 |
Лекция 6. Адресация в IP - сетях
|
|
|
|
Краткая аннотация лекции: Рассмотрены вопросы функционирования маршрутизаторов в составных сетях, логические адреса версии IPv4 на основе классов и бесклассовая адресация с масками переменной длины, а также принципы суммирования адресов. Рассмотрены частные адреса. Приведены параметры адресации IPv6. Механизмы назначения IP-адресов.
Цель лекции: изучить систему логических IP-адресов, методы формирования подсетей.
6.1. Адресация и маршрутизация
Объединение нескольких локальных сетей, узлов и отдельных пользователей в глобальную (распределенную, составную) сеть происходит с помощью устройств (маршрутизаторов) и протоколов сетевого Уровня 3 семиуровневой эталонной модели или уровня межсетевого взаимодействия четырехуровневой модели TCP/IP. Маршрутизатор выбирает наилучший (оптимальный) путь к адресату, анализируя логический адрес назначения передаваемого пакета данных. Процесс выбора оптимального пути получил название маршрутизация. Логические адреса сетевого интернет протокола (Internet Protocol – IP), получившие название IP-адреса, позволяют адресовать любую сеть, любого пользователя, любой узел или сайт в пределах всемирной сети Интернет.
Наиболее распространенными устройствами межсетевого взаимодействия сетей, подсетей и устройств являются маршрутизаторы. Они представляют собой специализированные компьютеры для выполнения специфических функций сетевых устройств. В лекции 4 (см. Рисунок 4.6) было показано, что маршрутизаторы используются, чтобы сегментировать сеть на широковещательные домены, т.е. являются устройствами локальных сетей LAN, но они используются и как устройства формирования глобальных сетей WAN. Поэтому маршрутизаторы имеют как LAN, так и WAN интерфейсы. Маршрутизаторы используют WAN интерфейсы, чтобы связываться друг с другом и всемирной сетью Интернет, и LAN интерфейсы для связи с узлами (компьютерами), например, через коммутаторы. Поэтомумаршрутизаторы являются устройствами как локальных, так и глобальных сетей. Маршрутизаторы являются также основными устройствами больших корпоративных сетей.
|
|
|
На Рисунок6.1 приведен пример того, как маршрутизаторы А, В и С объединяет нескольких локальных сетей (Локальные сети №1, №2, №3) в распределенную (составную) сеть. Поэтому маршрутизаторы имеют интерфейсы как локальных, так и глобальных соединений. К локальным сетям, созданным на коммутаторах, маршрутизатор присоединен через интерфейсы, которые на Рисунок 6.1 обозначены через F0/1, что означает: интерфейс Fast Ethernet, слот 0, номер 1. Глобальные соединения на Рисунок6.1 представлены последовательными или серийными (serial) интерфейсами S0/1, S0/2. Через такой же последовательный интерфейс реализовано соединение составной сети с сетью Интернет (Internet). Подобная структурная схема, включающая несколько последовательно соединенных маршрутизаторов, характерна для многих корпоративных сетей.
Рисунок6.1. Составная сеть на маршрутизаторах
Интернет представляет собой совокупность сетей операторов и провайдеров (Internet Service Provider – ISP), соединенных с локальными сетями, сетями доступа, отдельными пользователями (Рисунок6.2).
Рисунок6.2. Схематичное изображение сети Интернет
Таким образом, маршрутизаторы обеспечивают связь между сетями и определяют наилучший (оптимальный) путь пакета данных к сети адресата назначения, причем, технологии объединяемых локальных сетей могут быть различными. Например, в локальной сети №1 (Рисунок6.1) может использоваться технология Fast Ethernet, в сети №2 – Token Ring, а в сети №3 – Gigabit Ethernet.
Устройства распределенной IP-сети должны иметь уникальные физические и логические адреса. Физический адрес устанавливается изготовителем аппаратных средств, например, МАС-адрес сетевой карты NIC, который «прошивается» в ПЗУ. Логический адрес устанавливается пользователем (администратором) или назначается динамически протоколом DHCP из диапазона выделенных провайдером адресов.
|
|
|
6.2. Логические адреса версии IPv4
Логические адреса узлов в IP-сетях версии IPv4, используемой в настоящее время, содержат 32 двоичных разряда, т.е. 4 байта. Каждый из 4 байт адреса в технической документации отображается десятичным числом (от 0 до 255), а байты разделяются точкой, например, 172.100.220.14. Часть этого адреса (старшие разряды) является адресом сети, а другая часть (младшие разряды) – номером узла в сети. Таким образом, IP-адреса являются иерархическими, в отличие от плоских МАС-адресов.
Если граница между сетевой частью адреса и номером узла в сети проходит в произвольной части IP-адреса, то такая адресация называется бесклассовой (classless). Если же сетевой части адреса отводится строго 1, 2 или 3 байта, такая адресация называется адресацией на основе полного класса (classfull). Деление адреса на классы производится в соответствии с тем, сколько байт адреса относится к номеру сети, а сколько к номеру узла. Для создания уникальных адресов узлов используются три класса.
В адресе класса А старший байт задает адрес сети, а три младших байта – адрес узла (host).
В адресе класса В два старших байта задают адрес сети, а два младших байта – адрес узла (host).
В адресе класса С три старших байта задают адрес сети, а младший байт – адрес узла.
Существует также многоадресный (multicast) класс D и резервный класс E. Дополнительная информация по классам и адресам приведена в табл.6.1.
Таблица 6.1
Номер узла (адрес хоста – host) не может состоять только из одних единиц или нулей. Если в поле адреса узла все нули, то это значит, что задается номер (адрес) сети или подсети. Если же в этом поле все двоичные разряды равны единице, то это означает широковещательный (broadcast) адрес, когда пакет предназначен всем узлам сети, в которой находится узел, сформировавший данный пакет, т.е. источник передаваемой информации. Этим объясняется уменьшение максимального числа узлов в сети на 2 (см. табл.6.1). Таким образом, максимальное число узлов в сети класса С будет равно 28 – 2 = 254.
|
|
|
Старший разряд адреса класса А всегда равен 0, поэтому адреса сетей могут находиться в диапазоне от 1 до 127. Однако адрес 127.0.0.1 предназначен для самотестирования, по этому адресу узел обращается к самому себе, проверяя, установлен ли протокол TCP/IP на этом хосте. Поэтому адрес сети 127.0.0.0 не входит в состав адресов таблицы 6.1.
С целью сокращения количества адресов, которыми оперирует маршрутизатор, в его таблице маршрутизации хранятся адреса сетей, а не узлов. В то же время, в адресной части заголовка пакета задаются адреса узлов. Поэтому маршрутизатор, получив пакет, должен из адреса назначения получить адрес сети. Эту операцию маршрутизатор реализует путем логического умножения сетевого адреса узла на маску. Число разрядов маски равно числу разрядов IP-адреса. Непрерывная последовательность единиц в старших разрядах маски задает число разрядов адреса, относящихся к номеру сети. Младшие разряды маски, равные нулю, соответствуют разрядам адреса узла в сети. При логическом умножении адреса узла на маску получается адрес сети. Например, при умножении IP-адреса 192.100.12.67 на стандартную маску класса С, равную 255.255.255.0, получается следующий результат:
11000000.01100100.00001100.01000011
11111111.11111111.11111111.00000000
11000000.01100100.00001100.00000000
т.е. получен номер сети 192.100.12.0.
Аналогичная запись предыдущего адреса с той же маской класса С может также иметь следующий вид: 192.100.12.67/24, означающий, что маска содержит единицы в 24 старших разрядах. При этом 24 старших разряда будут одинаковы для всех узлов сети, т.е. образуют общую часть адреса, называемую префиксом. Именно префикс имеет обозначение /24.
Стандартная маска адреса класса В имеет 16 единиц в старших разрядах и 16 нулей в младших. Поэтому, если адрес узла будет равен 172.16.37.103/16, то адрес сети будет равен 172.16.0.0. Маска адреса класса А имеет 8 единиц в старших разрядах и 24 нуля в младших. Поэтому, например, адресу узла 10.116.37.103/8 соответствует адрес сети 10.0.0.0.
|
|
|
Жесткому разбиению адресов на классы соответствуют протоколы маршрутизации типа Classful, которые требуют, чтобы использовалась стандартная (единая) маска сети. Например, в сети с адресом 192.168.187.0 может использоваться стандартная маска 255.255.255.0, а в сети 172.16.0.0 используется стандартная маска 255.255.0.0.
6.3. Формирование подсетей
В ряде случаев для удобства управления администратор может самостоятельно формировать подсети внутри выделенного ему адресного пространства. Например, администратору выделен адрес сети 198.11.163.0 класса С, и ему необходимо создать 10 подсетей по 14 компьютеров. Для адресации 10 подсетей потребуется 4 двоичных разряда адреса (24 = 16), и для адресации 14 узлов также требуется 4 двоичных разряда (24 = 16). Таким образом, сетевая часть адреса будет содержать 28 двоичных разрядов (24 + 4 = 28), а хостовая часть – 4 младших разряда. При этом маска должна иметь единицы в 28 старших двоичных разрядах и 4 нуля в младших – 11111111.11111111.11111111.11110000, т.е. маска будет 255.255.255.240.
В этом случае максимально может быть задано 16 подсетей по 14 узлов в каждой. Из 16 подсетей администратор использует 10, а оставшиеся 6 использоваться не будут. Граница между сетевой частью адреса и номером узла (хоста) проходит посредине четвертого байта (октета), т.е. адресация будет бесклассовой (classless). Следовательно, если задан адрес 198.11.163.83 с маской 255.255.255.240, то после логического умножения адреса на маску будет получен следующий адрес подсети:
11000110.00001011.10100011.01010011
11111111.11111111.11111111.11110000
11000110.00001011.10100011.01010000,
т.е. подсеть имеет адрес 198.11.163.80, входящий в сеть полного класса 198.11.163.0, и номер узла в подсети равен 3 (0011).
Адреса всех подсетей и узлов, которые могут быть сформированы из выделенного адресного пространства 198.11.163.0/28, приведены в (табл.6.2).
Таблица 6.2
При использовании других масок можно формировать другие комбинации подсетей и узлов. Например, с помощью маски 255.255.255.224 в адресном пространстве 198.11.163.0/24 можно сформировать 8 подсетей по 30 узлов в каждой, а с помощью маски 255.255.255.248 можно задать 32 подсети по 6 узлов. Используя маски разной (переменной) длины для создания подсетей, администратор может формировать подсети разного размера в пределах одной автономной системы. Таким образом, маски переменной длины (Variable-length subnet mask - VLSM) позволяют создавать подсети разного размера, гибко задавая границы между полем адреса сети и полем адреса узла. VLSM позволяют использовать больше чем одну маску подсети в пределах выделенного адресного пространства сети.
Например, для формирования сетей по 30 узлов в каждой требуется 27 разрядов маски (255.255.255.224), содержащих единицы, а для создания сети, соединяющей пару маршрутизаторов (точка – точка), требуется всего два адреса, т.е. маска должна иметь 30 единиц (255.255.255.252). При использовании маски в 30 двоичных разрядов два младших разряда адреса позволяют сформировать 4 адреса, из которых первый используется для адресации сети, второй и третий – для адресации узлов, а четвертый – в качестве широковещательного адреса.
|
|
|
В нижеприведенном примере (Рисунок 6.3, табл. 6.3), адресное пространство 192.168.100.0/24 использовано для создания 8 подсетей по 32 адреса в каждой, т.е. маска имеет единицы в 27 старших двоичных разрядах (255.255.255.224). Одна из последних подсетей (подсеть 6) разделена на субподсети, при этом используется маска (255.255.255.252). Каждая из субподсетей служит для связей «точка-точка».
Рисунок6.3. Пример использования масок переменной длины 121
Таблица 6.3
Таким образом, за счет использования VLSM может быть сформировано 7 подсетей с числом узлов до 30 и восемь субподсетей с числом узлов 2. В распределенной составной сети (Рисунок6.3) четыре локальных сети (192.168.100.0/27, 192.168.100.32/27, 192.168.100.64/27, 192.168.100.96/27) и три сети «точка-точка».
Маски переменной длины VLSM позволяют создавать подсети разного размера. Например, сеть 198.11.163.0/24 может быть разбита на десять подсетей: две подсети по 62 узла в каждой, две подсети по 30 узлов, 2 подсети по 14 узлов и 4 подсети по 6 узлов в каждой (табл.6.4). Соответственно маски будут иметь размер: 26 – для первых двух подсетей, 27 – для третьей и четвертой подсети, 28 – для пятой и шестой, 29 – для четырех последних подсетей. Естественно, что могут быть реализованы и другие варианты деления сети на подсети и субподсети.
Важно помнить, что только неиспользованные подсети могут далее делиться на субподсети. Если какой-то адрес подсети уже используется, то подсеть на субподсети далее делиться не может. 122
Таблица 6.4
На Рисунок6.4 представлен еще один пример (в десятичной и двоичной системе) формирования пяти подсетей с маской длиной 26 единиц.
Рисунок6.4. Использование подсетей и субподсетей
Подсети занимают адресное пространство от 172.16.32.0 до 172.16.33.63:
1) 172.16.32.0/26; – 10101100.00010000.00100000.00000000
2) 172.16.32.64/26; – 10101100.00010000.00100000.01000000
3) 172.16.32.128/26; – 10101100.00010000.00100000.10000000
4) 172.16.32.192/26; – 10101100.00010000.00100000.11000000
5) 172.16.33.0/26; – 10101100.00010000.00100001.00000000
Подсеть 172.16.33.0/26, далее подразделили на субподсети с маской длиной 30 разрядов (255.255.255.252).
При проектировании сетей может быть поставлена и обратная задача, когда несколько отдельных адресов необходимо объединить в один общий (агрегированный) адрес. Общую часть адреса, представленную старшими разрядами, называют префиксом. В ряде случаев это сокращает число записей в таблице маршрутизации. Например, сети
172.16.14.0 – 10101100.00010000.00001110.00000000 и
172.16.15.0 – 10101100.00010000.00001111.00000000
могут быть агрегированы (объединены) так, чтобы маршрутизаторы использовали только один маршрут для объединенной (агрегированной) сети 172.16.14.0/23, поскольку 23 разряда адреса обеих сетей одинаковы.
Т ип маршрутизации, использующий агрегированные адреса, получил название бесклассовой междоменной маршрутизации (classless interdomain routing – CIDR), когда маршрутизация реализуется на основе префикса. Агрегирование маршрутов уменьшает нагрузку на маршрутизаторы.
Ниже рассмотрен следующий пример агрегирования адресов. Группа из четырех подсетей:
192.168.16.0/24 – 11000000.10101000.00010000.00000000
192.168.17.0/24 – 11000000.10101000.00010001.00000000
192.168.18.0/24 – 11000000.10101000.00010010.00000000
192.168.19.0/24 – 11000000.10101000.00010011.00000000
может быть представлена суммарным (агрегированным) адресом
192.168.16.0/22 – 11000000.10101000.00010000.00000000,
поскольку 22 разряда адреса у них одинаковы.
Аналогично группа из других четырех подсетей:
192.168.20.0/24 – 11000000.10101000.00010100.00000000
192.168.21.0/24 – 11000000.10101000.00010101.00000000
192.168.22.0/24 – 11000000.10101000.00010110.00000000
192.168.23.0/24 – 11000000.10101000.00010111.00000000
может быть представлена агрегированным адресом
192.168.20.0/22 – 11000000.10101000.00010100.00000000,
поскольку 22 разряда адреса у них также одинаковы.
Третья группа подсетей:
192.168.24.0/24 – 11000000.10101000.00011000.00000000
192.168.25.0/24 – 11000000.10101000.00011001.00000000
192.168.26.0/24 – 11000000.10101000.00011010.00000000
192.168.27.0/24 – 11000000.10101000.00011011.00000000
может быть представлена агрегированным адресом
192.168.24.0/22 – 11000000.10101000.00011000.00000000,
поскольку у них одинаковы 22 разряда адреса.
Агрегирование приведенных выше адресов иллюстрирует Рисунок6.5.
Рисунок6.5. Агрегирование адресов маршрутов
Вместо адресов четырех подсетей в таблице маршрутизации каждого из маршрутизаторов А, В, С используется адрес только одного (агрегированного) маршрута с префиксом в 22 двоичных разряда. Адреса четырех указанных подсетей имеют общую часть – префикс, который используется как единый совокупный адрес. В маршрутизаторе D можно сформировать агрегированный адрес всех трех групп подсетей. Он будет иметь адрес 192.168.16.0/20, т.е. маска (префикс) содержит 20 единиц в старших разрядах, поскольку все представленные на Рисунок6.5 адреса имеют двадцать одинаковых старших двоичных разрядов адреса.
Таким образом, итоговый суммарный маршрут трех групп подсетей (Рисунок 6.5) содержит префикс на 20 битов, общий для всех адресов в указанной сети – 192.168.16.0/20 - 11000000.10101000.00010000.00000000. Двадцать старших разрядов адреса (11000000.10101000.0001) используются как единый адрес организации, которая подключается к сети Интернет через маршрутизатор D.
Чтобы функционировала маршрутизация на основе префикса, адреса должны быть назначены иерархическим способом. Маршрутизатор должен знать номера всех присоединенных к нему подсетей и не должен сообщать другим маршрутизаторам о каждой подсети, если он может послать один совокупный маршрут (aggregate routes). Маршрутизатор, который использует агрегированные маршруты, реже обращается к таблице маршрутизации.
Маршрутизация на основе префикса и масок переменной длины возможна, если маршрутизаторы сети используют бесклассовый (classless) протокол маршрутизации, например, OSPF или EIGRP. Бесклассовые протоколы маршрутизации передают в обновлениях маршрутизации (routing updates) 32-разрядные IP-адреса и соответствующие маски.
6.4. Частные и общедоступные адреса
Адреса всех пользователей сети Internet должны быть уникальными. Первоначально уникальность адресов обеспечивал центр Internet Network Information Center (InterNIC), на смену которому пришла организация Internet Assigned Numbers Authority (IANA). IANA управляет IP-адресами, чтобы не произошло дублирования общедоступных адресов, распределяя их между пятью Региональными регистраторами адресов: ARIN (Северная Америка), RIPE (Россия и Европа), APNIC (Азия и Австралия), LACNIC (Латинская и Южная Америка), AfriNIC (Африка). Таким образом, все общественные (общедоступные) адреса должны быть зарегистрированы Региональным Интернет Регистратором (Regional Internet Regiestry – RIR), который выделяет адреса сетевым операторам и провайдерам, а те, в свою очередь, выделяет адреса сетевым администраторам и отдельным пользователям.
В связи с быстрым ростом сети Internet, наблюдается дефицит общественных адресов. Радикально решить проблему дефицита IP-адресов может созданная новая шестая версия (IPv6) адресации в IP-сетях. До ее широкого внедрения для смягчения проблемы нехватки общественных адресов были разработаны новые схемы адресации, такие как адресация на основе масок переменной длины (VLSM) и бесклассовая междоменная маршрутизация (CIDR).
Кроме того, проблему нехватки общественных адресов может в некоторой мере ослабить использование частных адресов (Private IP addresses). Сети с частными адресами, не подключенные к Internet, могут иметь любые адреса, лишь бы они были уникальны внутри частной сети. Выход в Интернет пакетов с частными адресами блокируется маршрутизатором. Документ RFC 1918 устанавливает три блока частных адресов для использования внутри частных сетей (табл. 6.5).
Таблица 6.5
Таким образом, данные адреса не могут быть использованы непосредственно в сети Интернет, т.к. маршрутизаторы отбрасывают пакеты с частными адресами. Чтобы узлы с частными адресами могли при необходимости подключаться к Интернет, используются специальные трансляторы частных адресов в общественные, например, транслятор сетевых адресов (Network Address Translation – NAT). Данный транслятор переводит один частный адрес в один общественный. Поэтому экономия IP-адресов может быть достигнута только за счет того, что не всем узлам частной сети разрешается выход в Интернет.
Второй тип трансляции сетевых адресов с использованием номеров портов (Port Address Translation – PAT), когда один общедоступный адрес комбинируется с набором номеров порта узла источника. При этом один IP-адрес могут использовать сразу несколько узлов частной сети. Поэтому данный метод трансляции частных адресов в общественные эффективно экономит общедоступные IP-адреса.
6.5. Адреса версии IPv6
В настоящее время наблюдается дефицит адресов в связи с ростом числа пользователей Интернета, бурным развитием сетей мобильной связи, предоставляющих услуги передачи данных, использованием сетевых технологий для управления технологическими процессами и бытовой техникой. 32 двоичных разряда адреса версии IPv4 обеспечивают примерно 4 миллиарда адресов. В Северной Америке уже использованы все общественные адреса версии IPv4. Для снижения остроты дефицита в локальных сетях используются частные адреса, разработаны трансляторы NAT и PAT, используются маски переменной длины и адресация на основе префикса. Однако эти меры лишь предоставляли отсрочку полного истощения адресов версии IPv4.
Кардинальным решением данной проблемы является разработка и внедрение адресации версии IPv6. Версия IPv6 использует для адресации 128 двоичных разрядов, что обеспечивает адресацию 3,4 1038 объектов, вместо 32 разрядов версии IPv4, обеспечивающей адресацию 4,3 109 объектов. Со временем версия IPv6 заменит IPv4 в качестве основного сетевого протокола Internet Protocol.
Адреса версии IPv6 представлены в виде 8 блоков по 16 двоичных разрядов, которые записываются в шестнадцатеричной системе, т.е. каждый блок представлен в виде четырех шестнадцатеричных чисел. Блоки разделяются двоеточием. Ниже приведен пример адреса версии IPv6:
2af9:0000:7ee5:d947:0009:01c5:6b9f:00c4.
Для облегчения чтения впереди стоящие нули могут быть пропущены. При этом вышеприведенный адрес может быть записан в виде:
2af9:0:7ee5:d947:9:1c5:6b9f:c4.
Если в адресе имеется длинная последовательность нулей, например,
2af9:0:7ee5:0:0:0:6b9f:c4, то запись можно сократить путем использования двух двоеточий подряд
2af9:0:7ee5::6b9f:c4.
Два двоеточия подряд в адресе могут быть использованы только один раз.
Таким образом, адрес 2af9:0:0:0:0:0:0f:c4 может быть представлен 2af9::c4.
Младшие разряды адреса нижнего уровня иерархии (идентификатор интерфейса) используется для задания номера узла, а старшие разряды – для задания префикса адреса (номера сети), как представлено на Рисунок6.6.
Рисунок 6.6. Уровни иерархии адреса IPv6
Причем старшие разряды адреса образуют несколько полей. Формат адреса IPv6 приведен ниже на Рисунок 6.7.
Рисунок 6.7. Формат адреса IPv6
Идентификатор интерфейса задает адрес узла (интерфейса) в определенной сети. Длина идентификатора интерфейса составляет 64 младших бита адреса (четыре младших блока из четырех шестнадцатеричных чисел). Это позволяет в поле идентификатора интерфейса размещать адреса конечных узлов различных сетевых технологий, например, физический МАС-адрес длиной 48 бит. При этом идентификаторы интерфейса могут быть динамически получены из адреса Уровня 2. Поэтому отпадает необходимость в протоколе ARP, который связывает IP-адреса и соответствующие МАС-адреса, что ускоряет процесс продвижения пакета через маршрутизатор. В этом поле могут также задаваться адреса других протоколов, например, АТМ-адреса, номера телефонов международной и междугородной связи, номера мобильных телефонов, а также адреса IPv4.
Поле префикса формата (FP – Format Prefix) версии IPv6 имеет размер 3 бита и значение в двоичном коде 001. Поэтому адреса версии IPv6 будут начинаться либо с шестнадцатеричной цифры 2 (0010), либо 3 (0011).
Поле агрегирования верхнего уровня (TLA – Top-Level Aggregation) задает адреса сетей пяти основных регистратров Европы, Азии, Северной Америки, Южной Америки, Африки (ARIN, RIPE, APNIC, LACNIC, AfriNIC). 13 разрядов этого поля позволяет адресовать 8196 сетей. Поле префикса формата FP и поле агрегирования верхнего уровня TLA составляют 16 старших бит адреса IPv6, они выделяются и управляются организацией IANA и пятью основными регистраторами адресов. Для возможности расширения этого поля в будущем зарезервировано еще 8 разрядов. С учетом префикса формата (001) первая сеть IPv6 будет иметь номер 2001.
Поле агрегирования следующего уровня (NLA – Next-Level Aggregation) адресует сети мелких и средних провайдеров. 24 разряда этого поля позволяют адресовать примерно 16 миллионов сетей.
Поле местного уровня (SLA – Site-Level Aggregation) используется для адресации подсетей пользователя. Таким образом, в распоряжении сетевого администратора имеется 16 двоичных разрядов, что позволяет организации адресовать до 65 535 отдельных подсетей.
Кроме формата (Рисунок6.7) для описания адреса IPv6 используется также формат (Рисунок6.8), где 48 старших бита адреса образуют префикс сайта (Site Prefix), из которых 32 старших – образуют префикс провайдера (ISP Prefix).
Так как в поле идентификатора интерфейса могут задаваться адреса IPv4, то обеспечивается совместимость IPv4 и IPv6. Для преобразования адреса IPv6 в адрес IPv4 разработан подтип адреса, в котором 4 младших байта содержат адрес предыдущей версии IPv4, а старшие 12 байт – содержат нули. При преобразовании адреса IPv4 в адрес IPv6 младшие 4 байта содержат адрес версии IPv4, байты 5 и 6 содержат единицы, а старшие 10 байт содержат нули.
Рисунок 6.8. Префиксы формата адреса IPv6
На период перехода от IPv4 к IPv6 разработано несколько механизмов. Например, механизм двойного стека, когда устройства поддерживают оба протокола, причем, IPv6, является привилегированным. То есть, на интерфейсах устройств конфигурируется два стека протоколов. Устройство с двойным стеком определяет, какой стек использовать, базируясь на адресе назначения пакета, отдавая предпочтение IPv6, когда это возможно.
6.6. Назначение IP-адресов
Назначение IP-адреса может производиться администратором вручную или автоматически с помощью DHCP-сервера. Для назначения адреса вручную обычно в главном меню компьютера необходимо последовательно выбрать следующие опции: “ Пуск ”, “ Настройка ”, “ Панель управления ”, “ Сетевые подключения ”, “ Подключение по локальной сети ”,
Во всплывшем окне (Рисунок 6.9а) выбрать “ Свойства ”. В следующем окне выбрать “ Протокол Интернета (TCP/IP) ” (Рисунок 6.9б), затем “ Свойства ”. Вручную назначаются адреса сетевым принтерам, серверам и интерфейсам маршрутизаторов.
а) б)
Рисунок 6.9. Окна выбора протокола TCP/IP
После этого необходимо назначить IP-адрес, маску подсети и основной шлюз по умолчанию (Рисунок 6.10).
Рисунок 6.10. Назначение IP-адреса администратором вручную
Из протоколов автоматического назначения IP-адреса устройств (хостов – host) в настоящее время используется протокол динамического конфигурирования узлов Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), который позволяет узлу динамически без участия администратора получать IP-адрес. Нужно только определить диапазон IP-адресов на DHCP-сервере.
Для запроса IP-адреса узел посылает в локальную сеть (Рисунок6.11) запрос с широковещательным IP-адресом назначения – 255.255.255.255 и МАС- адресом – FF:FF:FF:FF:FF:FF. В качестве МАС-адреса источника в запросе указывается адрес запрашивающего узла 01:AA:11:AA:11:AA. Такой запрос поступает на все устройства сети, в том числе на сервер DHCP. Все устройства отбрасывают пакет с запросом, за исключением сервера, который опознает адресованный ему запрос.
Рисунок 6.11. Передача ответа сервера DHCP
При получении запроса DHCP-сервер формирует ответ, в котором указывается выделяемый в аренду узлу IP-адрес. В заголовке ответа в качестве МАС-адреса назначения указывается адрес запрашивающего узла (01:AA:11:AA:11:AA). Поэтому все устройства отбрасывают пакет с ответом, за исключением узла, пославшего запрос. Кроме выделяемого в аренду IP- адреса в ответе DHCP-сервера содержится адрес основного шлюза по умолчанию и другая информация. На Рисунок 6.9 основной шлюз имеет IP-адрес 192.168.1.1 и MAC-адрес 01:EE:55:ЕЕ:55:EE. Важным свойством DHCP является способность выделять IP-адрес в аренду динамически, т.е. сервер может изымать неиспользуемый адрес, а затем восстанавливать пользователю адрес, который использовался ранее.
Краткие итоги лекции 6
1. Объединение нескольких локальных сетей в глобальную (распределенную, составную) WAN сеть происходит с помощью устройств и протоколов сетевого Уровня 3 семиуровневой эталонной модели OSI.
2. Наиболее распространенными устройствами межсетевого взаимодействия сетей, подсетей и устройств являются маршрутизаторы.
3. Маршрутизаторы имеют как LAN, так и WAN интерфейсы и поэтому являются устройствами как локальных, так и глобальных сетей.
4. Логические адреса задаются администратором или назначаются динамически протоколом DHCP из диапазона выделенных адресов.
5. Логические адреса узлов в IP-сетях версии IPv4 содержат 32 двоичных разряда, версии IPv6 – 128 двоичных разряда.
6. IP-адреса являются иерархическими. Старшие разряды определяют номер сети, а младшие разряды – номер узла в сети.
7. Существует адресация на основе классов и бесклассовая адресация.
8. Адрес 127.0.0.1 предназначен для самотестирования, когда проверяют, установлен ли протокол TCP/IP на хосте.
9. В таблице маршрутизации задаются адреса сетей для сокращения записей, которыми оперирует маршрутизатор.
10. Адрес сети маршрутизатор получает путем логического умножения сетевого адреса узла на маску.
11. Общая часть адреса называется префиксом.
12. В маршрутизаторах используют как адресацию на основе стандартных масок, так и адресацию с масками переменной длины.
13. Маски переменной длины позволяют создавать подсети разного размера.
14. Агрегированный адрес получается путем объединения адресов в один общий.
15. Радикально решить проблему дефицита IP-адресов может новая шестая версия (IPv6) адресации в IP-сетях.
16. Сети с частными адресами, не подключенные к Internet, могут иметь любые адреса, лишь бы они были уникальны внутри частной сети.
17. Пакеты с частными адресами блокируются маршрутизатором.
18. Трансляторы сетевых адресов переводят частные адреса в общественные.
19. Кардинальным решением проблемы нехватки логических адресов является разработка и внедрение адресации версии IPv6, которая использует для адресации 128 двоичных разрядов.
20. Адреса версии IPv6 представлены в виде 8 блоков по четыре шестнадцатеричных числа. Блоки разделяются двоеточием.
21. Формат адреса IPv6 можно представить в виде поля идентификатора интерфейса (младшие 64 бита, которые задают адрес узла) и полей префиксов подсети, сайта и провайдера (старшие 64 бита).
22. Основным протоколом автоматического назначения IP-адресов устройств является протокол динамического конфигурирования узлов DHCP.
|
|
|
