Адресация айпи: The OpenNet Project: .

Содержание

Сетевые технологии: IP-адреса, подсети и бесклассовая адресация CIDR

Данная статья ознакомит вас с методами проектирования сетей и взаимодействия с компьютерами, которые подключены к сети. В частности здесь рассматриваются сетевые классы, подсети и CIDR-нотация для группирования IP-адресов.

Каждое устройство или место в сети должно иметь свой адрес – некоторое обозначение в рамках предопределенной системы адресов, по которому к этому устройству/месту можно получить доступ. В стандартной модели TCP/IP адресация обрабатывается на нескольких сетевых уровнях. Обычно в контексте сетевых технологий под сетевым адресом подразумевают IP-адрес.

IP-адреса позволяют получать сетевые ресурсы через сетевой интерфейс. Если один компьютер хочет установить связь с другим компьютером, он может передать информацию на IP-адрес удаленного компьютера. Если два компьютера находятся в одной сети и если компьютеры и устройства между ними могут преобразовывать сетевые запросы, компьютеры должны иметь возможность установить соединение и отправлять информацию.

Каждый IP-адрес должен быть уникальным в рамках своей сети. Сети можно изолировать, а можно соединить их между собой и преобразовать, чтобы обеспечить доступ к различным сетям. Преобразование сетевых адресов – это система, которая позволяет переписывать адреса пакетов, достигнувших границы сети, и передать их в указанное место назначения. Таким образом, один IP-адрес можно использовать в нескольких изолированных средах.

Сегодня существует две версии протокола IP, которые широко применяются в системах. IPv4, четвёртая версия протокола, поддерживается большинством систем. Более новая версия, IPv6, набирает популярность благодаря улучшениям возможностей протокола и из-за нехватки доступных адресов IPv4 (проще говоря, сегодня в мире столько подключенных к сети устройств, что адресов IPv4 не хватает на всех).

Адреса IPv4 – 32-битные. Каждый байт, или 8-битовый сегмент адреса отделяется точкой и выражается числом в диапазоне 0-255. Несмотря на то, что эти числа обычно выражаются десятичным числом (чтобы упростить их восприятие), каждый сегмент называют октетом, чтобы выразить тот факт, что он представляет собой 8 бит.

Несмотря на некоторые отличия в функциональности IPv4 и IPv6, наиболее заметным их отличием является адресное пространство. IPv6 выражает адреса как 128-битное число. Это означает, что IPv6 имеет в 7,9×1028 раз больше адресов, чем IPv4.

Чтобы выразить этот расширенный диапазон адресов, IPv6 обычно записывается как восемь сегментов из четырех шестнадцатеричных чисел. Шестнадцатеричные числа выражаются числами от 0 до 15, а также числами a-f (для более высоких значений). Типичный адрес IPv6 может выглядеть примерно так:

Адреса IPv4 делятся на пять классов, предназначенных для дифференциации сегментов доступного адресного пространства IPv4. Они определяются первыми четырьмя битами каждого адреса. Вы можете определить, к какому классу принадлежит IP-адрес, просмотрев эти биты.

Адреса класса D зарезервированы для многоадресных протоколов, которые позволяют отправлять пакет группе нод в одной транзакции. Адреса класса E зарезервированы для будущих или экспериментальных целей и в основном не используются.

Адреса класса A использовали оставшуюся часть первого октета для представления сети, а остальная часть адреса использовалась для определения хостов. Такой адрес было удобно использовать для определения нескольких сетей с большим количеством хостов.

Адреса класса B использовали первые два октета (остаток от первого и весь второй) для определения сети, а остальные – для определения хостов в каждой сети. Адреса класса C использовали первые три октета для определения сети, а последний октет – для определения хостов в этой сети.

Изначально разделение IP-пространства на классы применялось как решение проблемы быстрого исчерпания адресов IPv4 (вы можете иметь несколько компьютеров с одним и тем же хостом, если они находятся в разных сетях). Сегодня существуют более современные решения.

Один из самых полезных зарезервированных диапазонов – это диапазон кольцевой проверки, определяемый адресами от 127.0.0.0 до 127.255.255.255. Этот диапазон используется каждым хостом для тестирования сети. Обычно он выражается первым адресом в этом диапазоне: 127. 0.0.1.

Каждый обычный класс также имеет диапазон, который используется для обозначения адресов частной сети. Например, для класса A это адреса от 10.0.0.0 до 10.255.255.255. Для класса B этот диапазон составляет 172.16.0.0 – 172.31.255.255. Для класса C это диапазон от 192.168.0.0 до 192.168.255.255.

Определить сетевую часть адреса можно с помощью поразрядной операции AND между адресом и сетевой маской. Поразрядная операция AND сохраняет сетевую часть адреса и отбрасывает часть хоста. В результате рассматриваемый нами адрес будет выглядеть так:

Например, сетевая маска 255.255.255.0 оставляет 254 хоста в сети (0 и 255 использовать нельзя – они зарезервированы). Чтобы разделить это пространство на две подсети, можно использовать один бит части хоста адреса в качестве маски подсети.

Теперь первый бит последнего октета отмечен как важный для адресации в сети. Это создает две подсети. Первая подсеть будет в диапазоне от 192.168.0.1 до 192.168.0.127. Вторая подсеть содержит хосты 192.168.0.129 до 192.168.0.255. Традиционно сама подсеть не должна использоваться в качестве адреса.

Система CIDR (Classless Inter-Domain Routing) была разработана в качестве альтернативы традиционным подсетям. С помощью CIDR вы можете добавить спецификацию самого IP-адреса в число значимых битов, составляющих часть маршрутизации или сети.

CIDR можно использовать для обозначения «суперсетей». В этом случае имеется в виду более широкий диапазон адресов, что невозможно при использовании традиционной маски подсети. Например, в сети класса C (в предыдущем примере) объединять адреса из сетей 192.168.0.0 и 192.168.1.0 нельзя, потому что сетевая маска для адресов класса C – 255.255.255.0.

При создании IP-интерфейса система резервирует наибольший незанятый VLAN ID, который будет использоваться внутри системы. Для каждого IP-интерфейса на Ethernet-порту резервируется VLAN. Если VLAN уже был зарезервирован для IPv6-интерфейса, то для IP-интерфейса VLAN резервироваться не будет.

ip address <ADDR/LEN>

no ip address { <ADDR/LEN> | all }

<ADDR/LEN> – IP-адрес и длина маски подсети, задаётся в виде AAA.BBB.CCC.DDD/EE, где каждая часть AAA – DDD принимает значения [0..255] и EE принимает значения [1..32]. Можно указать несколько IP-адресов перечислением через запятую. Может быть назначено до 8 IP-адресов (включая IPv6-адреса) на интерфейс. При выполнении отрицательной формы команды со значением параметра «all» будут удалены все IP-адреса;

esr(config-if-gi)# ip address 192.168.25.25/24

[no] ip redirects

esr(config-if-gi)# no ip redirects

[no] ip route source-route

esr(config)# ip route source-route

ip unnumbered { <IF> | <TUN> }

no ip unnumbere

esr(config-e1)# ip unnumbered gigabitethernet 1/0/1
esr(config-e1)#

[no] ip unreachables

esr(config-if-gi)# no ip unreachables

show ip interfaces [ { <IF> | <TUN> | vrf <VRF> [ ip-address <ADDR> ] } ]

esr# show ip interfaces
IP address            Interface       Type
-------------------   -------------   -------
155. 0.0.60/24         br10            static
16.0.0.2/24           gi1/0/16        DHCP
10.0.0.1/8            gi1/0/18        static
180.0.0.1/24          gi1/0/18        static
192.168.1.1/24        gi1/0/2         static
25.0.0.2/30           gre 25          static
10.1.0.2/24           ip4ip4 10       static
esr# show ip interfaces gigabitethernet 1/0/16
IP address            Interface       Type
-------------------   -------------   -------
16.0.0.2/24           gi1/0/16        DHCP
 DHCP Client settings:
 DHCP Server:          N/A
 Lease time(dd:hh:mm): 00:02:00
 Reboot time:          10 seconds
 Retry time:           300 seconds
 Timeout:              60 seconds
 Select timeout:       0 seconds
 Vendor class ID:      N/A
 Ignore options:
    router
 Latest lease contents:
 Lease time(dd:hh:mm): 00:02:00
 DHCP message type:    DHCPACK
 Renew at:             Wednesday2015/02/25 12:22:24 2015/02/25 12:22:24
 Rebind at:            Wednesday2015/02/25 13:14:09 2015/02/25 13:14:09
 Expires at:           Wednesday2015/02/25 13:29:09 2015/02/25 13:29:09

Каждый из этих классов имеет допустимый диапазон IP-адресов. Классы D и E зарезервированы для многоадресной рассылки и экспериментальных целей соответственно. Порядок битов в первом октете определяет классы IP-адреса.
Адрес IPv4 разделен на две части:

Класс IP-адреса используется для определения битов, используемых для идентификатора сети и идентификатора хоста, а также общего количества сетей и хостов, возможных в именно этот класс. Каждый интернет-провайдер или сетевой администратор назначает IP-адрес каждому устройству, подключенному к его сети.

При нахождении общего количества IP-адресов узлов 2 IP-адреса не учитываются и, следовательно, вычитаются из общего количества, поскольку первый IP-адрес любой сети является номером сети, а последний IP-адрес зарезервирован для широковещательного IP-адреса. .

Старший бит первого октета в классе A всегда равен 0. Остальные 7 битов первого октета используются для определения идентификатора сети. 24 бита идентификатора хоста используются для определения хоста в любой сети. Маска подсети по умолчанию для класса A — 255.x.x.x. Таким образом, в классе А всего: 924- 2 = 16 777,214 Идентификатор хоста

Старшие биты первого октета IP-адресов класса B всегда равны 10. Остальные 14 бит используются для определения идентификатора сети. 16 бит идентификатора хоста используются для определения хоста в любой сети. Маска подсети по умолчанию для класса B — 255.255.x.x. Всего в классе B: 916 – 2 = 65534 адрес хоста

Старшие биты первого октета IP-адресов класса C всегда равны 110. Оставшиеся 21 бит используются для определения идентификатора сети. 8 бит идентификатора хоста используются для определения хоста в любой сети. Маска подсети по умолчанию для класса C — 255.255.255.x. Класс C имеет в общей сложности: 98 – 2 = 254 адрес хоста

IP-адрес, принадлежащий классу D, зарезервирован для многоадресной рассылки. Старшие биты первого октета IP-адресов, принадлежащих классу D, всегда равны 1110. Остальные биты предназначены для адреса, который распознают заинтересованные хосты.

IP-адреса класса E зарезервированы для экспериментальных и исследовательских целей. IP-адреса класса E находятся в диапазоне от 240.0.0.0 до 255.255.255.254. У этого класса нет маски подсети. Старшие биты первого октета класса E всегда установлены на 1111.

  169.254.0.0 – 169.254.0.16  : Локальные адреса канала
  127.0.0.0 – 127.0.0.8  : Адреса обратной петли
  0.0.0.0 – 0.0.0.8  : используется для связи внутри текущей сети.

Идентификатор узла, в котором все биты установлены на 1, не может быть назначен, поскольку этот идентификатор узла зарезервирован в качестве широковещательного адреса для отправки пакетов на все узлы, присутствующие в данной конкретной сети.

Узлы, расположенные в одной физической сети, идентифицируются по идентификатору сети, поскольку всем узлам в одной физической сети назначается один и тот же идентификатор сети. Идентификатор сети назначается на основе следующих правил:

Проблема с этим методом классовой адресации заключается в том, что миллионы адресов класса А тратятся впустую, многие адреса класса В тратятся впустую, тогда как количество доступных адресов в классе C настолько мал, что не может удовлетворить потребности организаций. Адреса класса D используются для многоадресной маршрутизации и поэтому доступны только в виде одного блока. Адреса класса E зарезервированы. 98 – 2 = 254 адрес хоста

Идентификатор хоста, в котором все биты установлены на 1, не может быть назначен, поскольку этот идентификатор хоста зарезервирован в качестве широковещательного адреса для отправки пакетов на все хосты, присутствующие в этой конкретной сети.

IP-адреса могут назначаться различными способами, включая ручную настройку, динамическое назначение с использованием DHCP (протокол динамической конфигурации хоста) или автоматическое назначение с помощью таких протоколов, как автонастройка адресов без сохранения состояния IPv6 (SLAAC). Интернет-провайдеры (ISP) выделяют IP-адреса своим клиентам, а организации могут получать блоки IP-адресов из региональных интернет-реестров.

Частные IP-адреса — это IP-адреса, зарезервированные для использования в частных сетях и недоступные напрямую из Интернета. Они используются, чтобы позволить устройствам в частной сети взаимодействовать друг с другом. Некоторые общие диапазоны частных IP-адресов включают от 10.0.0.0 до 10.255.255.255, от 172.16.0.0 до 172.31.255.255 и от 192.168.0.0 до 192.168.255.255.

Чтобы хосты могли обмениваться данными в сети, необходимо учитывать несколько соображений. Им нужно определить, кому они хотят отправить сообщение, и им нужно идентифицировать себя, чтобы получатель знал, кому ответить. Это делается с помощью уникального идентификатора, называемого IP-адресом.

IP-адрес — это уникальная последовательность чисел, используемая для идентификации хостов в сети. В действительности все узлы в сети (т. е. как хосты, так и сетевые устройства, такие как маршрутизаторы) имеют IP-адреса, за исключением тех, которые работают исключительно на уровнях 1 и 2.

Как и многие другие вещи в сети, IP-адрес хоста (телефона, компьютера, IP-камеры, сервера и т. д.) может назначаться статически или динамически. Статическое назначение означает ручную настройку адреса для устройства. Динамически означает, что адрес назначается автоматически протоколом. Для этой цели используется протокол динамического управления хостом (DHCP).

Чтобы иметь возможность назначить адрес, вам нужно знать, что это такое и как оно работает. IP-адрес, хотя и записывается в виде десятичных знаков, является двоичным числом. Он состоит из 32 бит, то есть 32 нулей и единиц. Он расположен в наборе из четырех октетов (групп по восемь) и разделен точками.

Для быстрого преобразования между основанием 10 (десятичное) и основанием 2 (двоичное) мы используем метод. Это называется метод удвоения. Вот как это происходит. Возьмите двоичное число, скажем, «1101». Чтобы перевести его в десятичный вид с помощью этого метода, запишите его и присвойте значения каждой цифре, начиная с правой стороны. Начните с «1», затем удваивайте число каждый раз. Таким образом, нумерация будет «1, 2, 4, 8, 16, 32, …» справа налево в порядке возрастания. Теперь каждая единица имеет значение числа, а каждый ноль не имеет никакой ценности. Сложите числа. Таким образом, «1101» будет 1 + 0 + 4 + 8 = 13. Таким образом, 1101 равно 13.

Восемь бит составляют один байт. В IP-адресации мы принимаем каждый байт как одно десятичное число. Если бы все эти восемь битов были единицами, сумма была бы 255. Однако это не означает 255 отдельных значений. Это означает 256 значений, потому что компьютеры считают с нуля, а не с единицы. Люди считают так [1, 2, 3, 4, 5]. Этот массив заканчивается пятью и состоит из пяти чисел. Компьютеры считают так [0, 1, 2, 3, 4, 5]. Это тоже заканчивается на пять, но это шесть цифр.

До введения бесклассовой междоменной маршрутизации существовала концепция классовой адресации, которая делила пространство IP-адресов для IPv4 на классы A, B, C, D и E. Они обозначаются первыми четырьмя битами первый октет.

Классы A, B и C могут быть назначены хостам, адреса класса D предназначены для многоадресной рассылки, класс E предназначен для экспериментальных целей. Здесь я показываю первый октет каждого класса с «x», представляющим позиции, из которых значение может быть либо единицей, либо нулем.

В каждой сети или подсети два адреса не могут быть назначены хостам. Это сетевой адрес и широковещательный адрес. Например, в сети 10.0.0.0 с маской 255.0.0.0 сетевой адрес 10.0.0.0 не может быть назначен хосту. Широковещательный адрес 10.255.255.255 также не может быть назначен хосту.

Сетевой адрес получается путем установки всех битов идентификатора хоста в ноль. Это означает, что все числа там будут равны нулю даже в десятичной форме. Адрес, который мы только что использовали в этом примере, является адресом класса А, потому что, как вы можете видеть, первое число находится между 0 и 127.

Чтобы определить количество хостов и количество сетей, которые может иметь подсеть, вы просто два в степени любого числа. Таким образом, для такого адреса класса А первый бит должен быть нулевым в двоичном формате. Напишем нашу сеть. Число 10 — это 1010 в двоичном формате, поэтому сеть имеет вид 0000 1010.0000 0000. 0000 0000. 0000 0000. Это 10.0.0.0. Общее количество хостов: 224 – 2 (широковещательный и сетевой адрес). Общее количество сетей равно 27. Это общее количество возможных сетей, которые мы можем иметь в этой сети, потому что первая цифра в двоичной форме не может быть единицей. Это 128 сетей, включая 0.0.0.0, что недопустимо. Он также включает диапазон 127.0.0.0 — 127.255.255.255, который также был зарезервирован для диагностических целей, поэтому на самом деле у нас всего 126 возможных сетей.

Когда Интернет стал слишком большим, Инженерная рабочая группа Интернета (IETF) решила обозначить некоторые адреса как частные, чтобы их можно было многократно использовать в различных частных сетях. Чтобы хосты с такими адресами могли получить доступ к Интернету, им пришлось бы пройти трансляцию сетевых адресов (NAT).

Позже они придумали концепцию бесклассовой междоменной маршрутизации (CIDR). В Classful Networks вы можете назначать блоки сетей только по классам. С адресом класса A у вас есть 8 сетевых битов и 24 бита хоста. Это означает, что у вас есть потенциально от 2 до 24 хостов в сети. То есть 16 777 216 хостов. Когда мы удаляем широковещательный адрес и сетевой адрес, получается 16 777 214 хостов на сеть. Если в вашей сети всего 5000 компьютеров, это пустая трата времени, особенно если у вас более 126 локальных сетей. У вас больше не может быть достаточно сетей для обслуживания всех локальных сетей.

Бесклассовая междоменная маршрутизация решает эту проблему, заменяя границы классов адресными префиксами. Таким образом, 10.1.1.2, который должен быть классом A (то есть 255.0.0.0), теперь может стать 10.1.1.2 255.255.255.0. Это невозможно с исходным классом A. До CIDR, если первое число находится в диапазоне от 0 до 127, это адрес класса A и должен иметь последние три октета в качестве идентификатора хоста. CIDR также пришел с новой нотацией. Таким образом, вместо того, чтобы писать 255.255.255.0 в качестве маски подсети, вы можете просто написать /24, чтобы представить количество сетевых битов (или сетевой префикс).

В нотации бесклассовой междоменной маршрутизации класс A — это адрес /8, класс B — адрес /16, а класс C — адрес /24. Но теперь у вас может быть 10.0.0.0/24 или 192.168.2.2/16. Он бросает вызов классам и позволяет вам делать это деление где угодно. Это позволяет нам назначать адреса с меньшими потерями.

Мы больше не используем классовую адресацию, но некоторые концепции остались. Например, диапазон адресов 224.0.0.0 — 239.255.255.255 по-прежнему используется для групповой IP-адресации. Это был класс D, и это был класс многоадресных адресов. Кроме того, диапазоны частных адресов остаются прежними.

Благодаря бесклассовой междоменной маршрутизации мы также можем разделить адреса за пределами стандартных границ или границ класса по умолчанию. Например, теперь у вас может быть 192.168.2.4/27 (или в форме маски подсети: 192.168.2.4 255.255.224.0). Двадцать семь сетевых битов означают, что он имеет 24 бита плюс три бита из последнего октета в качестве префикса (идентификатора сети).

Маски подсети по умолчанию можно разделить двумя способами: маска подсети фиксированной длины (FLSM) или маска подсети переменной длины (VLSM). При использовании маски подсети фиксированной длины все подсети имеют одинаковую маску. Например, если в компании есть три отдела с локальными сетями для каждого из них, все они будут использовать одну и ту же маску, скажем, /27.

Сетевые технологии: IP-адреса, подсети и бесклассовая адресация CIDR

Что такое IP-адрес?

Разница между IPv4 и IPv6

Классы и зарезервированные диапазоны IPv4

Зарезервированные частные диапазоны

Сетевые маски и подсети

Бесклассовая адресация CIDR

Заключение

Настройка IP-адресации

ip address

Синтаксис

Параметры

Необходимый уровень привилегий

Командный режим

Пример

ip redirects

Синтаксис

Параметры

Необходимый уровень привилегий

Значение по умолчанию

Командный режим

Пример

ip route source-route

Синтаксис

Параметры

Значение по умолчанию

Необходимый уровень привилегий

Командный режим

Пример

ip unnumbered

Синтаксис

Параметры

Необходимый уровень привилегий

Командный режим

Пример

ip unreachables

Синтаксис

Параметры

Необходимый уровень привилегий

Значение по умолчанию

Командный режим

Пример

show ip interfaces

Синтаксис

Параметры

Необходимый уровень привилегий

Командный режим

Пример

Внедрение классовой IP-адресации

Десятичное представление с точками

Шестнадцатеричное представление

Класс A

Класс B

Класс C

Класс D

Класс E

Диапазон специальных IP-адресов

Правила присвоения идентификатора хоста

Правила присвоения идентификатора сети

Краткий обзор классовой адресации

Проблемы с классовой адресацией

Часто задаваемые вопросы

IP-адресация