Лекция по "Компьютерным сетям"

В tsp\ip есть ограничения при назначении ip  адресов, например номера сетей могут состоять из одних двоичных нулей или единиц , отсюда следует , что максимальное количество узлов 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, однако максимально  количество узлов не может превышать 254 т.к. 0 и 255 запрещены для адресации  сетевых интерфейсов. Некоторые  ip адреса интерпретируются особым образом:

1 –если ip адрес состоит только из 2-х нулей, то он называется не определенным 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.

2 – если в поле  номера сети стоят только нули, то по умолчанию считается, что узел назначения принадлежит той же сети что и отправил пакет.

3 – если все  2-е разряды ip адреса  равны 1, то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам находящимся в той же сети что и источник, такой адрес называется «ограниченным широковещательным».

4 – если в поле  адреса назначения в разрядах  соответствующих номеру узла  стоят только 1, то пакет имеющий  такой адрес рассылается всем  узлам в сети, номер которой  указан в адресе назначений. «широковещательный» broadcast.

Особый смысл имеет  ip адрес, первый октет которого равен 127.

Этот адрес является внутренним адресом стека протоколов компьютера.

В ip сети запрещено присваивать сетевым интерфейсам ip адреса начинающиеся со значения 127.

Когда программа  посылает данные по ip адресу 127.х.х.х. то данные не передаются в сеть , а возвращаются модулям верхнего уровня того же компьютера как только приняты.

Маршрут перемещения  данных образует петлю, поэтому этот адрес называют адресом обратной петли  loopback.

Использование масок при ip адресации

Снабжая каждый ip  адрес маской, можно отказаться от понятий классов адресов и сделать более гибкой систему адресации.

Для А 121.1.1.1. =255.0.0.0.  

Порядок назначение Ip-адресов

По определению  схема IP-адресации должна обеспечивать 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.

Назначение  адресов автономной сети.

Когда дело касается сети, являющейся частью Интернета, уникальностью  нумерации может быть обеспечена только усилиями специально созданных  для этого центральных органов.

 В небольшой  же автономной ip -сети условие уникальности номеров сетей и узлов может быть выполнено силами сетевого администратора.

В этом случае в распоряжении администратора имеется все адресное пространство, так как совпадение ip-адресов в не связанных между собой сетях не вызовет никаких отрицательных последствий. Администратор может выбирать адреса произвольным образом, соблюдая лишь синтаксические правила и учитывая ограничения на особые адреса.

Однако при таком  подходе исключена возможность  в будущем подсоединить данную сеть к интернету. Действительно, произвольно  выбранные адреса данной сети могут  совпасть с централизовано назначенными адресами Интернета. Для того 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)

Эти адреса, исключенные  из множества централизованно распределяемых, составляют огромное адресное пространство, достаточное для нумерации узлов  автономных сетей практически любых  размеров. Заметим также, что частные  адреса, как и при произвольном выборе адресов, в разных автономных сетях могут совпадать. В то же время использование частных  адресов для адресации автономных сетей делает возможным корректное подключение их к Интернету. Применяемые  при этом специальные технологии подключения исключают коллизии адресов.

Централизованное  распределение адресов

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). Эта организация координирует работу региональных отделав, деятельность которых охватывает большие географические площади: ARIN –Америка, RIPE- Европа, APNIC- Азия и Тихоокеанский регион. Региональные отделы выделяют блоки адресов сетей крупным поставщикам услуг, а те, в свою очередь, распределяют их между своими клиентами, среди которых могут быть и более мелкие поставщики.

Проблемой централизованного  распределения адресов является их дефицит. Уже сравнительно давно  очень трудно получить адрес класса В и практически невозможно стать  обладателем адреса класса А. При  этом надо отметить, что дефицит  обусловлен не только ростом сетей, но и  тем, что имеющиеся адресное пространство используется нерационально. Очень часто владельцы сетей  класса С расходуют лишь небольшую  часть из имеющихся у них 254 адресов.  Рассмотрим пример, когда две сети необходимо соединить глобальной связью. В таких случаях в качестве линии связи используют два маршрутизаторы, соединенных по двухточечной схеме. Для вырожденной сети, образованной линией связи, связывающей порты  двух смежных маршрутизаторов, приходиться  выделять отдельный номер сети, хотя в этой сети всего два узла. 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 резко расширяется адресное пространство. Однако и текущая версия протокола IP(IPv4) поддерживает технологии, направленные на более экономное расходование IP- адресов, такие, например, как NAT и CIDR. 

 

Адресация и технология CIDR.

Технология бесклассовой междоменной маршрутизации, которая  описана в документах RFC 1517, RFC 1518, RFC 1519,RFC 1520 и о которой впервые было официально объявлено в 1993 году, позволяет центрам распределения адресов избежать выдачи абонентам излишних адресов.

Деление ip -адреса на номера сети и узла в технологии  CIDR происходит на основе маски переменной длины, назначаемой поставщиком услуг. Непременным условием применимых диапазонов адресов. Такие адреса имеют одинаковых префикс, то есть одинаковую цифровую последовательность в нескольких старших разрядах. Пусть в распоряжении некоторого поставщика услуг имеется непрерывное пространство ip-адресов в количестве 2н. Отсюда следует, что префикс имеет длину (32-н) разрядов. Оставшиеся n разрядов играют роль счетчика последовательных номеров. 

Когда потребитель  обращается к поставщику услуг с  просьбой о выделении ему некоторого числа адресов, то в имеющемся  пуле адресов «вырезается» непрерывная  область  s1,s2 или s3, в зависимости от требуемого количества адресов. При этом должны быть выполнены следующие условия:

• Количество адресов в выделяемой области должно быть равно степени двойки;
• Начальная граница выделяемого пула адресов должна быть кратна требуемому количеству узлов

Очевидно, что префикс  каждой из показанных на рисунке областей имеет собственную длину –  чем меньше количество адресов в  данной области, тем длиннее ее префикс. 

Пример.

Пусть поставщик  услуг  Интернет располагает  пулов адресов  в диапазоне  192.20.0.0-193.23.255.255.

Соответственно  префикс поставщика услуг имеет длину 14 разрядов 1100 0001.0001 01, или в другом виде 193.20/14.

Если  абоненту этого поставщика услуг требуется  совсем немного адресов, например 13, то поставщик  мог бы предложить ему различные  варианты: сеть 193.20.30.0/28, сеть  193.20.30.16/28 или  сеть 193.21.204.48/28. Во всем случаях в распоряжении абонента для нумерации  узлов имеются 4 младших  бита. Таким образом, наименьшее число, удовлетворяющее  потребностями абонента(13), которое можно  представить степенью двойки, является 16. Префикс для каждого  из выделяемых пулов  во всех этих случаях  играет роль номера сети, он имеет длину 32-4-28 разрядов.

Рассмотрим  другой вариант, когда  к поставщику услуг  обратился крупный  заказчик, сам, возможно, собирающийся оказывать  услуги по доступу  в Интернет. Ему  требуется блок адресов  в 400 узлов. На нумерацию  такого количества узлов  пойдет 12 двоичных разрядов, следовательно, размер  выделенного пула адресов оказывается  несколько больше требуемого – 4096.

Граница, с которой должен начинаться выделяемый участок, должна быть кратна размеру участка, то есть это могут  быть любые адреса из следующих: 193.20.0.0, 193.20.16.0, 193.20.32.0, 193.20.48.0 и другие числа  оканчивающиеся на 12 нулей. Пусть поставщик  услуг предложил  потребителю диапазон адресов 193.20.16-0. – 193.20.31.255. Для этого диапазона  агрегированный номер  сети (префикс) имеет  длину 20  двоичных разрядов и равен 193.20.16.0/20.

Благодаря CIDR поставщик услуг получает возможность «нарезать» блоки из выделенного ему адресного пространства в соответствии с действительными требованиями каждого клиента. Мы еще вернемся к технологии CIDR в главе, 16 чтобы обсудить, каким образом эта технология помогает не только экономно расходовать адреса, но и более эффективно осуществлять маршрутизацию.

Отображение ip-адресов на локальные адреса.

Одной из главных  задач, которая ставилась при  создании протокола ip, являлось обеспечение совместной согласованной работы в сети, состоящей из подсетей, в общем случае использующих разные сетевые технологии. Взаимодействие технологии ТСР/ИП с локальными технологиями подсетей происходит многократно при перемещении ип-пакета по составной сети. На каждом маршрутизаторе протокол ip определяем, какому следующему маршрутизатору в этой сети надо направить пакет. В результате решения этой задачи протоколу ip становится известен ip адрес интерфейса следующего маршрутизатора. Чтобы локальная технология сети смогла доставить пакет на следующий маршрутизатор, необходимо:

• Упаковать пакет в кадр соответствующего для данной сети формата.
• Снабдить данный кадр локальным адресом следующего маршрутизатора.

Решением этих задач, как уже отмечалось, занимается уровень  сетевых интерфейсов стека TCP/IP.

 

Литература:

 

1. Учебник Таненбаум 2003 Питер  «Компьютерные сети»  изд.4