Разработка маски подсети постоянной длины

Министерство образования и науки Российской Федерации

Старооскольский технологический институт им. А.А. УГАРОВА

(филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

ОСКОЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

 

 

Компьютерные сети

Методические указания к домашнему заданию

По теме «Адресация в сетях»

 

специальности

230103 –«Автоматизированные системы обработки информации и управления»

 

Старый Оскол - 2012

 

Одобрены на заседании П(Ц)К специальностей 230103 Протокол №____________ от «____»________________2012г. Председатель П(Ц)К _______________________ Коренькова Т.Н.

«УТВЕРЖДАЮ» Зав. отделения __________________ Гладких Л.А. «____»______________2012г.

 

Составитель:

Волокитина Ю.А., преподаватель спец. дисциплин специальности 230103, ОПК

Рецензенты:

Спицына О. И. – преподаватель дисциплин специальности 230103

Жеребцова О.П. – зам. директора по УР ГОУ СПО СИТ

 

ВВЕДЕНИЕ

Обширная коллекция сетевых протоколов и служб, называемая TCP/IP, включает намного больше, чем просто сочетание двух основных протоколов, давших ей имя. Тем не менее, эти протоколы заслуживают первоначального представления: протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP) обеспечивает надежную доставку сообщений произвольного размера и определяет сложный механизм доставки для всех видов данных в сети; протокол Internet (Internet Protocol, IP) организует маршрутизацию сетевых передач от отправителя к получателю, отвечает за сетевые и компь­ютерные адреса и выполняет множество других функций. Вместе взятые, эти два протокола передают значительную часть данных, циркулирующих в сети Internet, хотя представляют собой лишь крошечную долю от всей сово­купности протоколов TCP/IP.

Чтобы лучше осознать значимость TCP/IP, следует отметить, что любой человек, поль­зующийся сетью Internet, должен использовать TCP/IP, поскольку, и это не бу­дет преувеличением, Internet функционирует на основе TCP/IP. Корни этой совокупности протоколов уходят в достаточно далекое прошлое, как и сами компьютерные технологии, а именно — в 1969 год. Знание истоков TCP/IP и мотивации ее разработки может улучшить понимание этой важнейшей сово­купности протоколов (часто называемой набором протоколов). Поэтому в данном методическом пособии будут рассмотрены основные моменты касающиеся адресации в TCP/IP.

 

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ.

1. получить представление об истоках, истории и задачах TCP/IP;

2. ориентироваться в сетевой модели взаимодействия открытых систем, часто используемой для характеристики сетевых протоколов и служб, и знать, как она соотносится с внутренней сетевой моделью TCP/IP;

3. дать определения сопутствующим терминам и объяснить, как идентифицируются протоколы, каналы и порты TCP/IP;

4. объяснить процесс создания, обсуждения и оформления (в случаях, когда это уместно) стандартов TCP/IP и других документов, именуемых Requests for Comments (RFC);

5. получить представление и применять базовые способы и принципы, лежащие в основе анализа сетевых протоколов.

6. разобраться в вопросах, связанных с IP-адресацией, конструкциями и структурами, а также адресами с точки зрения компьютера;

7. различать и характеризовать различные классы адресов от А до Е и объяснять, как они формируются и применяются;

8. осознавать природу ограничений IP-адресов и механизм их смягчения с помощью таких методик, как бесклассовая междоменная маршрутизация и преобразование сетевых адресов;

9. определять значения терминов "подсеть" и "суперсеть" и четко представлять, как работают суперсети и подсети, для решения специфических проблем разработки сетей;

10. разбираться в вопросах присвоения, приобретения и правильного применения частных и общедоступных Internet-адресов;

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Основные термины

ASIC (Application Specific Integrated Circuit, специализированная интеграль­ная схема) — специальная разновидность интегральной схемы. ASIC обеспечивает способ реализации определенной программной логики не­посредственно в микросхеме, в результате чего эта логика при обработке данных выполняется настолько быстро, насколько это возможно. Имен­но ASIC предоставляют высокоскоростным и высокообъемным маршру­тизаторам возможность выполнения сложных функций опознавания и управления адресами, которые соответствуют объемам данных и потреб­ностям в быстрой обработке.

CIDR (Classless Inter-Domain Routing, бесклассовая междоменная маршрути­зация) — разновидность маскирования подсетей, при которой упраздня­ется четкая дифференциация между сетевой и хостовой частью адреса по границам октета; вместо этого используется префиксная нотация /n, где n обозначает количество разрядов в сетевой части данного адреса.

IANA (Internet Assigned Numbers Authority, Агентство по выделению имен и уникальных параметров протоколов Internet) — подразделение Общества Internet (ISOC), ранее ответственное за регистрацию доменных имен и распределение общедоступных IP-адресов. Теперь эта функция выполня­ется агентством ICANN.

IPSec, или IP Sec (IP Security, IP-защита) — спецификация безопасности, обеспечивающая поддержку различных форм шифрования и аутентифи­кации, распределения ключей и сопутствующих функций. Факультатив­ный компонент IPv4, и обязательный — в IPv6.

IP-перенумерация (IP renumdering) — процесс замены одного набора число­вых IP-адресов на другой набор таких адресов из-за смены поставщика услуг или перераспределения адресов.

IP-шлюз (IP gateway) — в терминологии TCP/IP так называется маршрути­затор, обеспечивающий доступ к ресурсам за пределами локального сете­вого адреса подсети. (Шлюзом по умолчанию называется клиентская конфигурационная запись TCP/IP, определяющая маршрутизатор, кото­рый клиент должен использовать для отправки данных за пределы ло­кальной подсети.)

ISP (Internet Service Provider, поставщик доступа в сеть Internet) — компа­ния, чьей основной специализацией является предоставление доступа в Internet частным лицам и организациям. В настоящее время именно поставщики доступа в Internet, в основном, осуществляют выделение обще­доступных IP-адресов.

loopback (петля) — адрес, указывающий на отправителя. В IPv4 домен класса А 127.0.0.0 (или 127.0.0.1 для конкретного машинного адреса) зарезерви­рован для выполнения возвратных петель. В протоколе IPv6 существует единственный возвратный адрес, обозначаемый как "::1" (все нули, кроме последнего разряда, в котором ставится единица). Пропуская трафик че­рез стек TCP/IP в обоих направлениях, возвратный адрес используется для тестирования программного обеспечения TCP/IP.

МАС-адрес (адрес управления доступом к среде) — специальный тип сете­вого адреса, управляемый подуровнем Канального уровня, в обычной си­туации заранее устанавливаемый для всех интерфейсов для их уникаль­ной идентификации в любом сегменте сетевого кабеля (или виртуальном факсе). Организация ICANN контролирует присвоение производителями идентификаторов, обеспечивая уникальность таких адресов. Когда IP-фреймы передаются от одного интерфейса другому, адреса МАС-уровня отправителя и получателя применяются для воздействия на передачу.

МАС-уровень (Media Access Control layer, MAC layer) — подуровень Канального уровня. Является частью определения управления доступом к среде, в кото­ром действуют методы сетевого доступа, такие как Ethernet и Token Ring.

OUI (Organizationally Unique Identifier, организационно уникальный иден­тификатор) — уникальный идентификатор, присваиваемый организация­ми IANA или ICANN, занимающий первые три байта МАС-адреса сете­вой интерфейсной платы и идентифицирующий ее производителя.

QoS (Quality of Service, качество обслуживания) — специальный уровень га­рантии работы служб, связанный с протоколами Прикладного уровня, при котором временные требования для данных (например, голоса или видео) предполагают специальные нормы контроля задержки при достав­ке видимых или слышимых потоков данных.

Альтернативный адрес (anycast address) — новый тип адресов, реализованный в протоколе IPv6; альтернативным называется обычный адрес, который может присваиваться несколькими хостам или интерфейсам. Пакеты, на­правленные на альтернативный адрес, доставляются ближайшему (в по­казателях расстояния маршрутизации) к отправителю обладателю этого адреса. В протоколе IPv4 альтернативные адреса отсутствуют.

Атака (attack) — попытка проникновения в систему или сеть, подрыва ее защиты или блокировка доступа в нее.

Безопасное сквозное соединение (cecure end-to-end connection) — сетевое со­единение, при котором исходные отправляющий и принимающий IP-адреса неизменны, а связь между отправителем и получателем сохраняется все время, пока соединение остается активным.

Брандмауэр (firewall) — сетевое пограничное устройство, размещаемое между общедоступной и частной сторонами сети; обеспечивает множество служб фильтрации и проверки, гарантируя наличие только санкциониро­ванного входящего и исходящего трафика (термин позаимствован от обо­значения устройства, предназначенного специально для блокировки рас­пространения огня в домах и автомобилях).

Групповой адрес (multicast address) — один из группы адресов, зарезервиро­ванных для отсылки одного сообщения множеству интерфейсов или уз­лов. Члены групп по интересам подписываются на групповые адреса, чтобы получать обновления маршрутов, потоковые данные (видео-, ау­дио-, телеконференции) и другую информацию. В протоколе IPv4 для широковещания зарезервирована группа адресов класса D. В протоколе IPv6 все групповые адреса начинаются с 0xFF. Контролирует эти адреса Организация по присвоению имен и номеров в сети Internet (ICANN) при поддержке Агентства по выделению имен и уникальных параметров протоколов Internet (IANA).

Доменное имя (domain name) — символическое имя сетевого ресурса TCP/IP; Служба доменных имен (Domain Name System, DNS) преобразу­ет такие имена в числовые IP-адреса, обеспечивая корректную адресацию исходящего трафика. Управление доменными именами осуществляется несколькими частными и государственными организациями по всему миру.

Коммутатор Сетевого уровня (layer-3 switch) — специальное сетевое устрой­ство, сочетающее функции управления сетью, концентратора и маршру­тизатора. Позволяет создавать и управлять множеством виртуальных под­сетей в пределах одного устройства, обеспечивая чрезвычайно высокую пропускную способность при отдельных соединениях между парами уст­ройств, подсоединенных к нему.

Концентрация (группирование) маршрутов (route aggregation) — разновид­ность анализа IP-адресов, позволяющая маршрутизаторам демонстриро­вать общую заинтересованность определенным сетевым префиксом, представляющим "общую часть" ряда сетевых IP-адресов. В результате уменьшается общее число позиций в отдельных таблицах маршрутиза­ции.

Маска подсети (subnet mask) — специальная битовая комбинация, маски­рующая сетевую часть IP-адресов единицами.

Маскирование подсетей маской постоянной длины (Constant-length subnet masking, CLSM) — схема организации подсетей IP, при которой все под­сети используют одну и ту же маску, которая, таким образом, разделяет фрагментированное адресное пространство на определенное количество равновеликих подсетей.

Маскирование подсети маской переменной длины (Variable-Length Subnet Masking, VLSM) — схема организации подсети для IP-адресов, делающая возможным определение для сетевого префикса контейнеров разных раз­меров. Наибольшая подсеть определяет максимальный размер контейне­ра, и каждый отдельный контейнер в данном адресном пространстве мо­жет быть подразделен на еще более мелкие подконтейнеры (иногда называемые под-подсетями).

Обратное посредничество (reverse proxying) — методика, посредством кото­рой прокси-сервер представляет внутренний сетевой ресурс (к примеру, Web-, FTP- или почтовый сервер) таким образом, как будто он размеща­ется на этом прокси-сервере; в результате внешние клиенты получают доступ к внутренним сетевым ресурсам, не имея возможности узнать структуру IP-адресов внутренней сети.

Общедоступный IP-адрес (public IP address) — любой адрес TCP/IP, выде­ленный организациями IANA, ICANN или поставщиком доступа к сети Internet для эксклюзивного использования определенной организацией.

Октет (octet) — обозначение 8-битного числа в терминологии TCP/IP; чи­словые адреса протокола IPv4 состоят из четырех октетов.

Организация подсетей (subnetting) — применение разрядов, захваченных из хостовой части IP-адреса, для расширения и подразделения адресного пространства сетевой части диапазона IP-адресов.

Организация суперсетей (supernetting) — методика захвата разрядов из сете­вой части IP-адреса и их передачи хостовой части; в результате создается более обширное адресное пространство для ведущих адресов.

Преобразование сетевых адресов (Network Address Translation, NAT) — спе­циальное сетевое программное обеспечение, управляющее сетевыми со­единениями от имени множества клиентов во внутренней сети и заме­няющее исходные адреса во всем исходящем трафике на адрес внешнего сетевого интерфейса. Программное обеспечение NAT также заведует пе­ресылкой ответов на исходящий трафик исходным отправителям. Часто применяется для обеспечения клиентам, пользующимся частными IP-адресами, доступа к сети Internet.

Прокси-сервер (proxy server) — специальный тип сетевой пограничной служ­бы, помещаемой между внешними и внутренними сетевыми адресами. От имени внутренних клиентов прокси-сервер устанавливает соединение с внешними ресурсами и выполняет имитацию адресов. Для внешних клиентов из общедоступной сети Internet прокси-сервер представляет внутренние ресурсы таким образом, как будто они размещаются на нем самом.

Расширенный сетевой префикс (extended network prefix) — часть IP-адреса, выражающая сумму сетевой части адреса и количества разрядов, применяемых для организации подсети этого сетевого адреса. Адрес класса В с 3-битной схемой подсети должен иметь расширенный сетевой префикс /19 — 16 бит на сетевую часть по умолчанию и 3 бита на часть подсети адреса, которому соответствует маска подсети 255.255.224.0.

Сетевая часть (network portion) — разряды или октеты, расположенные в левой части числового IP-адреса и идентифицирующие его сетевую и подсетевую части. Значение, присваиваемое числу префикса, определяет количество разрядов в сетевой части любого IP-адреса. (К примеру, 10.0.0.0/8 указывает на то, что первые восемь разрядов адреса относятся к сетевой части общедоступного IP-адреса класса А.)

Сетевой адрес (network address) — часть IP-адреса, содержащая сетевой пре­фикс этого адреса; расширенный сетевой префикс также включает все разряды подсети. Все разряды, относящиеся к расширенному сетевому префиксу, отображаются в виде единиц в соответствующей маске подсети данной сети.

Сетевой префикс (network prefix) — часть IP-адреса, соответствующая сете­вой части адреса; к примеру, сетевой префикс для адреса класса В — /16 (это значит, что первые 16 разрядов представляют собой сетевую часть адреса, а соответствующая маска подсети по умолчанию — 255.255.0.0).

Символическое имя (symbolic name) — имя ресурса сети Internet, удобное для человеческого восприятия, такое как www.course.com или msnnews.microsoft.com. Кроме того, это имя, представляющее устройство вместо адреса. К примеру, serv1 может послужить символическим именем для устройства с IP-адресом 10.2.10.2.

Служба доменных имен (Domain Name System, DNS) — протокол и служба Прикладного уровня TCP/IP, управляющие распределенной по всей сети Internet базой данных символических доменных имен и числовых IP-адресов; в результате их действия каждый пользователь может запросить ресурс по имени, и это имя будет преобразовано в соответствующий чи­словой IP-адрес.

Суммированный адрес (summary address) — специальный сетевой IP-адрес, идентифицирующий "общую часть" ряда сетевых IP-адресов, применяе­мый при концентрации маршрутов. Этот подход ускоряет маршрутиза­цию и уменьшает число позиций в таблицах маршрутизации.

Точечное десятичное представление — название формата обозначения число­вых IP-адресов, таких как 172.16.1.7, в котором четыре числа разделяются точками.

Транзит (hop) — отдельная передача данных из одной сети в другую через какое-либо сетевое устройство. Часто транзитами называются передачи от маршрутизатора к маршрутизатору. Исходя из количества транзитов, часто производится примерное измерение расстояния между сетями отправителя и получателя. Число транзитов из сети источника в сеть на­значения определяется количеством маршрутизаторов, через которое должен пройти (или проходит) пакет.

Физический числовой адрес (physical numeric address) — синоним адреса управления доступом к среде (МАС-адреса).

Хостовая часть (host portion) — крайние правые разряды IP-адреса, предна­значенные для идентификации хостов в суперсети, сети или подсети.

Частный IP-адрес (private IP address) — любой IP-адрес класса А, В или С, зарезервированный агентством IANA для частного применения, докумен­тированный в RFC 1918 и предназначенный для неконтролируемого ис­пользования в организациях. Поскольку нет гарантии, что такие адреса являются уникальными, их маршрутизация в сети Internet невозможна.

Числовой IP-адрес — IP-адрес, выраженный в точечном десятичном или двоичном представлении.

Числовой адрес (numeric address) — см. Числовой IP-адрес.

Широковещательный адрес (brodcast address) — адрес сети или подсети, со­стоящий из одних единиц; позволяет отправить одну и ту же информа­цию всем интерфейсам данной сети.

 

IP-АДРЕСАЦИЯ.

 

Люди предпочитают символические имена (symbolic names): к примеру, мы полагаем, что легче запомнить строку, такую как www.course.com, чем число­вой адрес (numeric address) вроде 199.95.72.8. Однако компьютеры "думают" по-другому. Они имеют дело с сетевыми адресами (network addresses) в фор­ме битовых комбинаций, которые преобразуются в десятичные числа. Таким образом, то, что мы в десятичной системе счисления выражаем в виде 199.95.72.8, компьютер "понимает" как 1100011101011110100100000001000.

Это обстоятельство помогает объяснить, почему протокол IP использует следующую, состоящую из трех разновидностей, схему адресации.

□ Символическая. Содержит имена, принимающие специфическую форму, например support.dell.com или mercury.kherson.ua. Когда это случается, такие имена называются доменными (domain names). Чтобы быть действи­тельным, любое доменное имя должно соответствовать хотя бы одному уникальному числовому IP-адресу (numeric IP address). Однако доменные имена лишь указывают на числовые адреса, и неэквивалентны им. Тем не менее, чрезвычайная важность доменных имен определяется тем, что большинство пользователей запоминают и отождествляют их с отдель­
ными хостами в сети Internet (и в своих собственных сетях). Намного бо­лее подробно доменные имена рассматриваются в главе 7. Из ее содержа­ния вы узнаете о службе доменных имен (Domain Name System, DNS) и о связанных протоколах и службах, обеспечивающих возможность преобра­
зования символических доменных имен и числовых IP-адресов. "

□ Логическая числовая. Представляет собой набор из четырех чисел, разделенных точками, например— 172.16.1.10. Каждое из этих чисел должно быть меньше 256 в десятичной системе, чтобы его можно было предста­вить в виде восьми двоичных разрядов, или битов. Таким образом, каж­
дое число должно находиться в диапазоне от 0 до 255; эти пограничные числа являются низшим и высшим значениями, которые можно предста­вить в 8-битной строке. Вероятно, вы привыкли называть такие 8-битные числа байтами, однако сообщество TCP/IP предпочитает именовать их октетами (octets) (что одно и то же). Содержание этой главы по большей части посвящено тому, как читать, истолковывать, классифицировать, применять и управлять этими логическими числовыми адресами.

Кроме того, важно усвоить, что числовые IP-адреса (именно так большин­ство людей называют эти четверки чисел, разделенные точками) — это логические сетевые адреса. Каждый числовой IP-адрес действует на Сете­вом уровне сетевой эталонной модели ISO/OSI (или, если хотите, на Меж­сетевом уровне модели TCP/IP), и задача его состоит в присвоении уни­кального набора чисел каждому без исключения сетевому интерфейсу данной сети (и в масштабах Internet для всех машин, видимых в этой сети).

Для описания этого вида IP-адресов числовые IP-адреса применяют то, что формально называется точечным десятичным представлением (dotted deci­mal notation), состоящим из четырех чисел, разделенных точками.

Физическая числовая (аппаратная). Представляет собой 6-байтный число­вой адрес, которым производители сетевых интерфейсов маркируют программно-аппаратные средства (на кристаллах). Три первых байта (называемые организационно уникальным идентификатором — organiza­tionally unique identifier, OUI) идентифицируют производителя любого применяемого интерфейса, а три заключительных байта обеспечивают другой уникальный числовой идентификатор, благодаря которому каждый интерфейс в сети обладает уникальным физическим числовым адресом.

Физический числовой адрес (physical numeric address) действует на подуров­не Канального уровня сетевой эталонной модели OSI, называемом уров­нем управления доступом к среде (Media Access Control, MAC). По этой причине он также известен под именем адреса уровня управления досту­пом к среде или МАС-адресом. И хотя такое объяснение совсем не ис­черпывающе, задача подуровня управления логическим соединением (Logical Link Control, LLC) программного обеспечения (обычно уровня драйверов) Канального уровня состоит в том, чтобы предоставить сете­вому интерфейсу возможность установления двухточечного соединения с другим сетевым интерфейсом на одном сегменте кабеля. Протокол ARP (Address Resolution Protocol, протокол разрешения адресов) нужен для того, чтобы давать компьютерам возможность преобразовывать числовые IP-адреса в МАС-адреса, а протокол RARP (Reverse Address Resolution Protocol, протокол определения адреса по местоположению), напротив, используется для преобразования МАС-адресов в IP-адреса.

Как бы то ни было, в последующей части мы сосредоточимся на числовых IP-адресах. Важно запомнить, что IP-адреса ссылаются на доменные имена, тем самым позволяя пользователям идентифицировать ресурсы сети и полу­чать к ним доступ. Кроме того, необходимо отдавать себе отчет в том, что при непосредственном совершении каждой сетевой передачи IP-адреса пре­образуются в МАС-адреса, чтобы один сетевой интерфейс можно было идентифицировать как отправителя (sender), а другой — как получателя (receiver).

Имея в виду уровневую природу сетевых моделей, имеет смысл связать МАС-адреса с Канальным уровнем эталонной модели (или Уровнем доступа к сети— Network Access layer— модели TCP/IP, если вы предпочитаете мыслить ее категориями), а IP-адреса — с ее Сетевым уровнем (или Межсе­тевым уровнем TCP/IP). На Канальном уровне один сетевой интерфейс ор­ганизует передачу фреймов от себя к другому сетевому интерфейсу, так что все передачи проходят в одной физической или локальной сети.

Однако групповые адреса также могут пригодиться, когда класс устройств, таких как маршрутизаторы (routers), должен обновляться одними и теми же данными с определенной периодичностью. Именно поэтому, как указывается в главе 10, посвященной маршрутизации, некоторые протоколы маршрути­зации применяют групповые адреса для передачи обновлений таблицы маршрутизации. Хотя время от времени вы сможете наблюдать в сети адреса класса D, адреса класса Е появятся только в том случае, если в вашей сети проводятся эксперименты или разработка, связанная с протоколом IP. Дело в том, что адреса класса Е зарезервированы только для экспериментального использования.

 

IP-АДРЕС

Каждый IP-адрес состоит из двух частей — идентификатора сети (network ID) и идентификатора узла (host ID). Первый определяет физи­ческую сеть. Он одинаков для всех узлов в одной сети и уникален для каждой из сетей, включенных в объединённую сеть.

Идентификатор узла соответствует конкретной рабочей станции, сер­веру, маршрутизатору или другому TCP/IP-узлу в данной сети. Он дол­жен иметь уникальное значение в данной сети. Каждый узел TCP/IP од­нозначно определяется по своему логическому IP-адресу. Такой адрес необходим всем сетевым компонентам, взаимодействующим по TCP/IP.

 

Идентификаторы сетей и узлов

IP-адрес может быть записан в двух форматах — двоичном (binary) и деся­тично-точечном (dotted decimal). Каждый IP-адрес имеет длину 32 бита и состоит из четырёх 8-битных полей, называемых октетами (octets), ко­торые отделяются друг от друга точками. Каждый октет представляет де­сятичное число в диапазоне от 0 до 255. Эти 32 разряда IP-адреса содер­жат идентификатор сети и узла.

Формат записи адреса в виде четырех десятичных чисел, разделен­ных точками, наиболее удобен для восприятия. Далее показаны различные формы записи IP-адреса.

Двоичный формат Десятично-точечный формат

10000011 01101011 00000011 00011000 131.107.3.24

пример: 131.107.3.24

Элементарная двоичная арифметика

Работать с IP-адресами, особенно в подсетях и суперсетях (речь о которых пойдет далее ), становится намного проще при наличии базовых представлений о двоичной арифметике. Чтобы освоить представленный в этом задании материал, вы должны изучить:

□ Преобразование из двоичной системы счисления в десятичную.

□ Преобразование из десятичной системы счисления в двоичную.

□ Таблицу соответствия десятичных и 8-битных двоичных чисел с последовательной установкой в единицу их старших разрядов начиная со старшего.

□ Таблицу соответствия десятичных и 8-битных двоичных чисел с последовательной установкой в единицу их младших разрядов начиная с младшего.

Прежде чем начать разбираться в этих вопросах, нужно усвоить еще одну очевидную аномалию, иначе двоичные вычисления не будут иметь смысла. Она лучше всего иллюстрируется на простом примере решения следующей задачи: "Сколько значений лежат между 0 и 3 (в двоичной системе — между

0 и 11)?" Ответ подсчитывается вычитанием меньшего значения из большего, и прибавлением единицы. Таким образом, 3 — 0 = 3 + 1 = 4. В качестве доказательства перечислим двоичные разряды от нуля до трех следующим образом (цифры в скобках означают десятичные эквиваленты): 00 (0),

1 (1), 10 (2), И (3). В списке присутствуют четыре цифры, так что наша формула справедлива! Другая очевидная аномалия заключается в том, что любое число, возведенное в нулевую степень, всегда равняется единице.

(Это обстоятельство вам пригодится при преобразовании экспоненциаль­ного представления двоичных чисел.)

Преобразование

из десятичной системы в двоичную

Это чрезвычайно просто, если мыслить математически. Здесь предлагается два подхода — на случай, если первый покажется вам слишком сложным. Первый подход хорош тем, что действителен для любого числа, от мала до велика. Просто разделите число на два, запишите остаток (который должен равняться либо 0, либо 1), затем запишите делимое, и повторяйте операцию, пока делимое не сравняется с нулем.

Рассмотрим пример преобразования десятичного числа 125 в двоичное представление:

125 делить на 2 равно 62, остаток 1

62 делить на 2 равно 31, остаток О

31 делить на 2 равно 15, остаток 1

15 делить на 2 равно 7,. остаток 1

7 делить на 2 равно 3, остаток 1

3 делить на 2 равно 1, остаток 1

1 делить на 2 равно 0, остаток 1

Чтобы представить двоичное число, соответствующее 125, нужно записать все остатки в обратном порядке, начиная с последнего: 1111101. Теперь про­ведем проверку. Экспоненциальное разложение числа 1111101 представляется как 1 х 2⁶ + 1 х 2⁵ + 1 х 2⁴ + 1 х 2³ + 1 х 2² + 0 х 2¹ + 1 х 2° (1111101).

Альтернативный подход к преобразованию состоит в применении ступенча­той функции, как ее называют математики. Он основывается на знании де­сятичных значений двойки, возведенной в различные степени, и осуществ­лении действий, напоминающих первый подход. Но здесь каждое число должно располагаться между ближайшими степенями двойки, одна из кото­рых больше или равна данному числу, а другая — меньше или равна ему. Например, для нашего случая:

125 меньше 128 (2¹) и больше 64 (2⁶)

125 минус 64 равно 61

61 меньше 64 (2⁶) и больше 32 (2⁵)

61 минус 32 равно 29

29 меньше 32 (2⁵) и больше 16 (2⁴)

29 минус 16 равно 13

13 меньше 16 (2⁴) и больше 8 (2³)

13 минус 8 равно 5

5 меньше 8 (2³) и больше 4 (2²) 5 минус 4 равно 1

Обратите внимание, что хотя здесь есть записи для 2⁶, 2⁵, 2⁴, 2³, 2² и 2°, отсутствует запись для 2¹, а это говорит о том, что значение этого послед­него выражения при преобразовании в двоичную форму равняется нулю (любое число, вычитаемое из предыдущего результата, дает единицу для со­ответствующей степени двойки; отсутствующее число дает ноль). Едини­ца — всегда единица, даже в двоичной форме. Таким образом, 125 = 1 х 2⁶ + + 1 х 2⁵ + 1 х 2⁴ + 1 х 2³ + 1 х 2² + 0 х 2¹ + 1 х 2⁰. Для получения двоичного значения прочтите множители слева направо, и получите 1111101.

Для усвоения обоих методов вам следует потренироваться в преобразовании других чисел. (Эта тема будет отражена в контрольных вопросах в конце этой главы.)

Преобразование из двоичной системы в десятичную

Нет ничего проще, если знаешь значения степени двойки. Выполните сле­дующие шаги, для примера проведя преобразование числа 11011011:

1. Определите общее количество разрядов в числе (в 11011011 их восемь).

2. Вычтите из результата единицу (8 - 1 = 7). Получится показатель степе­
ни двойки, связываемый с наивысшим порядком числа в экспоненци­
альном представлении.

3. Преобразуйте число в экспоненциальное представление, оперируя всеми

разрядами как множителями.

Таким образом, 11011011 в этой форме будет выглядеть следующим образом:

11011011 = 1х2⁷+1х2⁶+0х2⁵+1х2⁴+1х2³+0х2²+1х2¹+ 1x2° = = 128 + 64 + 0 + 16 + 8 + 0 + 2 + 1 = 219

Чтобы окончательно усвоить этот метод, потренируйтесь в преобразовании

других чисел.

Старшие битовые комбинации

Иногда мы имеем дело с двоичными числами, имеющими последовательно расположенные единицы в старших разрядах 8-битных чисел, начиная с первого старшего разряда. (Первые разряды, расположенные слева, называ­ются самыми старшими, поскольку они представляют наивысшие числовые значения.) Представим таблицу соответствия подобных 8-битных двоичных чисел и десятичных чисел в которой, для вас наиболее интересными будут битовые комбинации со второй по шестую:

Постарайтесь запомнить эти соответствия, и вы будете хорошо подготовле­ны к решению проблем, связанных с маскированием подсетей, которые рассматриваются далее.

Младшие битовые комбинации

Теперь мы переставим предыдущий пример "с ног на голову" и начнем за­полнение единичными значениями позиций двоичных разрядов в 8-битных числах справа налево, т. е. начиная с младшего разряда, добавляя единицы по мере приращения. Обратите внимание, что каждое из этих чисел равня­ется двойке, возведенной в степень, равную количеству видимых бит, минус единица. Если вы запомните значения степеней двойки от одного до вось­ми, то сможете мгновенно подсчитывать эту таблицу в уме!

Запомнив эти числа или научившись их подсчитывать, вы подготовитесь к решению проблем, связанных с маскированием подсетей. Как и в случае с масками под­сети, редко случается иметь дело с масками суперсетей, состоящими более чем из 4—6 бит, однако при необходимости эти числа легко подсчитать, и вы должны уметь это делать.

 

Преобразование IP-адреса из двоичного формата в десятичный

 

Вы должны уметь определять значения битов в октетах и преобразовы­вать их в десятичные числа. В двоичном формате каждому биту в октете сопоставлено определенное десятичное число. Максимальное десятичное значение октета равно 255 (участвует каждый бит). Каждый октет преоб­разуются в число отдельно от других.

Бит, установленный в 0, всегда соответствует нулевому значению. Бит, установленный в 1, может быть преобразован в десятичное число. Млад­ший бит октета представляет десятичное число 1, а старший — 128. Мак­симальное значение октета достигается, когда каждый его бит равен 1.

 

В следующей таблице показано, как биты одного октета преобразу­ются в десятичное число.

Двоичная запись	Значения бит	Десятичное число
00000000 00000001
	1+2
	1+2+4
	1+2+4+8
	1+2+4+8+16
	1+2+4+8+16+32
	1+2+4+8+16+32+64 1+2+4+8+16+32+64+128

УПРАЖНЕНИЯ

В этом упражнении Вам предстоит преобразовать двоичную запись в десятичное число и наоборот.

1. Переведите следующие двоичные числа в десятичные.
2. Двоичное значение Десятичное значение

10001011 ______________________________________________________

 

10101010______________________________________________________

 

10111111 11100000 00000111 10000001 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­_______________________________________________________________

 

01111111 00000000 00000000 00000001­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­____________________________

 

2. Переведите следующие десятичные числа в двоичные.

Десятичное значение Двоичное значение

250 ___________________________________________________________

 

19 ____________________________________________________________

109.128.255.254____________________________________________________________

 

131.107.2.89 ____________________________________________________________

Резюме

Каждый узел TCP/IP идентифицируется по логическому IP-адресу, а уни­кальный IP-адрес необходим каждому узлу и сетевому компоненту, ис­пользующим TCP/IP. IP-адрес, состоящий из идентификаторов сети и узла, имеет длину 32 бита и содержит четыре 8-битных поля (октета).

Классы IP-адресов

 

Каждый класс IP-адресов определяет, какая часть адреса отводится по, идентификатор сети, а какая — под идентификатор узла. На этом занятии Вы узнаете о различных классах IP-адресов

Изучив материал этого занятия, Вы сможете:

- определить идентификатор сети и узла в IP-адресе класса А, В или С;

- определить, к какому классу относится заданный IP-адрес.

 

Сообщество Интернета определило пять классов IP-адресов в соответствии с различными размерами компьютерных сетей. Microsoft TCP/IP поддерживает адреса классов А, В и С. Класс адреса определяет, какие бита относятся к идентификатору сети, а какие — к идентификатору узла. Также он определяет максимально возможное количество узлов в сети.

Класс IP-адреса идентифицируют по значению его первого октета 32-разрядные IP-адреса могут быть присвоены в общей совокупности 3 720 314 628 узлам. Ниже показано, как определяются поля в IP-адреса разных классов.

 

Класс IP-адрес Идентификатор сети Идентификатор узла

A w.x.y.z w x.y.z

В w.x.y.z wx y.z

С w.x.y.z w.x.y z

 

 

Класс А

 

Выраженные в двоичной системе (только единицы и нули), адреса класса А всегда принимают следующую форму:

Obbbbbbb.bbbbbbbb.bbbbbbbb.bbbbbbbb

В качестве первой цифры всегда выступает 0, а все остальные цифры (обозначенные в предыдущем примере символами b) могут быть либо нуля­ми, либо единицами. Обратите внимание, что эта схема сокращает общее количество возможных сетей, фиксируя самый старший разряд. Таким обра­зом, хотя 8-битное число может выражать десятеричное 255, требование о присутствии на первой позиции нуля ограничивает количество сетей, к ко­торым можно обращаться как к сетям класса А, до 128 (это диапазон от 00000000 до 01111111, где 0 считается числом, а максимальное разрешенное
значен

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: