Адресация IPv4

Назначение протокола IP состоит в передаче пакетов между узлами сети, возможно, находящимися в различных сетях. Поэтому в IP-адресах закодиро- ваны адреса сетей и адреса узлов в этих сетях. Задача оборудования, обеспе- чивающего передачу пакетов между разными сетями (маршрутизацию), состоит в определении адреса сети, в которую направляется пакет, и опреде- ления пути в эту сеть.

Так как узел-источник IP-пакета ожидает, вероятно, получить некоторый от- ветный результат от узла назначения, то в заголовке IP-пакета присутствует как адрес назначения пакета, так и адрес источника.

В настоящий момент различают две спецификации этого протокола: IPv4, в ко- тором для IP-адресов используется 4 байта (см. RFC 791), и более современная спецификация IPv6, в котором используются 16-байтные адреса (см. RFC 2373).

Адреса IPv4 могут быть записаны как с помощью шестнадцатеричной нотации, так и с помощью так называемой записи dotted-decimal. Последний вариант используется шире. Пример IPv4-адреса, записанного в формате dotted-decimal: 192.168.111.253. В этом варианте IP-адрес записывается четырьмя десятичны- ми числами, разделенными точками. Так как каждое десятичное число кодиру- ет один байт, то каждое это число принадлежит диапазону от 0 до 255.

Если все биты, кодирующие номер узла в сети, установлены в 0, то такой ад- рес является адресом всей этой сети. Напротив, если все биты установлены в 1, то этот адрес является широковещательным адресом для данной сети (broadcast address).

В соответствии с исходной спецификацией адреса IPv4 разделены на пять классов в зависимости от того, сколько битов адреса идентифицируют сеть.

r В сетях класса A адрес сети кодируется с помощью старшего байта, три младших байта используются для кодирования адреса узла в данной сети.

Причем первый бит старшего байта должен быть установлен в 0, сле- довательно, адрес сети класса A может находиться в диапазоне значений старшего байта от 0 до 127. То есть всего имеется 128 сетей класса A. При этом оставшиеся 24 бита позволяют закодировать адреса 224 – 2 узла сети, т. е. 16 777 214 узлов. Пример IPv4-адреса класса A: 81.190.1.250.

r В сетях класса B адрес сети кодируется в двух старших байтах IP-адреса. В первых двух битах старшего байта должно находиться двоичное зна- чение 10. Поэтому первый байт для адресов класса B может принимать де- сятичные значения от 128 до 191. Имеется 214= 16 384 сети класса B, в каждой из которых может быть 216 – 2 = 65 534 узлов. Пример IPv4- адреса класса B: 180.127.10.71.

r В сетях класса С адрес сети кодируется в трех старших байтах IP-адреса. В первых трех битах старшего байта должно находиться двоичное зна- чение 110. Первый байт адресов класса C принадлежит диапазону от 192 до 223. Существует 221 = 2 097 152 сети класса C, а в каждой из них может быть 28– 2 = 254 узла. Пример IPv4-адреса класса C: 200.217.110.1.

r Сети класса D имеют особое назначение — они предназначены для обес- печения группового вещания (multicast). Суть его заключается в том, что в отличие от обычного режима передачи IP-пакетов, в этом режиме по- сланный IP-пакет может приниматься несколькими узлами, входящими в группу multicast. Для адресов этого класса в первых четырех битах ад- реса указывают значение 1110, поэтому возможны десятичные значения первого байта от 224 до 239.

r Имеется также сеть экспериментального назначения E.

Для сетей A, B, C и D определено понятие маски сети. Маска сети, как и ад- рес IPv4, представлена четырьмя байтами. Биты этих байтов, установленные в 1, определяют часть IP-адреса, идентифицирующую сеть. Биты, установ- ленные в 0, находятся в позициях, соответствующих номеру узла в этой сети. Для сетей A, B, C и D имеются следующие собственные маски сетей (native mask):

r класс А — маска 255.0.0.0;

D класс B — маска 255.255.0.0;

D класс C — маска 255.255.255.0;

D класс D — маска 255.255.255.255.

Маска сети предоставляет простую возможность определять, к какой сети (адресу сети) принадлежит заданный IP-адрес с помощью логической опера- ции И. Например, для адреса 192.168.111.253 маска сети будет 255.255.255.0 (сеть класса C), а операция определения номера сети приведена в табл. 20.1.

Таблица 20.1. IPv4-адрес и маска сети

Маршрутизаторы являются устройствами, передающими IP-пакеты между различными сетями. Решение о передаче IP-пакета в ту или иную сеть при- нимается маршрутизатором на основе анализа адреса сети назначения IP- пакета.

В памяти маршрутизатора имеется таблица (таблица маршрутизации), в ко- торой адресам сетей сопоставлены IP-адреса других маршрутизаторов, по- зволяющих передать пакет непосредственно в требуемую сеть или же пере- дать другим маршрутизаторам, находящимся "ближе" к сети назначения.

В одну и ту же сеть могут вести несколько маршрутов. Обычно среди них имеются более "короткие" и более "протяженные".

Так как сложно составить таблицу маршрутизации, содержащую пути ко всем сетям, то используется маршрутизатор по умолчанию (default gateway). В качестве такового назначают маршрутизатор, позволяющий передавать па- кеты в большее число сетей (в Интернете). Для обозначения адреса назначе- ния "по умолчанию" (default) используется IP-адрес 0.0.0.0. Этот адрес ука- зывают в качестве номера сети, в которую способен передавать пакеты маршрутизатор "по умолчанию" (default gateway).

Адрес 127.0.0.1, принадлежащий сети A 127.0.0.0, зарезервирован для обра- щения к так называемому закольцовывающему сетевому интерфейсу (loop- back interface). Этому интерфейсу не соответствует никакой реальный сете- вой интерфейс, он реализован программно и позволяет обеспечивать работоспособность сетевой подсистемы на локальном компьютере, не под- ключенном к сети.

Имеются также зарезервированные блоки адресов для частных сетей, опи- санные в RFC 1918. Такие адреса можно использовать свободно, не регист- рируя их.

Имеются следующие блоки приватных адресов:

D класс А: 10.0.0.0—10.255.255.255, одна сеть;

D класс B: 172.16.0.0—172.31.255.255, шестнадцать сетей;

r класс C: 192.168.0.0—192.168.255.255, двести пятьдесят шесть сетей.