IP - это протокол связи, который используется от самой маленькой сети из двух устройств до глобальной информационной сети. IP-адрес - это уникальный идентификатор определенного узла (устройства), выделяемый в определенной сети.
Запись IP-адресов
Адрес выглядит как 32-разрядное число в диапазоне от 0 до 4294967295. Это говорит о том, что во всей сети Интернет может содержаться более 4 миллиардов полностью уникальных адресов объектов. Если записывать адреса в двоичной или десятичной форме, то это вызывает свои неудобства по их запоминанию или обработке. Поэтому, для упрощения написания таких адресов, было решено делить полный адрес на четыре октета (8-разрядных числа), разделенных точкой. Для примера: адрес который в шестнадцатеричной системе выглядит как С0290612, в записи IP-адреса будет выглядеть как 192.41.6.18. При этом наименьший адрес - это четыре нуля, а максимальный - четыре группы по 255. Старшая область (та, что располагается с левой стороны групп цифр от любой из разделительных точек) занята областью адреса, младшая область (с правой стороны от этой же разделительной точки) показывает номер интерфейса в этой сети. Положение границы между хостовой и сетевой частями зависит от количества бит, которое отвели на номер сети, бывает различным, разделение идет только по границе октета (точки между ними) и позволяет определить классы IP-адресов.
Классовая модель адресов
Несколько десятилетий адреса имеют разделение на 5 классов. Это устаревающее в данный момент разделение называется полноклассовой адресацией. Классы IP-адресов называются буквами латинского алфавита от А до E. Классы от А до Е дают возможность задать идентификаторы для 128 сетей с 16 миллионами сетевых интерфейсов в каждой, 16384 сети с 64 тысячами устройств и 2 миллионов сетей с 256 интерфейсами. Классы IP-сетей D предусмотрены для многоадресной рассылки, при которой пакеты сообщений рассылаются на несколько хостов одновременно. Адреса, которые имеют начальными битами 1111, являются зарезервированными для применения в будущем.
Ниже представлена таблица IP-адресов. Классы определяются по старшим битам адресов.
Класс А
IP-адреса класса А характеризуются нулевым старшим битом адреса и восьмибитным размером принадлежности к сети. Записываются в виде:
Исходя из этого, наибольшее число сетей класса А может быть 27, но каждая из них будет иметь адресное пространство 224 устройств. Так как первый бит адреса равен 0, то все IP-адреса класса А будут находиться в диапазоне старшего октета от 0 до 127, который, к тому же, будет являться и номером сети. При этом нулевой адрес и 127 зарезервированы под служебные адреса, поэтому использование их невозможно. По этой причине точное количество сетей класса А равняется 126.
Под адреса узлов в сети класса А отводится 3 байта (или 24 бита). Простой расчет показывает, что можно разместить 16 777 216 двоичных комбинаций (адресов интерфейсов). Так как адреса, состоящие полностью из нулей и единиц, являются специализированными, то количество сетей класса А уменьшается до 16 777 214 адресов.
Классы В и С
Основной отличительной особенностью IP-адреса класса b будет значение двух старших битов, равное 10. При этом размер сетевой части будет равняться 16 битам. Формат адреса этой сети выглядит так:
По этой причине наибольшее число сетей класса B может быть 214 (16384) с адресным пространством 216 каждая из них. IP-адреса класса B начинаются в диапазоне от 128 до 191. Это является отличительной особенностью, по которой можно определить принадлежность сети к этому классу. Два байта, отведенные под адреса этих сетей, за вычетом нулевых и состоящих из единиц адресов, могут составить количество узлов, равное 65 534.
Любой IP-адрес класса C начинается в диапазоне от 192 до 223, при этом номер сети занимает три старших октета. Схематически адрес имеет такую структуру:
Три старших бита имеют первыми 110, сетевая часть 24 бита. Наибольшее число сетей в этом классе составляет 221 (это 2097152 сети). Под адреса узлов в IP-адресе сетей класса С отводится 1 байт, это всего 254 хоста.
Дополнительные классы сетей
В классы D и Е включаются сети со старшим октетом выше 224. Эти адреса резервируются для специализированных целей, таких как, например, мультикастинг – передача дейтаграмм определенным группам узлов в сети.
Диапазон класса D используется для рассылки пакетов и лежит в границах от 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Последний класс, Е, зарезервирован для использования в будущем. В него входят адреса от 240.0.0.0 до 255.255.255.255. Поэтому если не хотите проблем с адресацией, желательно не брать IP-адреса из этих диапазонов.
Зарезервированные IP-адреса
Существуют адреса, которые нельзя давать никаким устройствам, какая бы ни была IP-адресация. Служебные IP-адреса имеют специфическое назначение. Например, если адрес сети состоит из нулей, то это подразумевает, что узел относится к текущей сети или определенному сегменту. Если все единицы – то это адрес для широковещательных рассылок пакетов.
В классе А есть две выделенные особые сети с номерами 0 и 127. Адрес, равный нулю, используется в качестве маршрута по умолчанию, а 127 показывает адресацию на самого себя (интерфейс обратной связи). Например, обращение по IP 127.0.0.1 значит, что узел общается только сам с собой без выхода дейтаграмм на уровень среды передачи данных. Для транспортного уровня такое соединение не отличается от связи с удаленным узлом, поэтому такой адрес обратной связи часто используется для тестирования сетевого ПО.
Определение идентификаторов сети и узла
Зная IP-адрес устройства в случае, когда встает вопрос о том, как определить класс IP-адреса, то достаточно просто посмотреть на первый октет адреса. Если он от 1 до 126, то это сеть класса А, от 128 до 191 – это сеть класса В, от 192 до 223 - сеть класса С.
Для идентификации сети нужно помнить, что в А классе это начальное число в IP-адресе, в В – начальные два числа, в С – начальные три числа. Остальные являются идентификаторами сетевых интерфейсов (узлов). К примеру, IP-адрес 139.17.54.23 является адресом класса В, так как первое число - 139 - больше 128 и меньше 191. Поэтому идентификатор сети будет равен 139.17.0.0, идентификатор узла – 54.23.
Подсети
При помощи маршрутизаторов и мостов есть возможность расширить сеть, добавив к ней сегменты, или разделить ее на более мелкие подсети путем изменения идентификатора сети. В этом случае берется маска подсети, которая показывает, какой сегмент IP-адреса будет применяться как новый идентификатор данной подсети. При совпадении идентификаторов можно делать вывод, что узлы принадлежат одной подсети, иначе они будут находиться в различных подсетях и для их соединения потребуется маршрутизатор.
Классы IP-адресов рассчитаны так, что число сетей и узлов для определенной организации определено заранее. По умолчанию в организации можно развернуть только одну сеть с некоторым количеством подключенных к сети устройств. Есть определенный идентификатор сети и некоторое количество узлов, имеющее ограничение в соответствии с классом сети. При большом количестве узлов сеть будет низкой пропускной способности, так как даже при любой широковещательной рассылке производительность будет падать.
Маски подсетей
Для того чтобы разделить идентификатор, необходимо применять маску подсети – некий шаблон, помогающий отличить идентификаторы сетей от идентификаторов узлов в IP-адресах. Классы IP-адресов не накладывают ограничения на маску подсети. Маска внешне выглядит так же, как и адрес - четыре группы цифр от 0 до 255. При этом сначала идут большие числа, за ним меньшие. К примеру, 255.255.248.0 – это правильная маска подсети, 255.248.255.0 – неправильная. Маска 255.255.255.0 определяет начальные три октета IP-адреса как идентификатор подсети.
При проектировании сегментации сети предприятия необходимо, чтобы правильно была организована IP-адресация. Классы IP-адресов, разделенные на сегменты с помощью масок, позволяют не только увеличить количество компьютеров в сети, но и организовать ее высокую производительность. Каждый класс адреса имеет маску сети по умолчанию.
Для дополнительных подсетей часто используются не маски по умолчанию, а индивидуальные. Например, IP-адрес 170.15.1.120 может использовать маску подсети 255.255.255.0 с идентификатором сети 170.15.1.0, при этом не обязательно использовать маску подсети 255.255.0.0 с идентификатором 170.15.0.0, который используется по умолчанию. Это позволяет разбивать существующую сеть организации класса В с идентификатором 170.15.0.0 на подсети с помощью различных масок.
Расчет параметров подсетей
После настройки подсети на каждом интерфейсе программное обеспечение сетевого протокола будет проводить опрос IP-адресов, используя при этом маску подсети для определения адреса подсети. Существуют две простые формулы для подсчета максимального числа подсетей и хостов в сети:
- 2(количество битов, равных единице в маске) - 2 = наибольшее число подсетей;
- 2(количество нулей в маске подсети) - 2 = наибольшее количество устройств в подсети.
Например, возьмем адрес, равный 182.16.52.10 с маской 255.255.224.0. Маска в двоичном виде выглядит так: 11111111.11111111.11100000.00000000. Судя по первому октету, это сеть принадлежит к классу В, поэтому рассматриваем третий и четвертый октеты. Три единицы и тринадцать нулей подставляем в формулы и получаем 23-2=6 подсетей и 213 - 2 = 8190 хостов.
При применении стандартной маски сети класса В в виде 255.255.255.0 сеть может иметь 65534 подключенных устройства. Если адрес подсети занимает полный байт узла, то количество подключенных устройств в каждой подсети сокращается до 254. При необходимости превысить это число устройств могут возникать проблемы, решаемые укорочением поля маски адреса подсети или добавлением еще одного вторичного адреса в интерфейсе маршрутизатора. Но в этом случае будет наблюдаться уменьшение количества возможных сетей.
При создании подсетей в сети класса С следует помнить, что выбор будет очень мал при свободном только одном октете. При отсеивании нулевых и широковещательных адресов остается возможность создания четырех оптимальных вариантов наборов подсетей: одна подсеть на 253 хоста, две подсети на 125 хостов, четыре подсети по 61 хосту, восемь подсетей по 29 хостов. Остальные варианты разбиения будут вызывать проблемы при маршрутизации и широковещательных рассылок или просто вызывать неудобства при расчетах адресации между хостами.
Формировать подсети в сетях класса В уже проще, так как больше свобода выбора. По умолчанию маска подсети равна 255.255.0.0, при ее использовании получаем 65534 хоста. При создании масок подсетей под их адреса выделяются левые непомеченные биты из 3 и 4 октета. Путем расчетов можно вывести оптимальные сети с номерами 32, 64, 96, 128, 160 и 192.
Сети класса А имеют очень большое количество адресов, для которых возможно создавать подсети. Для использования масок подсетей можно использовать до 32 бит. Используя вышеприведенную формулу, мы можем определить, что максимальное количество подсетей может быть до 254. При этом на адреса хостов остается 16 бит, то есть можно подключить 65534 узлов.
Конечно, это только примерные расчеты. При создании секторов и работе с подсетями приходится учитывать больше факторов, которые зависят от провайдера и уровня предприятия.
