Лекция 7 Формирование IP- адресов. Ip адрес как формируется

IP адресация. Формирование ip адреса.

Проводник

IP адресация. Формирование ip адреса.

Расскажу подробнее о структуре ip адресации. Для начала скажу, что существуют белые адреса и серые. Серые адреса могут повторяться в любой организации. Существуют 5 классов IP сетей. Три из которых используются наиболее часто и из их диапазона выделяются адреса для пользователей, оборудования. Есть диапазоны служебные и групповые. Диапазоны эти нумеруются буквами: A,B,C,D,E. В диапазонах A,B,C есть поддиапазоны серых адресов. Т.к. любой IP адрес представляет 32 битовое 4 октетное значение(например 192.168.20.15), то каждый следующий диапазон продолжает предыдущий. Рассмотрим диапазоны IP адресов на рисунке.

Как я уже писал, в первых 3х диапазонах есть поддиапазоны серых адресов. На рисунке изображен их диапазон.

Диапазоны сетей отличаются конечно не только номерами. Основное отличие это количесво ip адресов в одной сети. Рассмотрю первые 3 диапазона(A,B,C). - В диапазоне A – номер сети это число в первом октете, остальные 3 октета используются для формирования ip адреса конечного пользователя или какого-нибудь устройства. B- диапазон составляется из первых двух октетов адреса сети и двух последних- адреса пользователя. С- диапазон, первые три октета – адрес сети, последний адрес пользователя. Таким образом, выходит, что максимальное количество пользователей в сети класса A=16777214, B=65534, C=254. Думаю, сразу становиться понятно, что адресов не так уж и много. С учётом того, что уже есть холодильники которые могут в инет за покупкой еды лазать.. Серые адреса- помогают решить проблему нехватки ip.

Умные люди придумали простое решение. Они решили выделить 3 диапазона из всего адресного пространства IPv4 под частные сети. Адреса из этих сетей могут повторяться в каждой отдельной сети(например, внутри каждой организации могут быть одни и те же адреса), но только в пределах этой сети. Спрашивается, а как они будут обмениваться информацией, если хотя бы у двух пользователей будет одинаковый ip(например ip=192.168.0.2)? Вот здесь на помощь серым адресам приходят белые(вы помните, что они не повторяются). У каждой сети или организации, фирмы и тп есть хотя бы один белый ip. Специальные устройства(на которых настроена функция NAT-network address translation)* на границе белых сетей преобразуют серые адреса в один или несколько белых. Это в свою очередь позволяет экономить белые адреса. В роли тех самых “специальных устройств” могут выступать как серверы так и маршрутизаторы с функцией NAT. Я буду из называть NAT серверами, тк зачастую на этих серверах присутствуют и другие функции.

Маски ip сетей и ip сети.

Некоторые определения используемые в данном параграфе вводятся и раскрываются в следующем. Прошу прощение за такую нестыковку, но иными словами описать этот параграф я не могу. С другой стороны вставить этот параграф после следующего тоже не могу, тк потеряется законченность предыдущего. Теперь надо продолжить небольшой рассказ о ip адресах. Расскажу о масках ip адресов. В принципе в простой сети где нет необходимости общаться с другими ip сетями потребности в ip масках нет, собственно и в ip адресах тоже- можно использовать мас-адресацию. Вот когда у вас больше одной ip сети и надо обеспечивать их взаимодействие появляется необходимость в масках. Маска это 32-х разрядное, 4-х октетное число. По записи схоже с ip адресом. Например 255.255.255.0 обозначает маску сети класса С. Если перевести это число в двоичную систему, то мы получим 11111111.11111111.11111111.00000000. Для простоты записи маски записываю в сокращенной форме- числом после ip адреса самого устройства. Это число равняется числу бит в маске равное 1. Например, если ip адрес вашего компа = 192.168.58.4, а маска 255.255.255.0, что в двоичной системе равняется: 192.168.58.4=11000000.10101000.00111010.00000100 255.255.255.0=11111111.11111111.11111111.00000000 ,то как вы видите количество бит=1 в маске равняется =24, то ip адрес можно записать следующим образом 192.168.58.4/24 Маски позволяют всем устройствам сети определять к какой ip сети принадлежат они и к какой принадлежит пакет назначения(своей или любой другой). Взаимодействие между ip сетями происходит через шлюз(gateway)-маршрутизатор. Как же это происходит? Рассмотрю два случая:

Пользователь А(ip=192.168.1.1) хочет отправить сообщение пользователю В(ip=192.168.1.2). Оба пользователя находятся в одной ip сети. Например 192.168.1.0/24.
Пользователь подставляет ip адрес пользователя В поле dst-получателя, свой ip в поле src-отправителя заголовка ip пакета. Теперь надо определить какой мас адрес надо подставить в поле dst-получателя мас кадра. Чтобы это выяснить надо определить к своей или чужой ip сети относится пакет назначения. Что же делает для этого комп пользователя А? Он производит операцию логического побитного сложения – “И” ip адреса получателя и маской своего ip адреса. Как это выглядит показано на рисунке.
Теперь комп определяет к какой сети относится он сам. Для этого он проделывает тоже самое со своим ip адресом(Думаю он производит это вычисление всего один раз- когда ему присваивают ip адрес и запоминает результат).
Теперь остаётся сравнить значения полученных результатов и если они равны, то ip адрес получателя находится в той же сите, что и сам комп источника. В данном примере они одинаковы. Тогда комп пользователя А заканчивает операцию отправки кадра- подставляет в поле мас-кадра мас-адрес компа пользователя В и отправляет в сеть. Комп пользователя В получат кадр и видит, что в поле dst-получателя мас-кадра стоит его мас-адрес и начинает его обработку. Что происходит дальше нас пока не интересует, главное, что комп пользователя В принял кадр, а не отбросил(стёр) его.
-й случай. Пользователь А(ip=192.168.1.1/24) хочет отправить сообщение пользователю В(ip=192.168.2.1/24). Пользователя находятся в разных ip сетях. Пользователь А в сети 192.168.1.0/24, пользователь В в сети 192.168.2.0/24.
Перед отправкой сообщения в сеть компьютер пользователя А производит теже операции, что и в примере №1 и видит, что пользователи А и В находятся в разных ip сетях.
Пользователи находятся в разных ip сетях и следовательно разных доменах канального(2го уровня OSI), по этому получать друг от друга кадры не могут и следовательно знать о мас-адресе друг друга не могут. Связь между этими пользователями в данном случае происходит через маршрутизатор. В данном случае он является шлюзом для обеих сетей(сети пользователя А и сети пользователя В). В настройка сетевой карты для подключения по LAN сети или к Internet необходимо указывать свой ip адрес, маску своей сети и ip адрес шлюза. Именно через шлюз будет происходить взаимодействие со всеми прочими сетями и именно на него будут отправляться все пакеты не принадлежащие сети в которой находится источник пакета. Пользователь А не знает мас-адрес пользователя В и знает, что он находится в другой ip сети. По этому он в заголовке ip пакета ставит dst_ip-ip_получателя ip адрес пользователя В, в поле src_ip-ip_отправителя свой ip. В поля мас-кадра dst_мас-мас_получателя ставит мас-адрес шлюза, в поле src_мас-мас_отправителя ставит свой мас-адрес. Так как отправитель так и шлюз находятся в одном домене 2го уровня, то шлюз получает кадр отправленный пользователем А. В поле получателя кадра он видит свой мас-адрес и продолжает с ним работать- отправляет его на 3й уровень. На третьем уровне анализируется ip адрес получателя. Шлюз-маршрутизатор понимает, что получателем этого пакета он не является, но он его не удаляет, для него это сигнал к произведению операции – маршрутизации. Он производит анализ ip адреса получателя. Под анализом в данном случае подразумевается – сравнение ip адреса получателя со всеми сетям известными шлюзу. В данном случае у шлюза есть два интерфейса с ip адресами 192.168.1.254/24 и 192.168.2.254/24. Шлюз производит такую же операцию, что и комп пользователя А и выясняет к какой ip сети принадлежит ip адрес получателя. Он определяет, что данный ip принадлежит сети 192.168.2.0/24 которая сконфигурирована у него на интерфейсе fa0/2. После этого шлюз производит замену мас-адресов в кадре – он заменяет мас-адрес источника на мас-адрес интерфейса сети 192.168.2.0/24, а адрес получателя заменяет на адрес компа пользователя В. Делает он это для того, чтобы пользователь получив кадр увидел в нём свой мас-адрес и продолжил обработку, а после обработки отправил ответ обратно шлюзу, который перешлёт его компу пользователя А. Иначе ответ пользователь А не получит(если не заменить мас-адрес отправителя на мас–адрес шлюза), пользователь В отправит ответ с dst_мас-мас_получателя пользователя А в своем домене канального(2го) уровня, а в нем пользователя А нет. Заменив мас-адреса шлюз отправляет кадр в сеть интерфейса fa0/2. В этой сети комп пользователя В получает кадр со своим мас-адресом и продолжает работу с ним.

Вот так вкратце об ip адресации.

Справочник

it-inside.org

Порядок распределения ip-адресов

Номера сетей назначаются либо централизованно, если сеть является частью Internet, либо произвольно, если сеть работает автономно. Номера узлов и в том и в другом случае администратор волен назначать по своему усмотрению, не выходя, разумеется, из разрешенного для этого класса сети диапазона.

Координирующую роль в централизованном распределении IP-адресов до некоторого времени играла организация InterNIC, однако с ростом сети задача распределения адресов стала слишком сложной, и InterNIC делегировала часть своих функций другим организациям и крупным поставщикам услуг Internet.

Уже сравнительно давно наблюдается дефицит IP-адресов. 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 имеющееся множество IP-адресов используется нерационально. Очень часто владельцы сети 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 канала связи используют два маршрутизатора, соединенных по схеме «точка-точка» (рис. 5.10). Для вырожденной сети, образованной каналом, связывающим порты двух смежных маршрутизаторов, приходится выделять отдельный номер сети, хотя в этой сети имеются всего 2 узла.

Если же некоторая IP-сеть создана для работы в «автономном режиме», без связи с Internet, тогда администратор этой сети волен назначить ей произвольно выбранный номер. Но и в этой ситуации для того, чтобы избежать каких-либо коллизий, в стандартах Internet определено несколько диапазонов адресов, рекомендуемых для локального использования. Эти адреса не обрабатываются маршрутизаторами Internet ни при каких условиях. Адреса, зарезервированные для локальных целей, выбраны из разных классов: в классе А — это сеть 10.0.0.0, в классе В — это диапазон из 16 номеров сетей 172.16.0.0-172.31.0.0, в классе С — это диапазон из 255 сетей - 192.168.0.0-192.168.255.0.

Для смягчения проблемы дефицита адресов разработчики стека TCP/IP предлагают разные подходы. Принципиальным решением является переход на новую версию IPv6, в которой резко расширяется адресное пространство за счет использования 16-байтных адресов. Однако и текущая версия IPv4 поддерживает некоторые технологии, направленные на более экономное расходование IP-адресов. Одной из таких технологий является технология масок и ее развитие — технология бесклассовой междоменной маршрутизации (Classless Inter-Domain Routing, CIDR). Технология CIDR отказывается от традиционной концепции разделения адресов протокола IP на классы, что позволяет получать в пользование столько адресов, сколько реально необходимо. Благодаря CIDR поставщик услуг получает возможность «нарезать» блоки из выделенного ему адресного пространства в точном соответствии с требованиями каждого клиента, при этом у него остается пространство для маневра на случай его будущего роста.

Другая технология, которая может быть использована для снятия дефицита адресов, это трансляция адресов (Network Address Translator, NAT). Узлам внутренней сети адреса назначаются произвольно (естественно, в соответствии с общими правилами, определенными в стандарте), так, как будто эта сеть работает автономно. Внутренняя сеть соединяется с Internet через некоторое промежуточное устройство (маршрутизатор, межсетевой экран). Это промежуточное устройство получает в свое распоряжение некоторое количество внешних «нормальных» IP-адресов, согласованных с поставщиком услуг или другой организацией, распределяющей IP-адреса. Промежуточное устройство способно преобразовывать внутренние адреса во внешние, используя для этого некие таблицы соответствия. Для внешних пользователей все многочисленные узлы внутренней сети выступают под несколькими внешними IP-адресами. При получении внешнего запроса это устройство анализирует его содержимое и при необходимости пересылает его во внутреннюю сеть, заменяя IP-адрес на внутренний адрес этого узла. Процедура трансляции адресов определена в RFC 1631.

Автоматизация процесса назначения IP-адресов

Назначение IP-адресов узлам сети даже при не очень большом размере сети может представлять для администратора утомительную процедуру. Протокол Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) освобождает администратора от этих проблем, автоматизируя процесс назначения IP-адресов.

DHCP может поддерживать способ автоматического динамического распределения адресов, а также более простые способы ручного и автоматического статического назначения адресов. Протокол DHCP работает в соответствии с моделью клиент-сервер. Во время старта системы компьютер, являющийся DHCP-клиентом, посылает в сеть широковещательныйзапрос на получение IP-адреса. DHCP-cep-вер откликается и посылает сообщение-ответ, содержащее IP-адрес. Предполагается, что DHCP-клиент и DHCP-сервер находятся в одной IP-сети.

При динамическом распределении адресов DHCP-сервер выдает адрес клиенту на ограниченное время, называемое временем аренды (lease duration), что дает возможность впоследствии повторно использовать этот IP-адрес для назначения другому компьютеру. Основное преимущество DHCP — автоматизация рутинной работы администратора по конфигурированию стека TCP/IP на каждом компьютере. Иногда динамическое разделение адресов позволяет строить IP-сеть, количество узлов в которой превышает количество имеющихся в распоряжении администратора IP-адресов.

В ручной процедуре назначения статических адресов активное участие принимает администратор, который предоставляет DHCP-серверу информацию о соответствии IP-адресов физическим адресам или другим идентификаторам клиентов. DHCP-сервер, пользуясь этой информацией, всегда выдает определенному клиенту назначенный администратором адрес.

При автоматическом статическом способе DHCP-сервер присваивает IP-адрес из пула наличных IP-адресов без вмешательства оператора. Границы пула назначаемых адресов задает администратор при конфигурировании DHCP-сервера. Адрес дается клиенту из пула в постоянное пользование, то есть с неограниченным сроком аренды. Между идентификатором клиента и его IP-адресом по-прежнему, как и при ручном назначении, существует постоянное соответствие. Оно устанавливается в момент первого назначения DHCP-сервером IP-адреса клиенту. При всех последующих запросах сервер возвращает тот же самый IP-адрес.

DHCP обеспечивает надежный и простой способ конфигурации сети TCP/IP, гарантируя отсутствие дублирования адресов за счет централизованного управления их распределением. Администратор управляет процессом назначения адресов с помощью параметра «продолжительность аренды», которая определяет, как долго компьютер может использовать назначенный IP-адрес, перед тем как снова запросить его от DHCP-сервера в аренду.

Примером работы протокола DHCP может служить ситуация, когда компьютер, являющийся DHCP-клиентом, удаляется из подсети. При этом назначенный ему IP-адрес автоматически освобождается. Когда компьютер подключается к другой подсети, то ему автоматически назначается новый адрес. Ни пользователь, ни сетевой администратор не вмешиваются в этот процесс. Это свойство очень важно для мобильных пользователей.

DHCP-сервер может назначить клиенту не только IP-адрес клиента, но и другие параметры стека TCP/IP, необходимые для его эффективной работы, например, маску, IP-адрес маршрутизатора по умолчанию, IP-адрес сервера DNS, доменное имя компьютера и т. п.

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. Непосредственно с решением этой задачи связан уровень межсетевых интерфейсов стека TCP/IP. На этом уровне определяются уже рассмотренные выше спецификации упаковки (инкапсуляции) IP-пакетов в кадры локальных технологий. Кроме этого, уровень межсетевых интерфейсов должен заниматься также крайне важной задачей отображения IP-адресов в локальные адреса.

Для определения локального адреса по IP-адресу используется протокол разреше-ния адреса (Address Resolution Protocol, ARP). Протокол ARP работает различным образом в зависимости от того, какой протокол канального уровня работает в данной сети — протокол локальной сети (Ethernet, Token Ring, FDDI) с возможностью широковещательного доступа одновременно ко всем узлам сети или же протокол глобальной сети (Х.25, frame relay), как правило не поддерживающий широковещательный доступ. Существует также протокол, решающий обратную задачу — нахождение IP-адреса по известному локальному адресу. Он называется реверсивным ARP (Reverse Address Resolution Protocol, RARP) и используется при старте бездисковых станций, не знающих в начальный момент своего IP-адреса, но знающих адрес своего сетевого адаптера.

Необходимость в обращении к протоколу ARP возникает каждый раз, когда модуль IP передает пакет на уровень сетевых интерфейсов, например драйверу Ethernet. IP-адрес узла назначения известен модулю IP. Требуется на его основе найти МАС-адрес узла назначения.

Работа протокола ARP начинается с просмотра так называемой ARP-таблицы (табл. 5.5). Каждая строка таблицы устанавливает соответствие между IP-адресом и МАС-адресом. Для каждой сети, подключенной к сетевому адаптеру компьютера или к порту маршрутизатора, строится отдельная ARP-таблица.

Таблица 5.5.

Пример ARP-таблицы

studfiles.net