Загальні положення. У мережах, що використовують набір протоколів TCP/IP, зв'язок між хостами і серверами досить прозорий

У мережах, що використовують набір протоколів TCP/IP, зв'язок між хостами і серверами досить прозорий. Причиною цього факту є те, що кожен вузол, що використовує цей набір, має як мінімум одну унікальну 32-розрядну IP-адресу. Маршрутизатор прочитує адресу призначення з IP-пакету і, залежно від цієї адреси, вирішує, куди направляти цей пакет.

IP-адреса складається з чотирьох десяткових чисел (у діапазоні від 0 до 255), розділених чотирма десятковими крапками. Ця адреса також може бути представлена в двійковому або шістнадцятковому вигляді. Наприклад 172.16.121.1.-- правильна IP-адреса.

Кожна IP-адреса однозначно визначає хост мережі. Перша частка цієї IP-адреси визначає власне мережу, друга - конкретний вузол мережі.

Кожна частка адреси представляється в двійковому вигляді як октет, тобто група з восьми розрядів. Мінімальне значення, яке може мати октет, дорівнює восьми двійковим нулям, що еквівалентно десятковому нулю. Максимальне значення октету дорівнює восьми двійковим одиницям, що еквівалентно десятковому числу 255.

Схема IP-адресації (розподіли адрес між вузлами мережі) є ядром процесу маршрутизації IP-пакетів в міжмережевих з'єднаннях:

Таблиця 1.1

Компонента IP-адреси, що позначає адресу мережі, має бути однакова для всіх комп'ютерів даної мережі, і повинна відрізнятися від такої компоненти у комп'ютерів інших мереж. Компонента IP-адреси, що позначає вузол, має бути унікальна усередині однієї підмережі, проте може збігатися з такою ж компонентою вузла, встановленого в іншій мережі.

Наприклад, передбачимо, що мережа має адресу 172.16. Передбачимо також, що адміністратор цієї мережі дав деякому вузлу номер 122.204. Тоді повна адреса цього хоста буде 172.16.122.204. Ця адреса унікальна в глобальній мережі, оскільки тільки одна мережа може мати адресу 172.16, і лише один вузол даної мережі може мати адресу 122.204.

Існує п'ять класів IP-адресів. Ці класи позначаються буквами A, B, C, D і E. Самі старші біти адреси визначають клас мережі. Клас адреси визначає, яка частка IP-адреса є адресою мережі, а яка частка - адреса вузла.

Таблиця 1.2

Щоб визначити клас мережевої адреси, маршрутизатори перевіряють старші біти першого октету IP-адреса. Це називається правилом першого октету.

У адресах класу A (також відомих як /8) перший октет містить всю мережеву компоненту адреси. Решта октет складає адресу вузла. Перший біт першого октету мережевої адреси класу A має бути встановлений в 0. Хоча цей октет може набувати 128 різних значень (2 в сьомому ступені), мережеву адресу класу A, рівну 00000000 не дозволена. Таким чином, існує тільки 127 адрес класу A. Надалі ця кількість була зменшена до 126, оскільки адреса 127.0.0.0 була зарезервована з метою звернення хостів до самих собі (loopback calls). Три октети адреси класу A, що залишилися зарезервовані під адресу вузла. Проте адреси вузлів 00000000.00000000.00000000 (0.0.0) і 11111111.11111111.11111111 (255.255.255) заборонені в мережах будь-якого класу. Тому кожна мережа класу A може містити 16777214 вузлів (2 в ступені 24 і мінус 2). Мережеві адреси класу А надаються тільки дуже великим мережам. В даний час адреси класу А вже повністю розподілені і вільних немає.

Мережеві адреси класу B (також відомі як /16) як мережева компоненти використовують два перші октети IP-адреса. Перші два біта мережевої адреси класу B завжди встановлені в 10. З шести бітів першого октету, що залишилися, і восьми біт другого октету можна утворити 16384 мережевих адреси класу B (2 в ступені 14).

Значення першого октету адреси класу B повинне лежати між 128 і 191, або в двійковій формі - між 10000000 і 10111111. Два октети адреси класу B, що залишилися, дозволяють кожній мережі цього класу містити до 65534 вузлів.

У мережевих адресах цього класу (також відомих як /24) перші три октети відведено під адресу мережі. Перші три біта старшого октету адреси мають бути встановлені в 110. Тобто значення старшого октету мережевої адреси класу С повинно лежати в діапазоні 192 - 223 (у десятковому вигляді), або в діапазоні 11000000 - 11011111 (у двійковому). Таким чином, з п'яти біт першого октету, що залишилися, а також повних другого і третього октету можна визначити 2097152 мережевих адреси класу С.

Адреса вузла в мережі класу С визначає останній октет IP-адреса. Тобто мережа класу С може містити до 254 вузлів.

На додаток до адрес, наданим мережам класів A, B і C, існують декілька спеціальних адрес, що не належать жодній мережі. Ці адреси зведені в класи D і E. Не існує мереж таких класів, є тільки адреси класів D і E.

Значення першого октету адреси класу D має бути в діапазоні від 224 до 239. Перші чотири біта старшого октету завжди рівні 1110. Адреси класу D використовуються для передачі так званих групових повідомлень (multicast packets), тобто повідомлень, що посилаються не конкретному вузлу, а декільком одночасно. Багато протоколів використовують такі повідомлення. Прикладом такого протоколу може бути ICMP. Будь-який хост, бажаючи визначити адреси маршрутизаторів, підключених до його локального сегменту, посилає повідомлення, направляючи його на адресу 224.0.0.2. Маршрутизатори, отримавши таке повідомлення, відправляють відповідь на цей запит, повідомляючи свою нормальну IP-адресу.

Адреси в діапазоні від 240.0.0.0 до 255.255.255.255 належать класу E. Перші чотири біта адрес цього класу встановлені в 1111. Ці адреси зарезервовані для внесення подальших удосконалень до схеми IP-адресації.

Кожен маршрутизатор має інтерфейси до кожної підмережі, до якої він підключений. Всі мережеві інтерфейси маршрутизатора мають бути конфігуровані з ненульовими IP-адресами і масками підмережі. Вузли деякої підмережі, підключеної до маршрутизатора, повинні посилати повідомлення на IP-адрес інтерфейсу маршрутизатора, встановленого для даної підмережі.

Наприклад, хай є підмережа Ethernet0, для якої інтерфейс маршрутизатора конфігурований з адресою 172.16.2.1. Ця адреса є адресою маршрутизатора для будь-якого вузла, що посилає дані з мережі 172.16.0.0. Цей інтерфейс перенаправлятиме дані або в мережу 172.16.0.0, або з неї. І хай є підмережа Ethernet1, для якої інтерфейс маршрутизатора конфігурований з адресою 10.6.24.2.

В деяких випадках мережеві інтерфейси маршрутизаторів можуть мати декілька IP-адрес. Передбачимо, ви хочете додати ще одну підмережу. В цьому випадку ви повинні деякому інтерфейсу маршрутизатора привласнити ще одну IP-адрес (така адреса називається вторинною адресою - secondary address). Таким чином ви доб'єтеся збільшення числа IP-адресів. Зв'язок між двома підмережами здійснюється через маршрутизатор, навіть якщо ці підмережі спільно використовують один і той же дріт.

IP-адреса з нульовою компонентой вузла (наприклад, для мережі класу B - 172.16.0.0) називається базовою адресою мережі. Така адреса з невизначеною компонентой вузла, тому що використовувався в ранніх реалізаціях ТCP/IP для передачі широкомовних повідомлень (broadcast messages).

Мережева адреса, що складається з одних одиниць (або в десятковому вигляді - 255.255.255.255) відноситься до всіх мереж і всіх хостів. Ця адреса зарезервована в ТCP/IP для посилки повідомлень вузлам мережі одночасно. Адреса маршрутизатора за умовчанням містить всі нулі (0.0.0.0).

Таблиці маршрутизації роутера містять правила перетворення адрес мереж, включаючи адреси підмереж, якщо вони є. Ці таблиці зазвичай не містять інформацію про адреси хостів. Проте, вони містять фізичні (апаратні) адреси для пересилки пакетів певним хостам мережі. Ці фізичні адреси виходять за допомогою протоколу ARP.

Будь-яка організація для внутрішнього використання може визначити власну схему IP-адресації. Але така схема не повинна підключатися в Internet. Для підключення в Internet IP-адрес має бути виданий спеціальною реєстраційною службою. Ця служба носить назву Центр мережевої інформації (Network Information Centers - NIC). Вона займається розподілом адрес Internet по всьому світу.

IP-адрес визначає положення хоста в Internet і маршрутизатор використовує його для вибору шляху передачі даних. Розташування хоста визначає маршрут, по якому минуть дані через мережу. Дані передаються наступному маршрутизатору на вибраному шляху, і цей маршрутизатор визначить подальший маршрут дотримання даних. Це продовжується до тих пір, поки дані не досягнуть хоста призначення.