Адресация в стеке протоколов TCP/IP

Лекция 7. Адресация в стеке протоколов TCP/IP

Структура стека протоколов TCP/IP
Типы адресов стека TCP/IP
Формат IP-адреса
Порядок назначения IP-адресов
Отображение IP-адресов на локальные адреса
Доменная служба имен DNS
Протокол DHCP

Основными задачами адресации являются следующие:
Согласованное использование адресов различного типа. Эта задача включает отображение адресов разных типов друг на друга, например сетевого IP-адреса на локальный, доменного имени — на 1Р-адрес.
Обеспечение уникальности адресов. В зависимости от типа адреса требуется обеспечивать однозначность адресации в пределах компьютера, подсети, корпоративной сети или Интернета.
Конфигурирование сетевых интерфейсов и сетевых приложений.

2

Структура стека протоколов TCP/IP

Идеологическим отличием архитектуры стека TCP/IP от многоуровневой архитектуры других стеков является интерпретация функций самого нижнего уровня — уровня сетевых интерфейсов

3

Любая коммуникационная среда, которая позволяет двум или более IP-узлам непосредственно взаимодействовать друг с другом без промежуточных маршрутизаторов, рассматривается протоколом IP как одна линия связи (Link), как если бы эти узлы были связаны отрезком кабеля. В простейшем случае такая коммуникационная среда может действительно представлять собой отдельную физическую линию связи с работающим на ней протоколом канального уровня, например Ethernet или РРР. Более сложным случаем является локальная сеть, построенная на коммутаторах. Но поскольку она также является доменом широковещания, то для протокола IP эта коммутируемая среда неотличима от физической линии связи

4

Задачу организации интерфейса между технологией TCP/IP и любой другой технологией промежуточной сети упрощенно можно свести к двум задачам:
упаковка (инкапсуляция) IP-пакета в единицу передаваемых данных промежуточной сети;
преобразование сетевых IP-адресов в адреса технологии данной промежуточной сети

5

В стеке TCP/IP за многие годы его существования образовалась устоявшаяся терминология в этой области

6

Типы адресов стека TCP/IP

Для идентификации сетевых интерфейсов используются три типа адресов:
локальные (аппаратные) адреса;
сетевые адреса (1Р-адреса);
символьные (доменные) имена

7

Сетевой адрес представляет собой набор чисел, например 192.45.66.17
Примером доменного имени может служить имя base2.sales.zil.ru

8

Между локальным адресом, доменным именем и IP-адресом, относящимся к одному и тому же сетевому интерфейсу, нет функциональной зависимости, поэтому единственный путь получить отображение адреса одного типа в адрес другого типа — это построить таблицу соответствия

9

Формат IP-адреса

Наиболее распространенная форма представления IP-адреса — запись в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме и разделенных точками, например:
128.10.2.30
Этот же адрес может быть представлен в двоичном формате:
10000000 00001010 00000010 00011110
В шестнадцатеричном формате тот же адрес имеет следующий вид:
80.0A.02.1D

10

Маска — это число, применяемое в паре с IP-адресом, причем двоичная запись маски содержит непрерывную последовательность единиц в тех разрядах, которые должны в IP-адресе интерпретироваться как номер сети. Граница между последовательностями единиц и нулей в маске соответствует границе между номером сети и номером узла в IP-адресе
Например, если маска, связываемая с некоторым IP-адресом, имеет вид 11111111111100000000000000000000, то номеру сети соответствуют 10 старших разрядов в двоичном представлении данного IP-адреса

11

Вводится пять классов адресов: А, В, С, D, Е. Три из них — А, В и С — предназначены для адресации сетей, а два — D и Е — имеют специальное назначение

12

Признаками, на основании которых IP-адрес относят к тому или иному классу, являются значения нескольких первых битов адреса

13

14

В TCP/IP существуют ограничения при назначении IP-адресов, а именно: номера сетей и номера узлов не могут состоять из одних двоичных нулей или единиц. Отсюда следует, что максимальное количество узлов, приведенное в слайде 14 для сетей каждого класса, должно быть уменьшено на 2
Например, в адресах класса С под номер узла отводится 8 бит, которые позволяют задать 256 номеров: от 0 до 255

15

Введя эти ограничения, разработчики технологии TCP/IP получили возможность расширить функциональность системы адресации следующим образом:
Если IP-адрес состоит только из двоичных нулей, то он называется неопределенным адресом и обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет. Адрес такого вида в особых случаях помещается в заголовок IP-пакета, в поле адреса отправителя.
Если в поле номера сети стоят только нули, то по умолчанию считается, что узел назначения принадлежит той же самой сети, что и узел, который отправил пакет. Такой адрес также может быть использован только в качестве адреса отправителя.
Если все двоичные разряды IP-адреса равны 1, то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета. Такой адрес называется ограниченным широковещательным (limited broadcast). Ограниченность в данном случае означает, что пакет не выйдет за границы данной подсети ни при каких условиях.
Если в поле адреса назначения в разрядах, соответствующих номеру узла, стоят только единицы, то пакет, имеющий такой адрес, рассылается всем узлам сети, номер которой указан в адресе назначения. Например, пакет с адресом 192.190.21.255 будет направлен всем узлам сети 192.190.21.0. Такой тип адреса называется широковещательным (broadcast).

16

Снабжая каждый IP-адрес маской, можно отказаться от понятий классов адресов и сделать систему адресации более гибкой.
Пусть, например, для IP-адреса 129.64.134.5 (0000001.01000000.10000110.00000101) указана маска 255.255.128.0 (11111111.11111111.10000000.00000000).
Если игнорировать маску и интерпретировать адрес 129.64.134.5 на основе классов, то номером сети является 129.64.0.0, а номером узла — 0.0.134.5 (поскольку адрес относится к классу В). Если же использовать маску, то 17 последовательных двоичных единиц в маске 255.255.128.0, «наложенные» на IP-адрес 129.64.134.5, делят его на две части:
номер сети: 10000001.01000000.1;
номер узла: 0000110.00000101

17

В десятичной форме записи номера сети и узла, дополненные нулями до 32 бит, выглядят соответственно как 129.64.128.0 и 0.0.6.5.
Наложение маски можно интерпретировать как выполнение операции логического умножения, называемой также операцией И (AND). Так, в данном примере номер сети является результатом операции
0000001.01000000.10000110.00000101 AND 11111111.11111111.10000000.00000000.
Помимо десятичной и двоичной формы представления маски используются и другие форматы.
Например, удобно записывать маску в шестнадцатеричном коде: FF.FF.00.00 — маска для адресов класса В. Еще чаще встречается запись с префиксом 185.23.44.206/26 — данная запись говорит о том, что маска для этого адреса содержит 26 единиц

18

19

Порядок назначения IP-адресов

По определению схема IP-адресации должна обеспечивать уникальность нумерации сетей, а также уникальность нумерации узлов в пределах каждой из сетей. Следовательно, процедуры назначения номеров как сетям, так и узлам сетей должны быть централизованными. Рекомендуемый порядок назначения IP-адресов дается в спецификации RFC 2050.

20

Чтобы избежать коллизий, связанных с такого рода совпадениями, в стандартах Интернета определено несколько диапазонов так называемых частных адресов, рекомендуемых для автономного использования:
в классе А — сеть 10.0.0.0;
в классе В — диапазон из 16 номеров сетей (172.16.0.0-172.31.0.0);
в классе С — диапазон из 255 сетей (192.168.0.0-192.168.255.0)

21

В больших сетях, подобных Интернету, уникальность сетевых адресов гарантируется централизованной иерархически организованной системой их распределения. Номер сети может быть назначен только по рекомендации специального подразделения Интернета. Главным органом регистрации глобальных адресов в Интернете с 1998 года является неправительственная некоммерческая организация ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers).

22

Для смягчения проблемы дефицита адресов разработчики стека TCP/IP предлагают разные подходы. Принципиальным решением является переход на новую версию протокола IP — протокол IPv6, в котором проблемы дефицита адресов не существует. Но и текущая версия протокола IP (IPv4) поддерживает технологии, направленные на более экономное расходование IP-адресов, такие, например, как NAT и CIDR

23

Технология бесклассовой междоменной маршрутизации (Classless Inter-Domain Routing, CIDR) основана на использовании масок для более гибкого распределения адресов и более эффективной маршрутизации. Она допускает произвольное разделение IP-адреса на поля для нумерации сети и узлов. При такой системе адресации клиенту может быть выдан пул адресов, более точно соответствующий его запросу, чем это происходит при адресации, основанной на классах адресов.

24