IP-адрес, маска подсети, классы IP-адресов
Практическая работа №1 Адресация в IP сетях. Подсети и маски
Цель работы: изучение студентами назначения и способов использования масок для настройки сети.
Теория
Использование масок при IP-адресации
В масках количество единиц в последовательности, определяющей границу номера сети, не обязательно должно быть кратным 8.
Если границу единиц и нулей в маске сдвинуть на несколько разрядов, то эта операция называется маскированием. А такая маска будет называться бесклассовой.
В зависимости от преследуемых целей, граница маски может быть сдвинута вправо или влево.
Supernetting
Если требуется большее количество сетевых адресов, чем может быть предоставлено в соответствии с классом выделенной сети, то границу единиц и нулей маски перемещают влево.
Такая операция называется supernetting.
На основе этого механизма поставщики услуг могут объединять адресные пространства нескольких сетей с целью уменьшения таблиц маршрутизации и повышения за счёт этого производительности маршрутизаторов.
Например, предприятию нужно объединить в сеть 2 тысячи компьютеров. Если приобрести сеть класса С, то диапазона адресов для хостов не хватит. Если же приобретать сеть класса В, то это расход лишних средств и, что ещё более важно, неэффективный расход IP-адресов, потому что более 14 тысяч адресов окажутся «не у дел». Решить вопрос можно при помощи операции сабнеттинга.
Напомним, что количество узлов, которое может принадлежать сети, можно подсчитать при помощи формулы 2n – 2, где n – это количество нулей в маске.
Поэтому для подсчёта количества разрядов, в которых у новой маски будут стоять нули, можно использовать формулу: x = log 2 N, где N – требуемое количество узлов в сети. При необходимости х нужно округлить до целого в большую сторону.
Например, для двух тысяч адресов узлов необходимо 11 нулевых битов в маске, и маска будет выглядеть как 11111111.11111111.11111000.00000000 или 255.255.248.0.
Subnetting
C помощью сдвига маски вправо администратор может разбивать свою сеть на несколько других, не требуя от поставщика услуг дополнительных номеров сетей.
Разделение сетей на подсети позволяет:
• уменьшить перегрузку сети сегментированием трафика и уменьшением количества broadcast’ов, посланных на каждый сегмент;
• преодолеть ограничения существующих технологий, таких как недостаточное количество хостов на сегмент. Например, Ethernet ограничен 1024 хостами на сеть. Разбиение сегментов на следующие сегменты увеличивает общее количество хостов.
Процесс создания подсетей называется subnetting.
Если сдвигается граница маски, то и в IP-адресе сдвигается граница между идентификатором узла и идентификатором сети.
Для того чтобы разбить сеть на подсети, нужно из идентификатора узла выделить несколько старших битов и назвать их идентификатором подсети (Subnet ID).
Чем больше битов используется для подсети, тем больше доступно подсетей, но меньше хостов на каждую подсеть. Использование большего количества битов, чем нужно, позволит увеличить количество подсетей, но ограничит количество хостов. Использование меньшего количества битов, позволит увеличить количество хостов, но ограничит количество подсетей.
Практическая работа №1 Адресация в IP сетях. Подсети и маски
Цель работы: изучение студентами назначения и способов использования масок для настройки сети.
Теория
IP-адрес, маска подсети, классы IP-адресов
Все узлы в компьютерных сетях должны иметь IP-адреса. За выдачу IP-адресов отвечает Агентство по выделению имён и уникальных параметров протоколов Интернет (IANA). Обычно Интернет-провайдеры получают диапазоны IP-адресов у IANA, а затем перераспределяют их между своими абонентами.
IP-адрес имеет длину 4 байта (32 бита) и разделён на 4 секции, каждая из которых содержит 8 бит и называется октетом. Любой из байтов может принимать значение от 0 до 255 (27 вариантов).
IP-адрес может быть представлен в двоичном 10101100.00010100.00111111.11111110 и в десятичном 172.20.63.254 формате. IP-адрес состоит из двух логических частей – идентификатора (или номера) сети (Network ID) и идентификатора (или номера) узла в сети (Host ID). Так же, как все квартиры в одном доме в своём адресе должны иметь одинаковый номер дома и уникальный для этого дома номер квартиры, так и каждый узел одной сети должен иметь одинаковый Network ID и уникальный Host ID.
Маршрутизаторы используют IP-адреса для пересылки сообщений от одной сети к другой. По мере того как пакет путешествует от маршрутизатора к маршрутизатору, он отрабатывает свой путь слева направо в IP-адресе, пока не поступит на маршрутизатор, находящийся в нужной сети.
IP-адрес сети состоит из номера сети и нулей во всех разрядах, относящихся к номеру узла.
Если в поле номера узла, записанного в двоичной системе счисления, стоят только единицы (в десятичной СС это будет выглядеть как 255), то пакет, имеющий такой адрес, рассылается всем узлам в сети с заданным номером сети. Например, пакет с адресом 192.168.21.255 будет доставлен всем узлам сети 192.168.21.0. Такая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast).
Традиционный подход заключается в использовании классов. IETF – организация, следящая за Интернетом – делит все IP-адреса на три обобщающих класса – А, В, С (см. таблицу 1).
Примечание. IETF выделяет ещё два класса адресов: D – групповой адрес (multicast) и Е, адреса которого зарезервированы для будущих применений.
Каждый класс отличается способом назначения сетевых адресов по сравнению с хостами. Принадлежность IP-адреса к классу определяется значениями нескольких первых битов адреса.
Это разделение диапазонов называется правилом первого октета. Любой маршрутизатор сможет прочесть первый октет IP-адреса и интерпретировать биты, чтобы отличить сетевые адреса от адресов хостов.
Таблица 1 – Классы сетей
Если адрес начинается с 0, то этот адрес относится к классу А, в котором под идентификатор сети отводится один байт, а остальные три байта интерпретируются как идентификатор узла в сети. Диапазон адресов класса А – от 0.0.0.0 до 127.0.0.0. Однако сеть не может состоять из одних нулей, а 127.0.0.0 зарезервирован. Остаётся 126 сетей.
Примечание. IP-адрес, первый октет которого равен 127, 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. Этот адрес называется loopback.
Сетей класса А немного, зато количество узлов в них может достигать 224-2.
Примечание. Для выполнения расчёта количества хостов два зарезервированных адреса должны быть удалены из пула: 0 для адреса данной сети и 255 для широкого вещания.
Если первые два бита IP-адреса равны 10, то адрес относится к классу В. В нём под номер сети и под номер узла отводится по два байта.
Если адрес начинается с 110, то это IP-адрес класса С. В этом случае под номер сети отводится три байта, а под номер узла – один байт.
Только очень небольшое число организаций может иметь адреса класса А. Большинство пользователей для связи с Интернетом используют IP-адреса классов В и С.
Второй подход основан на использовании маски подсети. Маска – это число, которое используется в паре с IP-адресом; двоичная запись маски содержит непрерывную последовательность единиц в тех разрядах, которые должны в IP-адресе интерпретироваться как номер сети, переходящую в непрерывную последовательность нулей в разрядах, соответствующих номеру узла. Т.е. граница между последовательностью единиц и последовательностью нулей в маске соответствует границе между номером сети и номером узла в IP-адресе.
Чем больше битов используется для маски подсети, тем больше доступно подсетей, но меньше хостов на каждую подсеть. Использование большего количества битов, чем нужно, позволит увеличить количество подсетей, но ограничит количество хостов. Использование меньшего количества битов, позволит увеличить количество хостов, но ограничит количество подсетей.
Математическая операция сопоставления IP-адреса и маски подсети называется ANDing. Если побитно логически сложить IP-адрес узла и маску, то результатом будет IP-адрес сети.
Для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:
• класс А – 11111111.00000000.00000000.00000000 (255.0.0.0);
• класс В – 11111111.11111111.00000000.00000000 (255.255.0.0);
• класс С – 11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0).
Однако, снабжая каждый IP-адрес маской, можно отказаться от понятий классов адресов и сделать систему адресации более гибкой. Например, если IP-адрес 135.10.11.5 ассоциировать с маской 255.255.255.0, то номером сети будет 135.10.11.0, а не 135.10.0.0, как это определено системой классов.