Виды IP адресов
Работая в сети интернет, вам наверняка часто приходится слышать такие понятия, как внешний и внутренний IP-адрес, статический и динамический IP, частный и публичный IP-адрес, серый и белый IP. Во всех этих терминах вполне реально запутаться. Сегодня я постараюсь помочь вам разобраться во всей этой сетевой терминологии.
IP-адреса разделяются на четыре типа:
1. Внутренний (он же частный, локальный, “серый”) IP
2. Внешний (он же публичный, глобальный, “белый”) IP
3. Статический IP
4. Динамический IP
Внутренний «серый» IP-адрес
Внутренние (частные) IP-адреса не используются в сети интернет. К внутренним относятся адреса, используемые в локальных сетях. Доступ к внутреннему IP-адресу можно получить лишь в пределах локальной подсети.
К частным адресам относятся IP-адреса, значения которых лежат в следующих диапазонах:
Это зарезервированные для локальных сетей IP-адреса.
Внешний «белый» IP-адрес
Внешние (публичные) IP-адреса используются в сети интернет. Публичным IP-адресом называется IP-адрес, под которым вас видят устройства в интернете, и он является уникальным во всей сети интернет. Доступ к устройству с публичным IP-адресом можно получить из любой точки глобальной сети.
В связи с тем, что публичных адресов существует ограниченное количество, то прибегают к трансляции сетевых адресов из частных в публичные (по технологии NAT). Для этого используются маршрутизаторы, которые позволяют нескольким пользователям (с внутренними IP-адресами) одновременно иметь доступ в интернет через один публичный IP-адрес, предоставляемый провайдером. Как правило, для домашних пользователей предоставляется один публичный IP-адрес на всю локальную сеть.
Таким образом, при выходе в сеть интернет внутренний адрес преобразуется по технологии NAT в публичный. В итоге пользователь с адресом локальной сети видит интернет, но интернет не видит компьютер пользователя (вместо него он видит адрес шлюза с NAT).
IP-адрес называют статическим (постоянным, неизменяемым), если он назначается пользователем в настройках устройства, либо назначается автоматически при подключении устройства к сети и не может быть присвоен другому устройству.
IP-адрес называют динамическим (непостоянным, изменяемым), если он назначается автоматически при подключении устройства к сети и используется в течение ограниченного промежутка времени, указанного в сервисе назначавшего IP-адрес (DHCP).
Если вам нужно изменить ваш IP-адрес, вы можете попробовать антидетект браузер, как AdsPower, Linken Sphere и Multilogin.
Особые ip-адреса
В протоколе IР существует несколько соглашений об особой интерпретации IР-адресов.
Если весь IР-адрес состоит только из двоичных нулей, то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет; этот режим используется только в некоторых сообщениях IСМР.
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.
Если все двоичные разряды IР-адреса равны 1, то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковещательным сообщением.
Если в поле номера узла назначения стоят только единицы, то пакет, имеющий такой адрес, рассылается всем узлам сети с заданным номером сети. Например, пакет с адресом 192.190.21.255 доставляется всем узлам сети 192.190.21.0. Такая рассылка называется широковещательным сообщением.
При адресации необходимо учитывать те ограничения, которые вносятся особым назначением некоторых IР-адресов. Так, ни номер сети, ни номер узла не может состоять только из одних двоичных единиц или только из одних двоичных нулей. Отсюда следует, что максимальное количество узлов для сетей данного класса, на практике должно быть уменьшено на 2.
Особый смысл имеет IР-адрес, первый октет которого равен 127. Он использется для тестирования программ и взаимодействия процессов в пределах одной машины. Когда программа посылает данные по IР-адресу 127.0.0.1, то образуется как бы «петля». Данные не передаются по сети, а возвращаются модулям верхнего уровня как только что принятые. Поэтому в IР-сети запрещается присваивать машинам IP-адреса, начинающиеся со 127. Можно отнести адрес 127.0.0.0 ко внутренней сети модуля маршрутизации узла, а адрес 127.0.0.1 – к адресу этого модуля на внутренней сети. На самом деле любой адрес сети 127.0.0.0 служит для обозначения своего модуля маршрутизации, а не только 127.0.0.1, например, 127.0.0.3.
Использование масок в ip-адресации
Традиционная схема деления IР-адреса на номер сети и номер узла основана на понятии класса, который определяется значениями нескольких первых бит адреса. Именно потому, что первый байт адреса 185.23.44.206 попадает в диапазон 128-191, мы можем сказать, что этот адрес относится к классу В, а значит, номером сети являются первые два байта, дополненные двумя нулевыми байтами — 185.23.0.0, а номером узла — 0.0.44.206.
Можно использовать также другой признак, с помощью которого можно было бы более гибко устанавливать границу между номером сети и номером узла. В качестве такого признака сейчас получили широкое распространение маски. Маска — это число, которое используется в паре с IР-адресом; двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые должны в IР-адресе интерпретироваться как номер сети. Поскольку номер сети является цельной частью адреса, единицы в маске также должны представлять непрерывную последовательность.
Для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:
класс А — 11111111. 00000000. 00000000. 00000000 (255.0.0.0);
класс В — 11111111. 11111111. 00000000. 00000000 (255.255.0.0);
класс С -11111111. 11111111.11111111. 00000000(255.255.255.0).
Снабжая каждый IР-адрес маской, можно отказаться от понятий классов адресов и сделать более гибкой систему адресации. Например, если рассмотренный выше адрес 185.23.44.206 ассоциировать с маской 255,255.255.0, то номером сети будет 185.23.44.0, а не 185.23.0.0, как это определено системой классов.
В масках количество единиц в последовательности, определяющей границу номера сети, не обязятельно должно быть кратным 8, чтобы повторять деление адреса на байты. Пусть, например, для IР-адреса 129.64.134.5 указана маска 255.255.128.0, то есть в двоичном виде:
IP-адрес 129.64.134.5 — 10000001. 01000000.10000110. 00000101;
маска 255.255.128.0 — 11111111.11111111.10000000.00000000.
Если игнорировать маску, то в соответствии с системой классов адрес 129.64.134.5относится к классу В, а значит, номером сети являются первые 2 байта — 129.64.0.0, а номером узла – 0.0.134.5.
Если использовать для определения границы номера сети маску, то 17 последовательных единиц в маске, «наложенные» на IР-адрес, определяют в качестве номера сети в двоичном выражении число:10000001.01000000. 10000000. 00000000 или в десятичной форме записи — номер сети 129.64.128.0, а номер узла 0.0.6.5.
Механизм масок широко распространен в IР-маршрутизации, причем маски используются для самых разных целей, в-частности, для смягчения проблемы дефицита адресов, которая сравнительно давно наблюдается в сети Internet. Очень трудно получить адрес класса В и практически невозможно стать обладателем адреса класса А.
Существует ряд современных технологий, направленных на более экономное расходование IР-адресов. Одной из таких технологий является технология масок и ее развитие — технология безклассовой междоменной маршрутизации. Эта технология отказывается от традиционной концепции разделения адресов протокола IР на классы, что позволяет получать в пользование столько адресов, сколько реально необходимо. Благодаря этому 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. Узлам внутренней сети адреса назначаются произвольно (естественно, в соответствий 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» IР-адресов, согласованных с поставщиком услуг или другой организацией, распределяющей IР-адреса. Промежуточное устройство, называемое прокси–сервер (proxy—server), способно преобразовывать внутренние адреса во внешние, используя для этого некие таблицы соответствия. Для внешних пользователей все многочисленные узлы внутренней сети выступают под несколькими внешними IР-адресами. При получении внешнего запроса это устройство анализирует его содержимое и при необходимости пересылает его во внутреннюю сеть, заменяя IР-адрес на внутренний адрес этого узла. Процедура трансляции адресов определена в соглашении RFC 1631.
Для разделения трафика сетей с большим количеством узлов применяется разделение на подсети (Subnet) требуемого размера. Адрес подсети использует несколько старших бит хост-части IP-адреса, оставшиеся младшие биты — нулевые.
Внутренний трафик подсети изолируется от остальной сети маршрутизатором. Область адресов подсети определяется значением маски подсети. Маска является 32-битным числом, представляемым по общим правилам записи IP-адреса, у которого старшие биты, соответствующие сетевой и подсетевои части адреса, имеют единичное значение, младшие (локальная хост-часть) — нулевые.
При посылке IP-дейтаграммы узел сравнивает IP-адрес назначения со своим IP-адресом и накладывает на результат маску подсети. Ненулевое значение результата этой операции является указанием на передачу пакета из подсети во внешнюю сеть. Термин маршрутизация означает передачу дейтаграммы от одного узла к другому.
Прямая маршрутизация (Direct Routing) — осуществляется между узлами одной подсети. В этом случае источник знает конкретный физический адрес получателя и инкапсулирует IP-дейтаграмму во фрейм сети, содержащий этот адрес и непосредственно передающийся по сети получателю.
Непрямая маршрутизация (Indirect Routing) — передача дейтаграмм между узлами различных подсетей. Обнаружив расхождение немаскированной (сетевой) части IP-адресов, источник посылает фрейм с IP-дейтаграммой по физическому адресу маршрутизатора. Маршрутизатор анализирует IP-адрес назначения полученной дейтаграммы и, в зависимости от адресов прямо подключенных к нему (под)сетей, посылает дейтаграмму либо прямо по адресу назначения, либо к следующему маршрутизатору. Для обеспечения межсетевого обмена все узлы сети (включая и маршрутизаторы) должны иметь списки IP-адресов доступных маршрутизаторов.
Информация в TCP/IP передается пакетами со стандартизованной структурой, называемыми IP-дейтаграммами (IP Datagram), имеющими поле заголовка (IP Datagram Header) и поле данных (IP Datagram Data). Поле заголовка содержит собственно заголовок, IP-адреса источника и приемника. Длина дейтаграммы определяется сетевым ПО так, чтобы она умещалась в поле данных сетевого фрейма, осуществляющего ее транспортировку. Поскольку по пути следования к адресату могут встречаться сети с меньшим размером поля данных фрейма, IP специфицирует единый для всех маршрутизаторов метод разбивки дейтаграммы на фрагменты (тоже IP-дейтаграммы) и обратной ее сборки приемником. Фрагментированная дейтаграмма собирается только ее окончательным приемником, поскольку отдельные фрагменты могут добираться до него различными путями.
Для чего нужен IP адрес, какие форматы и классы адресов бывают
IP-адрес — это числовой идентификатор интерфейса. Подобно тому, как почтовый адрес предоставляет уникальную идентификацию дому, IP-адрес предоставляет уникальную идентификацию интерфейсу.
Почему интерфейс нуждается в уникальном IP-адресе?
IP-сеть использует IP-адрес для поиска целевого интерфейса и доставки IP-пакетов. Для получения IP-пакетов для интерфейса требуется уникальный IP-адрес. Если несколько интерфейсов имеют одинаковый IP-адрес, IP-сеть не будет работать.
Давайте рассмотрим это на примере. В городе все дома имеют одинаковый номер дома, предположим 195. Если есть почта для номера дома 195, как почтальон будет доставлять эту почту? Чтобы доставить почту в правильном доме, почтовая система нуждается в уникальном адресе этого дома. Точно так же, чтобы доставить IP-пакет в правильном интерфейсе, IP-сети нужен уникальный IP-адрес этого интерфейса.
Как работает IP-адрес?
IP-адрес работает в сети IP так же, как почтовый адрес работает в почтовой системе. Почтовый адрес представляет собой комбинацию двух адресов, адреса области и домашнего адреса. Адрес области — это групповой адрес всех домов, принадлежащих определенной области, и адрес дома — это уникальный адрес конкретного дома в этом районе. Каждая область представлена уникальным PIN-кодом в почтовой системе.
PIN-код помогает в быстрой обработке почты. В центральном почтовом отделении, где тысячи или в некоторых случаях принимаются миллионы писем, отправляются и доставляются ежедневно, обработка почты по полному адресу практически невозможна. В оживленном почтовом отделении клерк не читает полный адрес пакета, чтобы принять его решение, он обращает внимание только на ПИН-код. Он читает PIN-код и упаковывает пакет в контейнер, который будет перенаправлен в ближайшее почтовое отделение области, которую представляет ПИН-код. Тот же процесс используется в следующем почтовом отделении и т. Д. И т. Д., Пока пакет не достигнет почтового отделения, которое поставляет пакеты в зону назначения. В последнем почтовом отделении адрес получателя используется для доставки пакета.
В IP-сети используется точный механизм. IP-адрес представляет собой комбинацию двух адресов, сетевого адреса и адреса хоста. Сетевой адрес — это групповой адрес всех хостов, принадлежащих определенной сети, и адрес узла — это уникальный адрес определенного хоста в этой сети.
Подобно PIN-коду, сетевой адрес помогает в быстрой обработке IP-пакетов. В IP-сети маршрутизаторы выполняют именно то, что почтовые отделения делают в почтовой системе. Маршрутизаторы используют сетевой адрес, чтобы найти целевую сеть и адрес хоста для доставки пакетов.
Формат IP-адреса
IP-адрес имеет длину 32 бита. Эти биты разделены на четыре части. Каждая часть называется октетами и содержит и 8 бит.
IP-адрес может быть записан в трех обозначениях; пунктирный-десятичный, двоичный и шестнадцатеричный. Среди этих типов dotted-decimal является самым популярным и часто используемым методом для записи IP-адреса.
В методе с десятичной точностью каждый байт (8 бит) 32-битного IP-адреса записывается десятичным эквивалентом. Четыре результирующих десятичных числа разделяются точкой и записываются в последовательности. 10.10.10.10, 172.168.10.1, 192.168.1.1 и 200.0.0.1 приведены некоторые примеры IP-адреса в методе с десятичной точностью.
Маска подсети
Маска подсети используется для разделения сетевого адреса с адреса хоста по IP-адресу. Как мы уже говорили ранее, IP-адрес представляет собой комбинацию сетевого адреса и адреса хоста, маска подсети помогает нам и программам, которые используют IP-адрес при идентификации сетевой части и хост-части.
Маска подсети также, как и IP-адрес, также имеет длину 32 бита и использует те же обозначения, которые использует IP-адрес для представления.
Маска подсети назначает отдельный бит для каждого бита IP-адреса. Если бит IP принадлежит сетевой части, бит назначенной маски подсети будет включен. Если бит IP принадлежит хост-части, бит маски подсети будет отключен.
В двоичной нотации 1 (один) представляет бит включения, а 0 (ноль) представляет бит выключен. В методе с десятичными знаками диапазон значений от 1 до 255 представляет собой бит включения, тогда как значение 0 (ноль) представляет бит выключения.
IP-адрес всегда используется с маской подсети. Без маски подсети IP-адрес является неоднозначным адресом в сети IP.
Классы IP-адресов
Есть 4 294 967 296 IP-адресов. Управление всеми этими адресами без какой-либо схемы практически невозможно. Поясним это на простом примере. Если вам нужно найти слово из языкового словаря, как долго вы это возьмете? Обычно вам потребуется меньше пяти минут, чтобы узнать это слово. Вы можете это сделать, потому что слова в словаре организованы в алфавитном порядке. Если вам нужно найти то же слово из словаря, который не использует какой-либо последовательности или порядка для упорядочивания слов, как долго вы это возьмете на этот раз? Может потребоваться до одной недели, чтобы узнать это конкретное слово из всех слов. Если неорганизованный словарь, который содержит примерно 1 миллиард слов, может превратить задачу в пять минут в одну неделю, чем предполагать, что почти 4,3 миллиарда адресов затруднят задачу поиска, если они неорганизованны.
Для упрощения управления IP-адреса организованы в числовом порядке и разделены на следующие пять классов.
| Класс | Начальный адрес | Конечный адрес | Маска подсети |
| A | 0.0.0.0 | 127.255.255.255 | 255.0.0.0 |
| B | 128.0.0.0 | 191.255.255.255 | 255.255.0.0 |
| C | 192.0.0.0 | 223.255.255.255 | 255.255.255.0 |
| D | 224.0.0.0 | 239.255.255.255 | 255.255.255.255 |
| E | 240.0.0.0 | 255.255.255.255 | 255.255.255.255 |
Как мы обсуждали ранее, IP-адрес представляет собой комбинацию сетевого адреса и адреса хоста. В каждом IP-адресе зарезервировано несколько бит для сетевого адреса. В классах A, B и C первые 8, 16 и 24 бита зарезервированы соответственно для сетевых адресов.
Как найти класс IP-адреса?
Чтобы найти класс IP-адреса, просто обратите внимание на первый октет.
Если значение первого октета находится в диапазоне от 1 до 127, это IP-адрес класса A. Примерами IP-адреса класса А являются: — 1.2.3.4, 10.20.30.45, 125.234.123.23, 126 .100.200.45 и т.д.
Если значение первого октета находится в диапазоне от 128 до 191, это IP-адрес класса B. Примеры IP-адреса класса B: — 128.200.100.50, 191.200.100.1, 172.168.0.1, 175.45.48.14 и т.д.
Если значение первого октета находится в диапазоне от 192 до 223, это IP-адрес класса C. Примеры IP-адреса класса C: — 192.168.1.1, 200.0.0.1, 223.224.127.1, 212.14.15.56 и т. Д.
Частный IP-адрес и общедоступный IP-адрес
Основываясь на доступности, IP-адреса в основном разделены на две категории; частные IP-адреса и общедоступные IP-адреса. Ниже приведены различия между частными IP-адресами и общедоступными IP-адресами.
Частные IP-адреса
Частные IP-адреса — это IP-адреса, которые зарезервированы для локальных сетей и не могут быть доступны из общедоступной сети, такой как Интернет. И наоборот, доступ к общедоступной сети с частного IP-адреса невозможен.
Следующие IP-диапазоны зарезервированы для частных IP-адресов.
- 10.0.0.0 до 10.255.255.255
- 172.16.0.0 до 172.31.255.255
- 192.168.0.0 — 192.168.255.255
Публичные IP-адреса
Публичные IP-адреса — это IP-адреса, которые общедоступны из любой общедоступной сети, такой как Интернет. Чтобы получить доступ к общедоступному IP-адресу, мы должны использовать общедоступный IP-адрес.
За исключением частных IP-адресов, все IP-адреса классов A, B и C являются общедоступными IP-адресами.
Специальные IP-адреса
Специальные IP-адреса — это IP-адреса, зарезервированные для тестирования сети и устранения неполадок. Эти IP-адреса не могут быть назначены на конечное устройство или интерфейс. Следующие адреса зарезервированы для специального назначения: —
0.0.0.0: — это первый IP-адрес IP-адресов. Он представляет все сети.
127.0.0.0 до 127.255.255.255: — Зарезервировано для тестирования протокола IP и устранения неполадок. Виртуальные интерфейсы, такие как loopback-адаптер, используют этот диапазон IP для адресации.
224.0.0.0 до 239.255.255.255 (класс D): — зарезервировано для многоадресных адресов. Адрес многоадресной рассылки — это адрес, который имеет несколько получателей.
240.0.0.0 до 255.255.255.255 (класс E): — зарезервировано для будущего использования. Эти адреса не используются в настоящее время для каких-либо целей.
255.255.255.255: — Это последний IP-адрес IP-адресов. Он представляет все хосты.
IP адресация, классы IP адресов и значение маски подсети
Адресация в компьютерных сетях бывает двух видов: физическая адресация (на основе MAC-адреса) и логическая (на основе IP-адреса). Логическая адресация реализована на 3-ем уровне эталонной модели OSI. Далее более подробно рассматривается IP-адресация и пять классов IP-адресов, а также подсети, маски подсетей и их роль в схемах IP-адресации. Кроме того, обсуждаются отличия между публичными и частными адресами, IPv4-и IPv6-адресацией, а также одноадресными и широковещательными сообщениями.
Для чего нужны IP адреса?
Для обмена данными в Интернете (между различными локальными сетями) узлу необходим IP-адрес. Это логический сетевой адрес конкретного узла. Для обмена данными с другими устройствами, подключенными к Интернету, необходим правильно настроенный, уникальный IP-адрес.
IP-адрес присваивается сетевому интерфейсу узла. Обычно это сетевая интерфейсная плата (NIC), установленная в устройстве. Примерами пользовательских устройств с сетевыми интерфейсами могут служить рабочие станции, серверы, сетевые принтеры и IP-телефоны. Иногда в серверах устанавливают несколько NIC, у каждой из которых есть свой IP-адрес. У интерфейсов маршрутизатора, обеспечивающего связь с сетью IP, также есть IP-адрес.
В каждом отправленном по сети пакете есть IP-адрес источника и назначения. Эта информация необходима сетевым устройствам для передачи информации по назначению и передачи источнику ответа.
Структура IP адреса
IP-адрес представляет собой серию из 32 двоичных бит (единиц и нулей). Человеку прочесть двоичный IP-адрес очень сложно. Поэтому 32 бита группируются по четыре 8-битных байта, в так называемые октеты. Читать, записывать и запоминать IP-адреса в таком формате людям сложно. Чтобы облегчить понимание, каждый октет IP-адреса представлен в виде своего десятичного значения. Октеты разделяются десятичной точкой или запятой. Это называется точечно-десятичной нотацией.
При настройке IP-адрес узла вводится в виде десятичного числа с точками, например, 192.168.1.5. Вообразите, что вам пришлось бы вводить 32-битный двоичный эквивалент адреса — 11000000101010000000000100000101. Если ошибиться хотя бы в одном бите, получится другой адрес, и узел, возможно, не сможет работать в сети.
Структура 32-битного IP-адреса определяется межсетевым протоколом 4-ой версии (IPv4). На данный момент это один из самых распространенных в Интернете типов IP-адресов. По 32-битной схеме адресации можно создать более 4 миллиардов IP-адресов.
Получая IP-адрес, узел просматривает все 32 бита по мере поступления на сетевой адаптер. Напротив, людям приходится преобразовывать эти 32 бита в десятичные эквиваленты, то есть в четыре октета. Каждый октет состоит из 8 бит, каждый бит имеет значение. У четырех групп из 8 бит есть один и тот же набор значений. Значение крайнего правого бита в октете – 1, значения остальных, слева направо – 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 128.
Чтобы определить значение октета, нужно сложить значения позиций, где присутствует двоичная единица.
- Нулевые позиции в сложении не участвуют.
- Если все 8 бит имеют значение 0, 00000000, то значение октета равно 0.
- Если все 8 бит имеют значение 1, 11111111, значение октета – 255 (128+64+32+16+8+4+2+1).
- Если значения 8 бит отличаются, например, 00100111, значение октета – 39 (32+4+2+1).
Таким образом, значение каждого из четырех октетов находится в диапазоне от 0 до 255.
Разделение IP адреса на сетевую и узловую части
Логический 32-битный IP-адрес представляет собой иерархическую систему и состоит из двух частей. Первая идентифицирует сеть, вторая — узел в сети. Обе части являются обязательными.
Например, если IP-адрес узла – 192.168.18.57, то первые три октета (192.168.18) представляют собой сетевую часть адреса, а последний октет (.57) является идентификатором узла. Такая система называется иерархической адресацией, поскольку сетевая часть идентифицирует сеть, в которой находятся все уникальные адреса узлов. Маршрутизаторам нужно знать только путь к каждой сети, а не расположение отдельных узлов.
Иерархическая структура IP-адресов
Другой пример иерархической сети – это телефонная сеть. В телефонном номере код страны, региона и станции составляют адрес сети, а оставшиеся цифры — локальный номер телефона.
При IP-адресации в одной физической сети могут существовать несколько логических сетей, если сетевая часть адреса их узла отличается. Пример. Три узла в одной физической локальной сети имеют одинаковую сетевую часть в своем IP-адресе (192.168.50), а три других узла — другую сетевую часть (192.168.70). Три узла с одной сетевой частью в своих IP-адресах имеют возможность обмениваться данными друг с другом, но не могут обмениваться информацией с другими узлами без использования маршрутизации. В данном случае имеем одну физическую сеть и две логические IP-сети.
Сетевая и узловая части IP адреса
Классы IP адресов и маски подсети по умолчанию
IP-адрес и маска подсети совместно определяют то, какая часть IP-адреса является сетевой, а какая — соответствует адресу узла.
IP-адреса делятся на 5 классов. К классам A, B и C относятся коммерческие адреса, присваиваемые узлам. Класс D зарезервирован для многоадресных рассылок, а класс E – для экспериментов.
IP-адреса класса D
IP-адреса класса E
В адресах класса C сетевая часть состоит из трех октетов, а адрес узла – из одного. Выбранная по умолчанию маска подсети состоит из 24 бит (255.255.255.0). Адреса класса C обычно присваиваются небольшим сетям.
IP-адреса класса C
В адресах класса B сетевая часть и адрес узла состоят из двух октетов. Выбранная по умолчанию маска подсети состоит из 16 бит (255.255.0.0). Обычно эти адреса используются в сетях среднего размера.
IP-адреса класса B
В адресах класса A сетевая часть состоит всего из одного октета, остальные отведены узлам. Выбранная по умолчанию маска подсети состоит из 8 бит (255.0.0.0). Обычно такие адреса присваиваются крупным организациям.
IP-адреса класса A
Класс адреса можно определить по значению первого октета. Например, если значение первого октета IP-адреса находится в диапазоне от 192 до 223, то это адрес класса C. Например, адрес 200.14.193.67 относится к классу С.
Классы IP адресов
Классовая и бесклассовая адресация
Классовая IP адресация — это метод IP-адресации, который не позволяет рационально использовать ограниченный ресурс уникальных IP-адресов, т.к. не возможно использование различных масок подсетей. В классовом методе адресации используется фиксированная маска подсети, поэтому класс сети (см. выше) всегда можно идентифицировать по первым битам.
Бесклассовая IP адресация (Classless Inter-Domain Routing — CIDR) — это метод IP-адресации, который позволяет рационально управлять пространством IP адресов. В бесклассовом методе адресации используются маски подсети переменной длины (variable length subnet mask — VLSM).
Возможные значения маскок подсети при бесклассовом методе адресации (широко применяется в современных сетях):
| Всего адресов | битов | Префикс | Класс | Десятичная маска |
| 1 | 0 | /32 | 255.255.255.255 | |
| 2 | 1 | /31 | 255.255.255.254 | |
| 4 | 2 | /30 | 255.255.255.252 | |
| 8 | 3 | /29 | 255.255.255.248 | |
| 16 | 4 | /28 | 255.255.255.240 | |
| 32 | 5 | /27 | 255.255.255.224 | |
| 64 | 6 | /26 | 255.255.255.192 | |
| 128 | 7 | /25 | 255.255.255.128 | |
| 256 | 8 | /24 | 1C | 255.255.255.0 |
| 512 | 9 | /23 | 2C | 255.255.254.0 |
| 1024 | 10 | /22 | 4C | 255.255.252.0 |
| 2048 | 11 | /21 | 8C | 255.255.248.0 |
| 4096 | 12 | /20 | 16C | 255.255.240.0 |
| 8192 | 13 | /19 | 32C | 255.255.224.0 |
| 16384 | 14 | /18 | 64C | 255.255.192.0 |
| 32768 | 15 | /17 | 128C | 255.255.128.0 |
| 65536 | 16 | /16 | 1B | 255.255.0.0 |
| 131072 | 17 | /15 | 2B | 255.254.0.0 |
| 262144 | 18 | /14 | 4B | 255.252.0.0 |
| 524288 | 19 | /13 | 8B | 255.248.0.0 |
| 1048576 | 20 | /12 | 16B | 255.240.0.0 |
| 2097152 | 21 | /11 | 32B | 255.224.0.0 |
| 4194304 | 22 | /10 | 64B | 255.192.0.0 |
| 8388608 | 23 | /9 | 128B | 255.128.0.0 |
| 16777216 | 24 | /8 | 1A | 255.0.0.0 |
| 33554432 | 25 | /7 | 2A | 254.0.0.0 |
| 67108864 | 26 | /6 | 4A | 252.0.0.0 |
| 134217728 | 27 | /5 | 8A | 248.0.0.0 |
| 268435456 | 28 | /4 | 16A | 240.0.0.0 |
| 536870912 | 29 | /3 | 32A | 224.0.0.0 |
| 1073741824 | 30 | /2 | 64A | 192.0.0.0 |
| 2147483648 | 31 | /1 | 128A | 128.0.0.0 |
| 4294967296 | 32 | /0 | 256A | 0.0.0.0 |
Назначение маски подсети
Каждый IP-адрес состоит из двух частей. Как узлы определяют, где сетевая часть, а где адрес узла? Для этого используется маска подсети.
При настройке IP узлу присваивается не только IP-адрес, но и маска подсети. Как и IP-адрес, маска состоит из 32 бит. Она определяет, какая часть IP-адреса относится к сети, а какая – к узлу.
Маска сравнивается с IP-адресом побитно, слева направо. В маске подсети единицы соответствуют сетевой части, а нули — адресу узла.
Отправляя пакет, узел сравнивает маску подсети со своим IP-адресом и адресом назначения. Если биты сетевой части совпадают, значит, узлы источника и назначения находятся в одной и той же сети, и пакет доставляется локально. Если нет, отправляющий узел передает пакет на интерфейс локального маршрутизатора для отправки в другую сеть.
В домашних офисах и небольших компаниях чаще всего встречаются следующие маски подсети: 255.0.0.0 (8 бит), 255.255.0.0 (16 бит) и 255.255.255.0 (24 бита). В маске подсети 255.255.255.0 (десятичный вариант), или 11111111.11111111.1111111.00000000 (двоичный вариант) 24 бита идентифицируют сеть, а 8 — узлы в сети.
Чтобы вычислить количество возможных сетевых узлов, нужно взять число два (2) в степени количества отведенных для них бит (2 ^ 8 = 256). Из полученного результата необходимо вычесть 2 (256-2). Дело в том, что состоящая из одних единиц (1) отведенная узлам часть IP-адреса предназначена для адреса широковещательной рассылки и не может принадлежать одному узлу. Часть, состоящая только из нулей, является идентификатором сети и тоже не может быть присвоена конкретному узлу. Возвести число 2 в степень без труда можно с помощью калькулятора, который есть в любой операционной системе Windows.
Иначе допустимое количество узлов можно определить, сложив значения доступных бит (128+64+32+16+8+4+2+1 = 255). Из полученного значения необходимо вычесть 1 (255-1 = 254), поскольку значение всех бит отведенной для узлов части не может равняться 1. 2 вычитать не нужно, поскольку сумма нулей равна нулю и в сложении не участвует.
В 16-битной маске для адресов узлов отводится 16 бит (два октета), и в одном из них все значения могут быть равны 1 (255). Это может быть и адрес широковещательной рассылки, но если другой октет не состоит из одних единиц, адрес можно использовать для узла. Не забывайте, что узел проверяет значения всех бит, а не значения одного октета.
Взаимодействие IP-адреса и маски подсети
Публичные и частные IP-адреса
Всем узлам, подключенным непосредственно к Интернету, необходим уникальный публичный IP-адрес. Поскольку количество 32-битных адресов конечно, существует риск, что их не хватит. В качестве одного из решений было предложено зарезервировать некоторое количество частных адресов для использования только внутри организации. В этом случае внутренние узлы смогут обмениваться данными друг с другом без использования уникальных публичных IP-адресов.
В соответствии со стандартом RFC 1918 было зарезервировано несколько диапазонов адресов класса A, B и C. Как видно из таблицы, в диапазон частных адресов входит одна сеть класса A, 16 сетей класса B и 256 сетей класса C. Таким образом, сетевые администраторы получили определенную степень свободы в плане предоставления внутренних адресов.
В очень большой сети можно использовать частную сеть класса A, где можно создать более 16 миллионов частных адресов.
В сетях среднего размера можно использовать частную сеть класса B с более чем 65 000 адресов.
В домашних и небольших коммерческих сетях обычно используется один частный адрес класса C, рассчитанный на 254 узла.
Одну сеть класса A, 16 сетей класса B или 256 сетей класса C могут использовать организации любого размера. Многие организации пользуются частной сетью класса A.
Узлы из внутренней сети организации могут использовать частные адреса до тех пор, пока им не понадобится прямой выход в Интернет. Соответственно, один и тот же набор адресов подходит для нескольких организаций. Частные адреса не маршрутизируются в Интернете и быстро блокируются маршрутизатором поставщика услуг Интернета.
При подключении сети предприятия, в которой используются частные адреса, к сети Internet необходимо обеспечить преобразование частных адресов в открытые. Такой процесс называется трансляцией сетевых адресов (Network Address Translation — NAT) и обычно выполняется маршрутизатором.
Частные адреса можно использовать как меру безопасности, поскольку они видны только в локальной сети, а посторонние получить прямой доступ к этим адресам не могут.
Кроме того, существуют частные адреса для диагностики устройств. Они называются адресами обратной связи. Для таких адресов зарезервирована сеть 127.0.0.0 класса А.
Адреса одноадресных, широковещательных и многоадресных рассылок
Помимо классов, IP-адреса делятся на категории, предназначенные для одноадресных, широковещательных или многоадресных рассылок. С помощью IP-адресов узлы могут обмениваться данными в режиме «один к одному» (одноадресная рассылка), «один ко многим» (многоадресная рассылка) или «один ко всем» (широковещательная рассылка).
Одноадресная рассылка
Адрес одноадресной рассылки чаще всего встречается в сети IP. Пакет с одноадресным назначением предназначен конкретному узлу. Пример: узел с IP-адресом 192.168.1.5 (источник) запрашивает веб-страницу с сервера с IP-адресом 192.168.1.200 (адресат).
Для отправки и приема одноадресного пакета в заголовке IP-пакета должен указываться IP-адрес назначения. Кроме того, в заголовке кадра Ethernet должен быть MAC-адрес назначения. IP-адрес и MAC-адрес — это данные для доставки пакета одному узлу.
Широковещательная рассылка
В пакете широковещательной рассылки содержится IP-адрес назначения, в узловой части которого присутствуют только единицы (1). Это означает, что пакет получат и обработают все узлы в локальной сети (домене широковещательной рассылки). Широковещательные рассылки предусмотрены во многих сетевых протоколах, например ARP и DHCP.
В сети класса C 192.168.1.0 с маской подсети по умолчанию 255.255.255.0 используется адрес широковещательной рассылки 192.168.1.255. Узловая часть – 255 или двоичное 11111111 (все единицы).
В сети класса B 172.16.0.0 с маской подсети по умолчанию 255.255.0.0 используется адрес широковещательной рассылки 172.16.255.255.
В сети класса A 10.0.0.0 с маской подсети по умолчанию 255.0.0.0 используется адрес широковещательной рассылки 10.255.255.255.
Для сетевого IP-адреса широковещательной рассылки нужен соответствующий MAC-адрес в кадре Ethernet. В сетях Ethernet используется MAC-адрес широковещательной рассылки из 48 единиц, который в шестнадцатеричном формате выглядит как FF-FF-FF-FF-FF-FF.
Многоадресная рассылка
Адреса многоадресных рассылок позволяют исходному устройству рассылать пакет группе устройств.
Устройства, относящиеся к многоадресной группе, получают ее IP-адрес. Диапазон таких адресов — от 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Поскольку адреса многоадресных рассылок соответствуют группам адресов (которые иногда называются группами узлов), они используются только как адресаты пакета. У источника всегда одноадресный адрес.
Адреса многоадресных рассылок используются, например, в дистанционных играх, в которых участвует несколько человек из разных мест. Другой пример — это дистанционное обучение в режиме видеоконференции, где несколько учащихся подключаются к одному и тому же курсу.
Как и одноадресным или широковещательным адресам, IP-адресам многоадресной рассылки нужен соответствующий MAC-адрес, позволяющий доставлять кадры в локальной сети. MAC-адрес многоадресной рассылки — это особое значение, которое в шестнадцатеричном формате начинается с 01-00-5E. Нижние 23 бита IP-адреса многоадресной группы преобразуются в остальные 6 шестнадцатеричных символов адреса Ethernet. Пример (см. рисунок) — шестнадцатеричное значение 01-00-5E-0F-64-C5. Каждому шестнадцатеричному символу соответствует 4 двоичных бита.
Сравнение протоколов IP версии 4 (IPv4) и IP версии 6 (IPv6)
Когда в 1980 году был утвержден стандарт TCP/IP, он основывался на схеме двухуровневой адресации, которая в то время давала необходимую масштабируемость. К сожалению, создатели TCP/IP не могли предположить, что их протокол станет основой для глобальной сети обмена информацией, сети развлечений и коммерции. Более двадцати лет назад в протоколе IP версии 4 (IPv4) была предложена стратегия адресации, которая, будучи вполне подходящей для того времени, привела к неэффективному распределению адресов.
Как показано на рис. ниже, адреса классов А и В покрывают 75% всего адресного пространства IPv4, но относительное число организаций, которые могли бы использовать сети этих классов, не превышает 17000. Сетей класса С значительно больше, чем сетей классов А и В, но количество доступных IP-адресов ограничивается всего 12,5% от их общего числа, равного 4 млрд.
К сожалению, в сетях класса С не может быть более 254 узлов, что не соответствует потребностям достаточно крупных организаций, но которые вместе с тем не настолько велики, чтобы получить адреса классов А и В. Даже если бы существовало больше адресов сетей классов А, В и С, слишком большое их число привело бы к тому, что маршрутизаторы сети Internet были бы вынуждены обрабатывать огромное количество таблиц маршрутизации, хранящих маршруты ко всем сетям.
Распределение адресов IPv4
Еще в 1992 году проблемная группа проектирования Internet (IETF) обнаружила две специфические проблемы:
- остаток нераспределенных адресов сетей IPv4 близок к исчерпанию. В то время адреса класса В были практически израсходованы;
- наблюдается быстрое и постоянное увеличение размеров таблиц маршрутизации сети Internet в связи с ее ростом. Появление новых подключенных к структуре Internet сетей класса С порождает поток информации, способный привести к тому, что маршрутизаторы сети Internet перестанут эффективно справляться со своими задачами.
За последние два десятилетия был разработан ряд технологий, расширяющих IPv4 и направленных для модернизации существующей 32-битовой схемы адресации. Две наиболее значительные из них — это маски подсетей и маршрутизация CIDR (Classless InterDomain Routing — бесклассовая междоменная маршрутизация).
Приблизительно в то же время была разработана и одобрена еще более расширяемая и масштабируемая версия технологии IP — IP версии 6 (IPv6). Протокол IPv6 использует для адресации 128 битов вместо 32-х битов в IPv4 (см. рис. ниже). В стандарте IPv6 используется шестнадцатеричная запись числа для представления 128-битовых адресов, и он позволяет использовать 16 млрд. IP-адресов. Эта версия протокола IP должна обеспечить необходимое количество адресов как на текущий момент, так и в будущем.
Для представления 128-битового адреса в протоколе IPv6 используется запись из восьми шестнадцатибитовых чисел, представляемых в виде четырех шестнадцатеричных цифр, как это показано на рис. ниже. Группы из четырех шестнадцатеричных цифр разделены двоеточиями, нули в старших позициях могут быть опущены.
Сравнение IPv4 и IPv6
Разработка и планирование технологии заняли годы, прежде чем протокол IPv6 постепенно начал использоваться в отдельных сетях. В перспективе стандарт IPv6 должен заменить IPv4 в качестве доминирующего протокола в сети Internet.
В данной статье описана только IP адресация, но не затронуты вопросы присвоения IP-адреса узлам в сети. В будущем я планирую восполнить и этот пробел.