 |
Двоичная система счисления
|
|
|
|
Лекция 5
IP-адресация
• Что такое IР-адрес
• Представление чисел в двоичной системе исчисления
• Представление IP-адреса с помощью точечно-десятичной нотации
• Присвоение каждой сети в Internet уникального адреса
• Две составные части IP-адреса
• Понятия классов сетевых адресов
• Зарезервированные сетевые IP-адреса
• Понятие подсети и адреса подсети
Сетевые устройства используются для объединения сетей Было выяснено, что повторители восстанавливают форму и усиливают сигнал, а затем отправляют его дальше по сети. Вместо повторителя может использоваться концентратор, который также служит центром сети.
Кроме того, говорилось, что область сети, в пределах которой формируются пакеты и возникают конфликты, называется доменом конфликтов; что мосты устраняют ненужный трафик и минимизируют вероятность возникновения конфликтов путем деления сети на сегменты и фильтрации трафика на основе МАС-адресов. В заключение речь шла о том, что маршрутизатор способен принимать решение о выборе наилучшего пути доставки данных по сети.
В этой лекции будут рассмотрены IP-адресация и три класса сетей в схеме IP-адресации; будет рассказано, что некоторые IP-адреса зарезервированы ARIN и не могут быть присвоены ни одной сети. В заключение будут рассмотрены подсеть, маска подсети и их схемы IP-адресации.
Обзор адресации
В лекции "Физический и канальный уровни", говорилось, что МАС-адресация существует на канальном уровне эталонной модели OSI, и поскольку большинство компьютеров имеют одно физическое подключение к сети, то они имеют один МАС-адрес. МАС-адреса обычно уникальны для каждого сетевого подключения. Перед тем как отправить пакет данных ближайшему устройству в сети, передающее устройство должно знать МАС-адрес назначения/ Поэтому механизм определения местоположение компьютеров в сети является важным компонентом любой сетевой системы. В зависимости от используемой группы протоколов применяются различные схемы адресации. Другими словами, адресация Apple Talk отличается от IP-адресации, которая, в свою очередь, отличается от адресации OSI, и т.д.
|
|
|
В сетях используются две схемы адресации. Одна из этих схем, МАС-адресация, была рассмотрена ранее. Второй схемой является IP-адресация. Как следует из названия, IP-адресация базируется на протоколе IP (Internet Protocol). Каждая ЛВС должна иметь свой уникальный IP-адрес, который является определяющим элементом для осуществления межсетевого взаимодействия в глобальных сетях.
В IP-сетях конечная станция связывается с сервером или другой конечной станцией. Каждый узел имеет IP-адрес, который представляет собой уникальный 32-битовый логический адрес. IP-адресация существует на уровне 3 (сетевом) эталонной модели OSI. В отличие от МАС-адреса, которые обычно существуют в плоском адресном пространстве, IP-адреса имеют иерархическую структуру.
Каждая организация, представленная в списке сети, видится как одна уникальная сеть, с которой сначала надо установить связь и только после этого можно будет связаться с каждым отдельной хост-машиной этой организации. Как показано на рис. 5.1, каждая сеть имеет свой адрес, который относится ко всем хост-машинам, принадлежащим данной сети. Внутри сети каждая хост-машина имеет свой уникальный адрес.
IP-адрес устройства состоит из адреса сети, к которой принадлежит устройство, и адреса устройства внутри этой сети. Следовательно, если устройство переносится из одной сети в другую, его IP-адрес должен быть изменен так, чтобы отразить это перемещение (рис. 5.2-5.5).
Так как IP-адреса имеют иерархическую структуру, в некотором смысле подобную структуре телефонных номеров или почтовых кодов, то он более удобен для организации адресов компьютеров, чем МАС-адреса, имеющие плоскую структуру, подобно номерам карточек социального страхования IP-адреса могут устанавливаться программно и поэтому более гибки в использовании, в отличие от МАС-адресов, которые прошиваются аппаратно. Обе схемы адресации являются важными для эффективной связи между компьютерами.
|
|
|
IP-адреса имеют сходство с почтовыми адресами, которые описывают местонахождение адресата, включая страну, город, улицу, номер дома и имя. Хорошим примером плоского адресного пространства является принятая в США система присвоения номеров персональным карточкам социального страхования, когда каждому человеку присваивается отдельный уникальный номер. Человек может перемещаться по стране и получать новые логические адреса — город, улицу, номер дома и почтовый индекс, — но у него будет оставаться все тот же номер карточки социального страхования.
IP-адресация позволяет данным находить пункт назначения в сети Internet. Причина, по которой IP-адреса записываются в виде битов, состоит в том, что содержащаяся в них информация должна быть понятной компьютерам. Для того чтобы данные могли передаваться в среде передачи данных, они должны быть сначала преобразованы в электрические импульсы.
Когда компьютер принимает эти электрические импульсы, он распознает только два состояния: наличие или отсутствие напряжения в кабеле. Поскольку распознаются только два состояния, то для представления любых данных, передаваемых по сети, может быть использована схема на основе двоичной математики (рис. 5.6). В этой схеме для связи между компьютерами используются числа 0 и 1.
Двоичная система счисления
Наиболее часто встречающейся и, вероятно, наиболее известной читателю является десятичная система счисления, которая основана на возведении в степень числа 10: 10', 102, 103, 104 и т.д. 10'— это то же самое, что и 10 х 1, или 10. 102— то же самое, что и 10 х 10, или 100. 103 — то же самое, что и 10 х 10 х 10 или 1000. Двоичная система исчисления базируется на возведении в степень числа 2: 21, 22, 23, 24 и т.д.
|
|
|
IP-адрес представляет собой 32-разрядное двоичное число, записанное в виде четырех октетов, т.е. четырех групп, каждая из которых состоит из восьми двоичных знаков (нулей и единиц). Таким образом, в IP-адресе, записанном как 11000000.00000101.00100010.00001011, первый октет представляет собой двоичное число 11000000, второй октет — двоичное число 00000101, третий октет — двоичное число 00100010, четвертый октет — двоичное число 00001011 (рис. 5.7).
Так как двоичная система основана на возведении в степень числа 2, каждая позиция в октете представляет различные степени от 2. Величина показателя степени 2 назначается каждому разряду двоичного числа, начиная с крайнего правого. Чтобы определить, чему равно двоичное число, необходимо сложить значения всех разрядов в октете. Следовательно, для двоичного числа первого октета, показанного на рис. 5.7 (11000000), справедливо следующее:
0 умножается на 20 (1), что равно 0
0 умножается на 21 (2), что равно 0
0 умножается на 22 (4), что равно 0
0 умножается на 23 (8), что равно 0
0 умножается на 24 (16), что равно 0
0 умножается на 25 (32), что равно О
1 умножается на 2б (64), что равно 64
1 умножается на 27 (128), что равно 128
Таким образом, двоичное число 11000000 равно десятичному числу 192.
Двоичная IP-адресация
Достаточно трудно запомнить число, состоящее из 8 цифр, не говоря уже о числах из 32 цифр, которые используются в IP-адресах. Поэтому для обозначения 32-битовых чисел в IP-адресах используются десятичные числа. Это называется представлением в десятичной форме с разделением точками. В представлении в десятичной форме с разделением точками IP-адреса, или точечно-десятичные адреса, записываются следующим образом (рис. 5.8): каждое десятичное число представляет один байт из четырех, составляющих весь IP-адрес.
Чтобы перевести IP-адрес 11000000.00000101.00100010.00001011 в этот упрощенный формат, для начала его надо представить в виде 4 отдельных байтов (по 8 бит); другими словами, IP-адрес необходимо разделить на 4 октета:
Затем каждое из этих 8-битовых чисел преобразовывается в его десятичный эквивалент. В результате двоичное число 11000000.00000101.00100010.00001011 преобразуется в точечно-десятичное число 192.5.34.11.
|
|
|
Классы IP-адресов
Благодаря тому, что каждая сеть, подключенная к Internet, имеет уникальный сетевой адрес, данные могут найти требуемый адресат в Internet. Для того чтобы каждый сетевой адрес был уникальным и отличался от любого другого номера, существуют организации который выделяют крупным компаниям -провайдерам блоки IP-адресов в зависимости от размера их сетей.. Все 4 с лишним миллиарда адресов, а так же номера автономных систем были поделены на 4 блока, каждый из которых был делегирован организации, отвечающей за распределение этих адресов внутри своего региона. Таких организаций соответственно, тоже четыре: RIPE занимается своей работой в европейском регионе, ARIN - в Америке, APNIC - в Азии и тихоокеанском регионе, LACNIC - в Латинской Америке и на Карибах. При этом разделе Россию почему-то посчитали европейской страной - поэтому мы подчиняемся правилам RIPE.
Каждый IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера хоста (рис. 5.9). Сетевой номер идентифицирует сеть, к которой подключено устройство. Номер хоста идентифицирует устройство в этой сети.
Существует пять классов IP-адресов. Класс А составляют IP-адреса, зарезервированные для правительственных учреждений, класс В — IP-адреса для компаний среднего уровня и класс С — для всех остальных организаций. Если записать IP-адреса класса А в двоичном формате, то первый бит всегда будет равен 0 (рис. 5.10). Если записать IP-адреса класса В в двоичном формате, то первые два бита всегда будут 0 и 1. Если записать IP-адреса класса С в двоичном формате, то первые три бита всегда будут 1, 1 и 0.
|
|
|
