Система IP-адресації

Для організації всесвітньої мережі потрібна система адресації, що буде використовуватися для спрямовування інформації всім адресатам. Спілка Інтернет встановила для адресації всіх вузлів Інтернету єдиний стандарт, який називається адресацією IP. За розподіл IP-адрес відповідає некомерційна організація ICANN, яка назначає ці адреси провайдерам Інтернет-сервісів, а ті, у свою чергу, надають їх організаціям і окремим користувачам. За розподіл адрес усередині мережі несе відповідальність адміністратор мережі.

IP-адресу можна використовувати для побудови як мереж з кількома вузлами, так і мереж, що містять мільйони вузлів. Для цього Спілка Інтернет визначила три класи мереж, що відрізняються один від одного за розміром.

Клас А. Великі мережі з мільйонами вузлів. Перший октет (перший зліва) позначає адресу мережі, інші три — номер вузла.

Клас B. Мережі середніх розмірів з тисячами вузлів. Перші два октети (ліворуч) позначають адресу мережі, інші два (праворуч) — номер вузла.

Клас С. Невеликі мережі з кількома сотнями вузлів. Перші три октети позначають адресу мережі, останній — адресу вузла.

Протоколом IPv4 визначені 32-розрядні IP-адреси. Кожна адреса складається з двох частин — номера мережі та номера хосту. Для зручності IP-адреси розділені на класи, відповідно до типів мереж, для ідентифікації яких вони застосовуються. Класи IP-адрес позначаються буквами латинського алфавіту — від А до Е. Перші три класи адрес (А, В і С) містять номер мережі і номер хосту. Клас D використовується для групи широкомовлення, а клас Е зарезервований для використання у майбутньому. Структура класів IP-адрес зображена на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Структура класів IP-адрес

Крайні біти ліворуч визначають, до якого класу належить IP-адреса. У табл. 10.1 наведено основні характеристики IP-адрес класів А,В і С.

Таблиця 10.1.Основні характеристикіIP-адрес класів А,В і С

За допомогою адрес класу А можна ідентифікувати 126 мереж, кожна з яких об’єднує 16 млн. хостів. Оскільки для ідентифікації адреси класу А використовується перший біт першого байта, номери мережі класу А перебувають у діапазоні від 1 до 127 у десятковій системі числення. Мережа класу А номер 127 зарезервована для організації логічної петлі набору протоколів TCP/IP. Усі версії протоколу TCP/IP використовують IP-адресу 127.0.0.1 як адресу зворотного зв’язку (IP-адреса, задана IETF, для спільного використання з драйвером зворотного зв’язку у разі потреби повернути пакети на комп’ютер, звідки вони були надіслані).

Адреса класу В складається з двох однакових частин: два байти — номер мережі і два байти — номер хосту. Два байти адреси, що утворюють номер хосту, дають можливість визначити 65 636 хостів у мережі. Звичайно адреси класу В присвоюються відносно великим організаціям, що мають десятки тисяч користувачів мережі.

В адресах класу С три байти виділені для визначення мережі, а один байт — для ідентифікації хосту. Отже формат класу дає можливість задати до 1 млн. мереж з 256 хостами. Кількість хостів у мережі становить 28, або 256, мінус дві зарезервовані комбінації всіх нулів і всіх одиниць, тобто фактично кожна мережа може містити 254 вузли. Тому адреси класу С надаються невеликим організаціям.

Наступні два класи адрес, клас D і клас Е, містять спеціальні адреси. Адреси класу D — це групові (multicast) адреси. Адреси класу Е — це експериментальні адреси, що використовуються під час розробки нових комунікаційних технологій.

Для зручності сприйняття кожна адреса подається у вигляді чотирьох байт, розділених крапками. У десятковому численні байт являє собою число в діапазоні від 0 до 255. Отже, будь-яка IP-адреса складається з чотирьох чисел в інтервалі від 0 до 255, розділених крапками, наприклад 195.18.49.102. У схемах IP-адресації числа 0 і 255 зарезервовані для спеціальних цілей. Число 255 використовується для спрямовування дейтаграми всім комп’ютерам мережі IP. Число 0 використовується для більш точного зазначення адреси. Нехай для позначення вузла 102 у мережі служить IP-адреса 195.18.49.102. Тоді адреса 195.18.49.0 позначатиме тільки мережу, а 0.0.0.102 — один вузол.

Внаслідок поширення Інтернету стало зрозумілим, що надавати кілька IP-адрес організаціям, структура мереж яких є досить складною, недоцільно. Одним з методів більш ефективного розподілу IP-адрес є організація підмереж.

Рис. 10.4. Структура IP-адреси

У цьому разі IP-адреса (рис. 10.4) містить адреси мережі, підмережі і хосту, до того ж адреса підмережі формується за рахунок адресного простору хосту.

Поле адреси підмережі, що містить п розрядів, дає можливість ідентифікувати 2n підмереж. Отже, можна оптимально розподілити простір мереж усередині мережі. Нехай деякій організації присвоєно IP-адресу 195.45.21.0 класу С і потрібно сформувати дві підмережі. Для цього можна використати старший розряд байта адрес хосту. Оскільки частина адреси, що визначає номер хосту, зменшилась на один біт, максимальна кількість вузлів, що обслуговуються однією підмережею, тепер становить 27 - 2 = 126. При цьому адреси хостів від 1 до 127 використовуються у підмережі 0, а від 128 до 254 — у підмережі 1.

Розподіл адрес серед підмереж здійснюється за допомогою маски підмережі, що являє собою 32-розрядний двійковий код, в якому одиниці визначають частину IP-адреси мережі. Отже, IP-адреса класу А має маску підмережі 255.0.0.0, а адреси класів В і С — відповідно маски 255.255.0.0 і 255.255.255.0. Нагадаємо, що число 255 у двійковій системі дорівнює 11111111.

У прикладі, що розглядається, маска підмережі дорівнює 255.255.255.128, де останнє десяткове число 128, яке у двійковій системі має вигляд 10000000, збільшує частину IP-адреси, що визначає мережу, на один біт.

Принцип використання підмереж такий. Вважатимемо, що пакет, спрямований за IP-адресою 195.45.21.37, надходить у маршрутизатор, який за першими двома бітами у першому байті визначає, що IP-адреса належить до класу С. Це означає, що перші 24 біти 32-бітової адреси визначають номер мережі. Проте маршрутизатор містить маску підмережі 255.255.255.128, яка вказує, що додаткова частина адреси мережі розміщується у позиції біта 25. А отже, даний біт IP-адреси визначає, в яку підмережу спрямовувати пакет. Так число 37 у двійковій системі числення має вигляд 00100101. Перший біт цього числа (він же біт 25 IP-адреси) дорівнює нулю, а отже номер мережі, якій адресовано пакет, дорівнює нулю; тому маршрутизатор направляє пакет вузлу 37 підмережі 0.