тем не менее, это не самый оптимальный способ представления IPv6-адреса. Ниже мы увидим два правила, которые помогут сократить количество цифр, необходимых для представления IPv6-адреса.
На рис. 2 показаны примеры десятичных, шестнадцатеричных и двоичных значений. На Рис. 3 показаны примеры записи IPv6-адресов в предпочтительном формате.
Тема .7.2.2
Страница 7.2.2.1
Представление IPv6-адресов
Длина IPv6-адресов составляет 128 бит, написанных в виде строки шестнадцатеричных значений. Каждые 4 бита представлены одной шестнадцатеричной цифрой, причем общее количество шестнадцатеричных значений равно 32, как показано на рис. 1. IPv6-адреса не чувствительны к регистру, их можно записывать как строчными, так и прописными буквами.
Предпочтительный формат
Как показано на рис. 1, предпочтительный формат записи IPv6-адреса: x:x:x:x:x:x:x:x, где каждый «x» состоит из четырех шестнадцатеричных цифр. Октеты — это термин, который используется для обозначения 8 бит IPv4-адреса. В IPv6-адресах сегмент из 16 бит или четырех шестнадцатеричных цифр неофициально называют гекстетом. Каждый «х» — это 1 гекстет, 16 бит или 4 шестнадцатеричные цифры.
Предпочтительный формат означает, что IPv6-адрес записан с помощью 32 шестнадцатеричных цифр. Тем не менее, это не самый оптимальный способ представления IPv6-адреса. Ниже мы увидим два правила, которые помогут сократить количество цифр, необходимых для представления IPv6-адреса.
На рис. 2 показаны примеры десятичных, шестнадцатеричных и двоичных значений. На Рис. 3 показаны примеры записи IPv6-адресов в предпочтительном формате.
Страница 7.2.2.2
Правило 1. Пропуск начальных нулей
Первое правило для сокращения записи IPv6-адресов — пропуск всех начальных 0 (нулей) в шестнадцатеричной записи. Например:
· 01AB можно представить как 1AB
· 09F0 можно представить как 9F0
· 0A00 можно представить как A00
· 00AB можно представить как AB
Это правило применяется только к начальным нулям, а НЕ к конечным, иначе адрес будет непонятен. Например, гекстет «АВС» может быть представлен как «0АВС», либо как «АВС0» (а это разные значения).
На рис. 1–8 показаны примеры того, как пропуск начальных нулей позволяет сократить размер IPv6-адреса. Для каждого примера показан предпочтительный формат. Обратите внимание, что в большинстве примерах пропуск начальных нулей приводит к уменьшенному представлению адреса.
Страница 7.2.2.3
Правило 2. Пропуск всех нулевых сегментов
Второе правило для сокращения записи адресов IPv6 заключается в том, что двойное двоеточие (::) может заменить любую единую, смежную строку одного или нескольких 16-битных сегментов (гекстетов), состоящих из нулей.
Двойное двоеточие (::) может использоваться в адресе только один раз, в противном случае в результате может возникнуть несколько адресов. Сочетание этого правила с методом пропуска нулей помогает значительно сократить запись IPv6-адреса. Обычно это называется сжатым форматом.
Неправильный адрес:
· 2001:0DB8::ABCD::1234
Возможные расшифровки адресов, неоднозначно записанных в сжатом формате:
· 2001:0DB8::ABCD:0000:0000:1234
· 2001:0DB8::ABCD:0000:0000:0000:1234
· 2001:0DB8:0000:ABCD::1234
· 2001:0DB8:0000:0000:ABCD::1234
На рис. 1–7 показаны примеры того, как использование двойного двоеточия (::) позволяет сократить размер IPv6-адреса.
Тема 7.2.3
Страница 7.2.3.1
IPv6-адреса: типы
Существует три типа IPv6-адресов.
· Индивидуальный (или одноадресной рассылки, unicast): служит для однозначного определения интерфейса на устройстве под управлением протокола IPv6. Как показано на рисунке, IPv6-адрес источника должен быть индивидуальным.
· Групповой (или многоадресной рассылки, multicast): используется для отправки одного IPv6-пакета на несколько адресов назначения.
· Произвольный (или произвольной рассылки, anycast): любой индивидуальный IPv6-адрес, который может быть назначен нескольким устройствам. Пакет, отправляемый на адрес произвольной рассылки, направляется к ближайшему устройству с этим адресом. Произвольные адреса в данном курсе не рассматриваются.
В отличие от IPv4, IPv6 не использует широковещательный адрес. Однако есть групповой IPv6-адрес для всех узлов, который дает аналогичный результат.
Страница 7.2.3.2
Длина префикса IPv6-адреса
Как вы помните, префикс, или сетевая часть адреса IPv4, может быть обозначен маской подсети в десятичном формате с разделительными точками или длиной префикса (запись с наклонной чертой). Например, IPv4-адрес 192.168.1.10 с маской подсети в десятичном формате с разделительными точками 255.255.255.0 эквивалентен записи 192.168.1.10/24.
Протокол IPv6 использует длину префикса для обозначения префиксной часть адреса. IPv6 не использует для маски подсети десятичное представление с разделительными точками. Длина префикса обозначает сетевую часть IPv6-адреса с помощью адреса или длины префикса IPv6.
Диапазон длины префикса может составлять от 0 до 128. Традиционная длина IPv6-префикса для локальных (LAN) и других типов сетей — /64. Это означает, что длина префикса, или сетевая часть адреса, составляет 64 бита, а оставшиеся 64 бита остаются для идентификатора интерфейса (узловой части) адреса.
Страница 7.2.3.3
Индивидуальные IPv6-адреса
Индивидуальный адрес служит для однозначного определения интерфейса устройства под управлением протокола IPv6. Пакет, который отправляется на такой адрес, будет получен интерфейсом, назначенным для этого адреса. Как и в случае с протоколом IPv4, IPv6-адрес должен быть индивидуальным. IPv6-адрес назначения может быть как индивидуальным, так и групповым.
Наиболее распространенными типами индивидуальных IPv6-адресов являются глобальные индивидуальные адреса (global unicast addresses, GUA) и локальные адреса канала.