Какие требования предъявляются к системе адресации

Какие требования предъявляются к адресации компьютеров?

Еще одной новой проблемой, которую нужно учитывать при объединении трех и более компьютеров, является проблема их адресации. К адресу узла сети и схеме его назначения можно предъявить несколько требований.

Адрес должен уникально идентифицировать компьютер в сети любого масштаба.

Схема назначения адресов должна сводить к минимуму ручной труд администратора и вероятность дублирования адресов.

Адрес должен иметь иерархическую структуру, удобную для построения больших сетей. Эту проблему хорошо иллюстрируют международные почтовые адреса, которые позволяют почтовой службе, организующей доставку писем между странами, пользоваться только названием страны адресата и не учитывать название его города, а тем более улицы. В больших сетях, состоящих из многих тысяч узлов, отсутствие иерархии адреса может привести к большим издержкам — конечным узлам и коммуникационному оборудованию придется оперировать с таблицами адресов, состоящими из тысяч записей.

Адрес должен быть удобен для пользователей сети, а это значит, что он должен иметь символьное представление например, Servers или www.cisco.com.

Адрес должен иметь по возможности компактное представление, чтобы не перегружать память коммуникационной аппаратуры — сетевых адаптеров, маршрутизаторов и т. п.

Нетрудно заметить, что эти требования противоречивы — например, адрес, имеющий иерархическую структуру, скорее всего будет менее компактным, чем неиерархический (такой адрес часто называют «плоским», то есть не имеющим структуры). Символьный же адрес скорее всего потребует больше памяти, чем адрес-число.

Так как все перечисленные требования трудно совместить в рамках какой-либо одной схемы адресации, то на практике обычно используется сразу несколько схем, так что компьютер одновременно имеет несколько адресов-имен. Каждый адрес используется в той ситуации, когда соответствующий вид адресации наиболее удобен. А чтобы не возникало путаницы и компьютер всегда однозначно определялся своим адресом, используются специальные вспомогательные протоколы, которые по адресу одного типа могут определить адреса других типов.

Три схемы адресации узлов.

Аппаратные (hardware) адреса. Эти адреса предназначены для сети небольшого или среднего размера, поэтому они не имеют иерархической структуры. Типичным представителем адреса такого типа является адрес сетевого адаптера локальной сети. Такой адрес обычно используется только аппаратурой, поэтому его стараются сделать по возможности компактным и записывают в виде двоичного или шестнадцатеричного значения, например 0081005е24а8. При задании аппаратных адресов обычно не требуется выполнение ручной работы, так как они либо встраиваются в аппаратуру компанией-изготовителем, либо генерируются автоматически при каждом новом запуске оборудования, причем уникальность адреса в пределах сети обеспечивает оборудование. Помимо отсутствия иерархии, использование аппаратных адресов связано еще с одним недостатком — при замене аппаратуры, например, сетевого адаптера, изменяется и адрес компьютера. Более того, при установке нескольких сетевых адаптеров у компьютера появляется несколько адресов, что не очень удобно для пользователей сети.

Символьные адреса или имена. Эти адреса предназначены для запоминания людьми и поэтому обычно несут смысловую нагрузку. Символьные адреса легко использовать как в небольших, так и крупных сетях. Для работы в больших сетях символьное имя может иметь сложную иерархическую структуру, например ftp-archl.ucl.ac.uk. Этот адрес говорит о том, что данный компьютер поддерживает ftp-архив в сети о дного из колледжей Лондонского университета (University College London — ucl) и эта сеть относится к академической ветви (ас) Internet Великобритании (United Kingdom — uk). При работе в пределах сети Лондонского университета такое длинное символьное имя явно избыточно и вместо него удобно пользоваться кратким символьным именем, на роль которого хорошо подходит самая младшая составляющего полного имени, то есть имя ftp-archl.

Числовые составные адреса. Символьные имена удобны для людей, но из-за переменного формата и потенциально большой длины их передача по сети не очень экономична. Поэтому во многих случаях для работы в больших сетях в качестве адресов узлов используют числовые составные адреса фиксированного и компактного форматов. Типичным представителями адресов этого типа являются IP- и IPX-адреса. В них поддерживается двухуровневая иерархия, адрес делится на старшую часть — номер сети и младшую — номер узла. Такое деление позволяет передавать сообщения между сетями только на основании номера сети, а номер узла используется только после доставки сообщения в нужную сеть; точно так же, как название улицы используется почтальоном только после того, как письмо доставлено в нужный город. В последнее время, чтобы сделать маршрутизацию в крупных сетях более эффективной, предлагаются более сложные варианты числовой адресации, в соответствии с которыми адрес имеет три и более составляющих. Такой подход, в частности, реализован в новой версии протокола IPv6, предназначенного для работы в сети Internet. В современных сетях для адресации узлов применяются, как правило, одновременно все три приведенные выше схемы. Пользователи адресуют компьютеры символьными именами, которые автоматически заменяются в сообщениях, передаваемых по сети, на числовые номера. С помощью этих числовых номеров сообщения передаются из одной сети в другую, а после доставки сообщения в сеть назначения вместо числового номера используется аппаратный адрес компьютера. Сегодня такая схема характерна даже для небольших автономных сетей, где, казалось бы, она явно избыточна — это делается для того, чтобы при включении этой сети в большую сеть не нужно было менять состав операционной системы.

Проблема установления соответствия между адресами различных типов, которой занимается служба разрешения имен, может решаться как полностью централизованными, так и распределенными средствами. В случае централизованного подхода в сети выделяется один компьютер (сервер имен), в котором хранится таблица соответствия друг другу имен различных типов, например символьных имен и числовых номеров. Все остальные компьютеры обращаются к серверу имен, чтобы по символьному имени найти числовой номер компьютера, с которым необходимо обменяться данными.

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

Понимание сетевых технологий крайне необходимо для настройки сложных сред, эффективного обмена информацией между серверами, управления нодами, а также при разработке безопасных сетевых политик.

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.

Что такое IP-адрес?

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.

Разница между IPv4 и IPv6

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.

Типичный адрес IPv4 выглядит примерно так:

Самым низким значением в октете является 0, а самым высоким – 255.

Также можно выразить этот адрес в двоичном коде, чтобы лучше понять строение адреса (в примере каждые 4 бита для удобочитаемости заменены пробелом, а точки пунктиром):

1100 0000 — 1010 1000 — 0000 0000 — 0000 0101

Оба приведённые выше формата выражают один и тот же адрес.

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:

Этот адрес можно записать в компактном формате. Правила IPv6 позволяют удалять любые ведущие нули из каждого октета и заменять диапазоны обнуленных групп двойным двоеточием (: :).

К примеру, если в IPv6 есть такая группа:

Вы можете ввести просто:

Диапазон IPv6 с несколькими группами нулей:

можно сократить до:

Сокращение можно применять только один раз для каждого адреса, иначе полный адрес будет невозможно восстановить.

Сегодня всё чаще используется IPv6, но в остальных примерах статьи будут использоваться адреса IPv4, потому что с меньшим адресным пространством проще работать.

Классы и зарезервированные диапазоны IPv4

Обычно IP-адреса состоят из двух компонентов. Первая часть адреса определяет сеть, частью которой является адрес. Вторая часть используется для указания хоста в этой сети.

Граница между первым и вторым компонентом адреса определяется настройками сети.

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.

Класс А: 0—. Если первый бит в адресе – 0, значит, адрес относится к диапазону А (это адреса от 0.0.0.0 до 127.255.255.255).
Класс B: 10–. К этому классу относятся все адреса от 128.0.0.0 до 191.255.255.255. Это адреса, первый бит которых представлен единицей, а второй – нет.
Класс C: 110-. Это адреса от 192.0.0.0 до 223.255.255.255. Их первые два бита представлены единицей, а третий – нет.
Класс D: 1110. Первые три бита этого класса представлены единицей. Это адреса в диапазоне от 224.0.0.0 до 239.255.255.255.
Класс Е: 1111. Это адреса в диапазоне от 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Этот класс включает в себя все адреса, которые начинаются с 1111.

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.

Классы А-С по-разному разделяют компонент сети и компонент хоста.

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.

Зарезервированные частные диапазоны

Некоторые части пространства IPv4 зарезервированы для конкретных целей.

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.

Любой компьютер, не подключенный к Интернету напрямую (т. е. компьютер, который проходит через маршрутизатор или другую систему NAT), может использовать эти адреса по своему усмотрению.

Больше о зарезервированных адресах можно узнать в Википедии.

Сетевые маски и подсети

Подсети – это сети, которые получаются в результате процесса деления сети на более мелкие сетевые разделы. Подсети используются для различных целей и помогают изолировать группы хостов и управлять ними.

Как говорилось выше, каждое адресное пространство делится на сетевую часть и часть хоста. Часть адреса, которую каждый из них занимает, зависит от класса, которому принадлежит адрес.

Например, для адресов класса C первые 3 октета используются для описания сети: в адресе 192.168.0.15 часть 192.168.0 описывает сеть, а 15 – хост.

По умолчанию каждая сеть имеет только одну подсеть, которая содержит все адреса нод.

Сетевая маска – это спецификация количества адресных битов, которые используются для части сети. Маска подсети – это еще одна сетевая маска, используемая для дальнейшего разделения сети.

Каждый бит адреса, который считается значимым для описания сети, должен быть представлен в сетевой маске как 1.

Например, адрес 192.168.0.15 можно выразить в бинарном коде:

1100 0000 — 1010 1000 — 0000 0000 — 0000 1111

Идентификатор сети в адресах класса C – это первые 3 октета, или первые 24 бита. Поскольку эти биты важны и их нужно сохранить, сетевая маска будет выглядеть следующим образом:

1111 1111 — 1111 1111 — 1111 1111 — 0000 0000

В обычном формате IPv4 это будет выглядеть так:

Каждый бит, отмеченный в бинарном представлении сетевой маски нулём, считается идентификатором хоста и может изменяться. Биты, отмеченные единицей, постоянны (хотя в сети или подсети это не всегда так).

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:

1100 0000 — 1010 1000 — 0000 0000 — 0000 0000

Его можно выразить как 192.168.0.0. Спецификация хоста является отличием между этим исходным значением и частью хоста. В данном случае это «0000 1111» или 15.

Подсети берут часть пространства хоста адреса и использует его как дополнительную сетевую спецификацию для дальнейшего разделения адресного пространства.

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.

Продолжим работать с предыдущим примером. Часть сети:

1100 0000 — 1010 1000 — 0000 0000

Первый бит хоста можно использовать для обозначения подсети. Для этого нужно настроить маску подсети, вместо:

1111 1111 — 1111 1111 — 1111 1111 — 0000 0000

1111 1111 — 1111 1111 — 1111 1111 — 1000 0000

В традиционной нотации IPv4 это будет выглядеть так:

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.

Бесклассовая адресация CIDR

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.

Например, выразить связь IP-адреса 192.168.0.15 с сетевой маской 255.255.255.0 можно с помощью CIDR-нотации 192.168.0.15/24. Это означает, что первые 24 бита указанного IP-адреса считаются значимыми для сетевой маршрутизации.

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.

CIDR-нотация позволяет объединить эти блоки, определив этот блок как 192.168.0.0/23. Это значит, что 23 бита используются для части сети.

Таким образом, первая сеть (192.168.0.0) может быть представлена в двоичном коде так:

1100 0000 — 1010 1000 — 0000 0000 — 0000 0000

А вторая сеть (192.168.1.0) – так:

1100 0000 — 1010 1000 — 0000 0001 — 0000 0000

CIDR-адрес значит, что 23 бита используются в адресной части сети. Это эквивалентно сетевой маске 255.255.254.0, или:

1111 1111 — 1111 1111 — 1111 1110 — 0000 0000

Как видите, в этом блоке 24-й бит может быть 0 или 1, и такой адрес все равно подойдёт, так как ля сетевой части важны только первые 23 бита.

В целом, CIDR позволяет контролировать адресацию непрерывных блоков IP-адресов. Это намного удобнее, чем подсеть.

Заключение

Теперь вы знакомы с некоторыми механизмами адресации и основами протокола IP. Понимание сетевых технологий поможет правильно настроить программное обеспечение и его компоненты.

Существует много полезных онлайн-инструментов, которыми вы можете пользоваться при работе с сетями:

Идентификация компьютеров путем адресации IP.

Одной из самых важных тем при рассмотрении TCP/IP является адресация IP . Адрес IP — числовой идентификатор , приписанный каждому компьютеру в сети IP и обозначающий местонахождение в сети устройства , которому он приписан . Адрес IP — это адрес программного , а не аппаратного обеспечения, закодированный в плате компьютера . IP-адрес узла идентифицирует точку доступа модуля IP к сетевому интерфейсу , а не всю машину.

2. Иерархическая схема адресации IP.

Адрес IP состоит из 32 бит информации , которые разбиты на четыре раздела по одному байту каждый и называются октетами.

Существует три способа изображения адресов IP:

Десятичный с точками , например 130 . 57 . 30 . 56
Бинарный , например 10000010 . 00111001 . 00011110 . 00111000
Шестнадцатеричный , например 82 . 39 . 1Е . 38 .

Все приведенные примеры обозначают один и тот же адрес IP . 32-битовый адрес IP является структурированным , или иерархическим , в отличие от прямого (неиерархического). Хотя можно применять любую схему адресации любого типа , в силу достаточно серьезных причин предпочтение отдано иерархической схеме.

Пример прямой схемы адресации — номер паспорта. В нем нет разрядов, обозначающих конкретные области или свойства индивида, которому он приписан. Если бы такой метод был бы применен при адресации IP , для каждого компьютера Internet потребовался бы абсолютно уникальный номер , каковым и является номер страхового полиса . Положительным свойством такой схемы является то , что в ней может быть описано большое количество адресов , а именно 4,2 млрд. (пространстао 32-битового адреса с двумя возможными значениями для каждой позиции — 0 или 1 — 2 32 , или 4,2 млрд.) . Ее недостаток и причина , по которой она не применяется , связаны с маршрутизацией . Если все адреса уникальны , то все маршрутизаторы Internet должны хранить адреса всех компьютеров сети , что делает эффективную маршрутизацию практически невозможной даже при дроблении адресов .

Решение проблемы — в использовании двухуровневой иерархической схемы адресации, структурированной по классу , рангу , степени и т.п.. Примером может служить междугородний телефонный номер . Первая его часть обозначает , возможно , очень широкий регион , за ней следует код более узкой , локальной , части телефонной сети , а конечный сегмент — номер абонента — обозначает конкретный аппарат связи. Аналогично при иерархической адресации IP все 32 бита не считаются уникальным идентификатором , как в прямой схеме ; первая часть адреса определяется как адрес сети , вторая — как адрес узла . В результате весь адрес приобретает двухуровневую иерархическую структуру .

Адрес сети уникальным образом идентифицирует каждую сеть . Он представляет собой часть адреса IP каждого из компьютеров , входящих в одну и ту же сеть . Например , в адресе IP 130 . 57 . 30 . 56 сетевым адресом является 130 . 57 .

Адрес узла присваивается каждому компьютеру сети и идентифицирует его уникальным образом. Эта часть адреса должна быть уникальной, поскольку обозначает отдельный компьютер как «индивид» , в отличие от сети , которая является группой . Его можно назвать также адресом хост-узла . В примере адреса IP 130 . 57 . 30 . 56 адрес узла — 30 . 56 .

3. Классы сетей.

Проектировщики Internet решили выделить классы сетей исходя из их размера .

Сети класса А предназначены главным образом для использования крупными организациями , так как они обеспечивают всего 7 бит для поля адреса сети.

Сети класса В выделяют 14 бит для поля адреса сети и 16 бит для поля адреса главной вычислительной машины . Этот класс адресов обеспечивает хороший копромисс между адресным пространством сети и главной вычислительной машиной .

Сети класса С выделяют 22 бита для поля адреса сети . Однако сети класса С обеспечивают только 8 бит для поля адреса главной вычислительной машины , поэтому число главных вычислительных машин , приходящихся на сеть , может стать ограничивающим фактором.

Адреса класса D резервируются для групповой адресации в соответствии с офицыальным документом RFC-1112 . В адресах класса D четыре бита наивысшего порядка устанавливаются на значения 1 , 1 , 1 и 0 .

Адреса класса Е также определены IP ,но зарезервированы для использования вбудущем . В адресах класса Е все четыре бита наивысшего порядка устанавливаются в 1 .

На рис.1.1 изображена структура адресов сетей классов А-Е

Рис. 1. 1

С целью обеспечения эффективной маршрутизации разработчики Internet определили обязательный шаблон первого битового раздела для каждого класса сетей. Например, зная, что адрес сети класса А всегда начинается с 0, маршрутизатор может ускорить движение пакета по маршруту, прочитав только первый бит его адреса .

Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А, и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. (Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специальных целей, о чем будет сказано ниже.) В сетях класса А количество узлов должно быть больше 216 , но не превышать 224.
Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В и является сетью средних размеров с числом узлов 28 — 216. В сетях класса В под адрес сети и под адрес узла отводится по 16 битов, то есть по 2 байта.
Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С с числом узлов не больше 28. Под адрес сети отводится 24 бита, а под адрес узла — 8 битов.
Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес — multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.
Если адрес начинается с последовательности 11110, то это адрес класса Е, он зарезервирован для будущих применений.

В табл.1.2 приведено соответствие классов адресов значениям первого октета и указано количество возможных IP-адресов каждого класса .

Табл. 1 . 2

Характеристики классов адресов.

Класс	Диапазон значений первого октета	Возможное кол-во сетей	Возможное кол-во узлов
А	1-126	126	16777214
В	128-191	16382	65534
С	192-223	2097150	254
D	224-239	—	—
Е	240-247	—	—

Некоторые IP-адреса являются выделенными и трактуются по-особому.

Табл. 1 . 3

Выделенные IP-адреса.

IP-адрес	Значение
Все нули	Данный узел
Номер сети \| Все нули	Данная IP-сеть
Все нули \| Номер узла	Узел в данной(локальной)IP-сети
Все единицы	Все узлы в данной (локальной)IP-сети
Номер сети \| Все единицы	Все узлы в указанной IP-сети
Номер сети \| Все единицы	Все узлы в указанной IP-сети
127 \| Что-нибудь(часто 1)	«Петля»

Как показано в табл.1.3, в выделенных IP-адресах все нули соответствуют либо данному узлу, либо данной IP-сети, а IP-адреса,состоящие из всех единиц, используются при широковещательных передачах. Для ссылок на всю IP-сеть в целом используется IP-адрес с нулевым номером узла.Особый смысл имеет IP-адрес, первый октет которого равен 127. Он используется для тестирования программ и взаимодействия процессов в пределах одной машины . Когда программа посылает данные по IP-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 IP-сети запрещается присваивать машинам IP-адреса, начинающиеся со 127.

4. Выбор адреса.

Прежде чем вы начнете использовать сеть с TCP/IP, вы должны получить один или несколько официальных сетевых номеров. Выделением номеров (как и многими другими вопросами) занимается DDN Network Information Center(NIC). Выделение номеров производится бесплатно и занимает около недели . Вы можете получить сетевой номер вне зависимости от того , для чего предназначена ваша сеть. Даже если ваша сеть не имеет связи с об’единенной сетью Internet, получение уникального номера желательно, так как в этом случае есть гарантия, что в будущем при включении в Internet или при подключении к сети другой организации не возникнет конфликта адресов.

Одно из важнейших решений, которое необходимо принять при установке сети , заключается в выборе способа присвоения IP-адресов вашим машинам . Этот выбор должен учитывать перспективу роста сети. Иначе в дальнейшем вам придется менять адреса . Когда к сети подключено несколько сотен машин , изменение адресов становится почти невозможным.

Организации, имеющие небольшие сети с числом узлов до 126, должны запрашивать сетевые номера класса C. Организации с большим числом машин могут получить несколько номеров класса C или номер класса B.

Какие требования предъявляются к сетевой адресации

— это некоторый документ, подготовленный и распространенный одним человеком или группой людей с целью продвижения идей по развитию сетей, Интернета и компьютерных коммуникаций.

Компьютерная сеть

Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров, устройств печати, сетевых устройств и компьютерных программ, связанных между собой кабелями или радиоволнами.

Азбука Морзе

1844 Морзе посылает телеграмму с текстом «What hath God wrought!» из Балтимора в Вашингтон. Морзе использует код, состоящий из коротких и длинных импульсов, представляющие буквы и слова. Этот код был назван

Создание телефонного коммутатора

1877 Первый коммерческий телефон введен в эксплуатацию банкиром Росвеллом Даунером (Roswell Downer), который установил связь на расстоянии трех миль между своим домом и офисом в банке. В том же году Е. Т. Holmes (Холмс) конструирует первый телефонный коммутатор, соединивший завод и четыре банка в Бостоне. Поскольку Холмс был производителем охранных сигнализаций, коммутатор по ночам работал так же как банковская сигнализация.

Изобретение импульсно-кодовой модуляции

1937 Алекс Ривз (Alex Reeves) разрабатывает метод дискретизации голосового сигнала, названный импульсно-кодовой модуляцией (Pulse Code Modulation, PCM).Этот метод впоследствии применяется в телефонных сетях в США. ИКМ-модуляция для передачи голоса использует 8-разрядную схему кодирования

Мультипроцессорные компьютеры

В мультипроцессорных компьютерах имеется несколько процессоров, каждый из которых может независимо от остальных выполнять свою программу. В мультипроцессоре существует общая для всех процессоров операционная система, которая оперативно распределяет вычислительную нагрузку между процессорами. Взаимодействие между отдельными процессорами организуется через общую оперативную память.Важным свойством мультипроцессорных систем является отказоустойчивость, способность к продолжению работы при отказах некоторых элементов, например процессоров или блоков памяти.

Многомашинные системы

Многомашинная система — это вычислительный комплекс, включающий в себя несколько компьютеров (каждый из которых работает под управлением собственной операционной системы), а также программные и аппаратные средства связи компьютеров, которые обеспечивают работу всех компьютеров комплекса как единого целого.

Вычислительные сети

Вычислительные сети — В вычислительных сетях основными элементами сети являются стандартные компьютеры. Связь между компьютерами осуществляется с помощью сетевых адаптеров, соединенных относительно протяженными каналами связи. Каждый компьютер работает под управлением собственной операционной системы. Взаимодействие между компьютерами сети происходит за счет передачи сообщений через сетевые адаптеры и каналы связи.

Распределенные программы

Распределенная программа — это программа, которая состоит из нескольких взаимодействующих частей причем каждая часть, как правило, выполняется на отдельном компьютере сети.

Связь компьютера с периферийными устройствами

Для обмена данными между компьютером и периферийным устройством (ПУ) в компьютере предусмотрен внешний интерфейс , а также набор правил обмена информацией по этим проводам протокол.

Интерфейс реализуется со стороны компьютера совокупностью аппаратных и программных средств: контроллером ПУ и специальной программой, которую называют драйвером соответствующего ПУ.

Проблемы физической передачи данных по ЛС

В вычислительной технике для представления данных используется двоичный код. Внутри компьютера единицам и нулям данных соответствуют дискретные электрические сигналы. Представление данных в виде электрических или оптических сигналов называется кодированием.

Виды искажений

Топология физических связей

Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети и другое оборудование(например концентраторы), а ребрам — физические связи между ними. Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой

Полносвязная топология

соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными.

Ячеистая топология

получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными.

Топология общая шина

В общей шине компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю по схеме «монтажного ИЛИ». Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети.

Топология звезда

каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети.

Топология кольцевая

данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер.

Требования к адресации компьютеров

Адрес должен уникально идентифицировать компьютер в сети любого масштаба.

Адрес должен иметь иерархическую структуру, удобную для построения больших сетей.

Адрес должен быть удобен для пользователей сети, а это значит, что он должен иметь символьное представление.

Апаратные адреса

Эти адреса предназначены для сети небольшого или среднего размера и не имеют иерархической структуры (например адрес такого типа является адрес сетевого адаптера локальной сети).

Символьные адреса

Эти адреса предназначены для запоминания людьми и поэтому обычно несут смысловую нагрузку. Символьные адреса легко использовать как в небольших, так и крупных сетях.

Числовые составные адреса

для работы в больших сетях в качестве адресов узлов используют числовые составные адреса фиксированного и компактного форматов

Адресация компьютеров в сети

Еще одной новой проблемой, которую нужно учитывать при объединении трех и более компьютеров, является проблема их адресации. К адресу узла сети и схеме его назначения предъявляются следующие требования:

§ Адрес должен уникально идентифицировать компьютер в сети любого масштаба.

§ Схема назначения адресов должна сводить к минимуму ручной труд администратора и вероятность дублирования адресов.

§ Адрес должен иметь иерархическую структуру, удобную для построения больших сетей.

§ Адрес должен быть удобен для пользователей сети, а это значит, что он должен иметь символьное представление (например, Servers или www.cisco.coм).

§ Адрес должен иметь по возможности компактное представление, чтобы не перегружать память коммуникационной аппаратуры — сетевых адаптеров, маршрутизаторов и т. п.

Так как все перечисленные требования трудно совместить в рамках какой-либо одной схемы адресации, то на практике обычно используется сразу несколько схем, так что компьютер одновременно имеет несколько адресов-имен. Каждый адрес используется в той ситуации, когда соответствующий вид адресации наиболее удобен. А чтобы не возникало путаницы и компьютер всегда однозначно определялся своим адресом, используются специальные вспомогательные протоколы, которые по адресу одного типа могут определить адреса других типов.

Наибольшее распространение получили три схемы адресации узлов:

Аппаратные адреса “00-aa-00-62-c6-09” предназначены для сети небольшого или среднего размера, поэтому они не имеют иерархической структуры. Типичным представителем адреса такого типа является адрес сетевого адаптера локальной сети. Такой адрес обычно используется только аппаратурой, поэтому его стараются сделать по возможности компактным и записывают в виде двоичного или шестнадцатеричного значения, например 0081005е24а8. При задании аппаратных адресов обычно не требуется выполнение ручной работы, так как они либо встраиваются в аппаратуру компанией-изготовителем, либо генерируются автоматически при каждом новом запуске оборудования, причем уникальность адреса в пределах сети обеспечивает оборудование. Использование аппаратных адресов связано еще с одним недостатком — при замене аппаратуры, например, сетевого адаптера, изменяется и адрес компьютера.

Символьные имена или адреса. Эти адреса предназначены для запоминания людьми и поэтому обычно несут смысловую нагрузку. Для работы в больших сетях символьное имя может иметь сложную иерархическую структуру, например ftp-archl.ucl.ac.uk Этот адрес говорит о том, что данный компьютер поддерживает ftp-архив в сети одного из колледжей Лондонского университета (University College London — uсl) и эта сеть относится к академической ветви (ас) Internet Великобритании (United Kingdom — uk).

Числовые адреса. 157.55.85.212 Символьные имена удобны для людей, но из-за переменного формата и потенциально большой длины их передача по сети не очень экономична. Поэтому во многих случаях для работы в больших сетях в качестве адресов узлов используются числовые составные адреса фиксированного и компактного форматов.

Типичным представителями адресов этого типа являются IР-и IPX-адреса. В них поддерживается двухуровневая иерархия, адрес делится на старшую часть — номер сети и младшую — номер узла. Такое деление позволяет передавать сообщения между сетями только на основании номера сети, а номер узла используется только после доставки сообщения в нужную сеть; точно так же, как название улицы используется почтальоном только после того, как письмо доставлено в нужный город. В последнее время, чтобы сделать маршрутизацию в крупных сетях более эффективной, предлагаются более сложные варианты числовой адресации, в соответствии с которыми адрес имеет три и более составляющих. Такой подход, в частности, реализован в новой версии протокола IPv6.

В современных сетях для адресации узлов применяются, как правило, одновременно все три приведенные выше схемы. Пользователи адресуют компьютеры символьными именами, которые автоматически заменяются в сообщениях, передаваемых по сети, на числовые номера. С помощью этих числовых номеров сообщения передаются из одной сети в другую, а после доставки сообщения в сеть назначения вместо числового номера используется аппаратный адрес компьютера.

Проблема установления соответствия между адресами различных типов, которой занимается специальная сетевая служба ( служба имен ), может решаться как полностью централизованными, так и распределенными средствами.

В случае централизованного подхода в сети выделяется один компьютер (сервер имен), в котором хранится таблица соответствия друг другу имен различных типов, например символьных имен и числовых номеров. Все остальные компьютеры обращаются к серверу имен, чтобы по символьному имени найти числовой номер компьютера, с которым необходимо обменяться данными. Наиболее известной службой централизованного разрешения имен является служба Domain Name System (DNS), используемая в Internet.

При другом, распределенном подходе, каждый компьютер сам решает задачу установления соответствия между именами. Например, если пользователь указал для узла назначения числовой номер, то перед началом передачи данных компьютер-отправитель посылает всем компьютерам сети сообщение (такое сообщение называется широковещательным)с просьбой опознать это числовое имя. Все компьютеры, получив это сообщение, сравнивают заданный номер со своим собственным. Тот компьютер, у которого обнаружилось совпадение, посылает ответ, содержащий его аппаратный адрес, после чего становится возможным отправка сообщений по локальной сети.

Распределенный подход хорош тем, что не предполагает выделения специального компьютера, который к тому же часто требует ручного задания таблицы соответствия имен.

Недостатком распределенного подхода является необходимость широковещательных сообщений — такие сообщения перегружают сеть, так как они требуют обязательной обработки всеми узлами, а не только узлом назначения. Поэтому распределенный подход используется только в небольших локальных сетях. В крупных сетях распространение широковещательных сообщений по всем ее сегментам становится практически нереальным, поэтому для них характерен централизованный подход.

1. Какие требования предъявляются к адресам компьютеров в сети?

2. Расскажите об особенностях трех схем адресации компьютеров в сети.

3. Для чего совместно используются разные схемы адресации?

4. Как решается проблема установления соответствия разных типов адресов?

Основные схемы адресации узлов компьютерной сети.

Основные схемы адресации узлов

компьютерной сети.

К адресу узла сети и схеме его назначения предъявляют следующие требования:
1) адрес должен уникально идентифицировать компьютер в любой сети (от локальной до глобального масштаба);
2) адрес должен быть удобен для построения больших сетей и иметь иерархическую структуру. Почтовые международные адреса хорошо иллюстрируют эту проблему. Почтовой службе, организующей доставку писем между странами, достаточно пользоваться только названием страны адресата и не учитывать название его города, а тем более улицы. В глобальных сетях, состоящих из многих тысяч узлов, отсутствие иерархии адреса может привести к большим издержкам;

3) адрес должен иметь символьное представление и должен быть удобен для пользователей сети, например, Servers1 или www.sura.com;

4) чтобы не перегружать память коммуникационной аппаратуры (сетевых адаптеров, маршрутизаторов, коммутаторов и т. п) адрес должен иметь по возможности компактное представление;
5) схема назначения адресов должна исключать вероятность дублирования адресов, сводить к минимуму ручной труд администратора.

К сожалению все эти требования достаточно противоречивы — например, адрес, имеющий иерархическую структуру, будет менее компактным, чем неиерархический («плоский», то есть не имеющим структуры). На символьный адрес потребуется больше памяти, чем на адрес-число. На практике используется сразу несколько схем назначения адресов, поэтому компьютер одновременно имеет несколько адресов-имен. Каждый адрес используется в той ситуации, когда соответствующий вид адресации наиболее удобен. Чтобы не возникало путаницы и компьютер всегда однозначно определялся своим адресом, используются специальные вспомогательные протоколы, которые по адресу одного типа могут определить адреса других типов.

В современных компьютерных сетях широко используются следующие схемы адресации узлов сети:
1) аппаратные адреса — эти адреса не имеют иерархической структуры и предназначены для сети небольшого или среднего размера (например, адрес сетевого адаптера локальной сети). Аппаратный адрес обычно используется только аппаратурой, поэтому его стараются сделать по возможности компактным и записывают в виде двоичного или шестнадцатеричного значения, например 0061004е76а3. Уникальность адреса в пределах сети обеспечивает оборудование так как адрес либо встраиваются в аппаратуру компанией-изготовителем, либо генерируются автоматически при каждом новом запуске оборудования. При замене сетевого адаптера, изменяется и адрес компьютера, а при установке нескольких сетевых адаптеров у компьютера появляется несколько адресов, что не очень удобно для пользователей сети;
2) имена или символьные адреса — эти адреса несут смысловую нагрузку и предназначены для запоминания людьми. Символьные адреса используют как в небольших, так и глобальных сетях. Для работы в глобальных сетях символьное имя имеет сложную иерархическую структуру, например ftp-auto1.gtu.ai.ru (база данных автомобиль1, государственный технический университет, авторы изобретений, Россия). В пределах университета такое длинное символьное имя явно избыточно и вместо него удобно пользоваться кратким символьным именем, на роль которого хорошо подходит самая младшая составляющего полного имени, то есть имя ftp-auto1. Символьные имена удобны для восприятия людьми, но из-за переменного формата большой длины их передача по сети связана с большими затратами и не очень экономична.
3) числовые составные адреса — (IP- и IPX-адреса). Во многих случаях для работы в больших сетях в качестве адресов узлов сети используют числовые составные адреса фиксированного и компактного форматов. Типичным представителями адресов этого типа являются IP- и IPX-адреса, в которых поддерживается двухуровневая иерархия (адрес делится на старшую часть — номер сети и младшую — номер узла). Передача сообщения между сетями осуществляется на основании номера сети, а номер узла используется только после доставки сообщения в нужную сеть. В последнее время, чтобы сделать маршрутизацию в крупных сетях более эффективной, предлагаются более сложные варианты числовой адресации, в соответствии с которыми адрес имеет три и более составляющих (новая версия протокола IPv6, предназначенного для работы в сети Internet).

В современных сетях для адресации узлов применяются, как правило, одновременно все три приведенные выше схемы. Пользователи адресуют компьютеры символьными именами, которые автоматически заменяются в сообщениях, передаваемых по сети, на числовые номера. С помощью этих числовых номеров сообщения передаются из одной сети в другую, а после доставки сообщения в сеть назначения вместо числового номера используется аппаратный адрес компьютера. Сегодня такая схема характерна и для небольших локальных сетей, — это делается для того, чтобы при включении этой сети в большую сеть не нужно было менять состав операционной системы.

Проблемой установления соответствия между адресами различных типов, занимается служба разрешения имен, решение этой проблемы может быть осуществлено как полностью централизованными, так и распределенными средствами. При централизованном подходе в сети выделяется один компьютер (сервер имен), в котором хранится таблица соответствия друг другу имен различных типов (например символьных имен и числовых номеров). Все остальные компьютеры сети обращаются к серверу имен, и по символьному имени находят соответствующий числовой номер компьютера, с которым необходим обмен данными.

При распределенном подходе каждый компьютер решает задачу установления соответствия между именами сам. Например, если пользователь указал для узла назначения числовой номер, то перед началом передачи данных компьютер-отправитель посылает всем компьютерам сети широковещательное сообщение с просьбой опознать это числовое имя. Все компьютеры сети, получив это сообщение, сравнивают заданный номер со своим собственным. И тот компьютер, у которого обнаружилось совпадение, посылает ответ, содержащий его аппаратный адрес, после чего становится возможным отправка сообщений по локальной сети. Распределенный подход экономичен и не предполагает выделения специального компьютера, который часто требует ручного задания таблицы соответствия имен, но широковещательные сообщения перегружают сеть, так как они требуют обязательной обработки всеми узлами, а не только узлом назначения. Распределенный подход обычно используется только в небольших локальных сетях.

В крупных сетях распространение широковещательных сообщений по всем ее сегментам практически невозможно, поэтому для них характерен централизованный подход. Самая широко используемая в настоящее время служба централизованного разрешения имен — служба Domain Name System (DNS) сети Internet.

Адресация компьютера в сети

Адресация в Интернет
Адресация и маршрутизация в компьютерных сетях. DNS-имя
Адресация и маршрутизация в компьютерных сетях. МАС-адрес.
Аппаратное обеспечение персонального компьютера.
Базовая аппаратная конфигурация компьютера
Блок схема устройства компьютера
В процессе вывода знака на экран компьютера производится обратное перекодирование, т. е. преобразование двоичного кода знака в его изображение.
Вид, категория и регламент труда с применением компьютера
Виды периферийного оборудования компьютера, их краткая характеристика.
Внешние устройства компьютера
Воздействующие на пользователя компьютера

К адресу узла сети и схеме его назначения можно предъявить несколько требований.

 Адрес должен уникально идентифицировать компьютер в сети любого масштаба.

 Схема назначения адресов должна сводить к минимуму ручной труд администратора и вероятность дублирования адресов.

 Адрес должен иметь иерархическую структуру, удобную для построения больших сетей. Эту проблему хорошо иллюстрируют международные почтовые адреса, которые позволяют почтовой службе, организующей доставку писем между странами, пользоваться только названием страны адресата и не учитывать название его города, а тем более улицы. В больших сетях, состоящих из многих тысяч узлов, отсутствие иерархии адреса может привести к большим издержкам — конечным узлам и коммуникационному оборудованию придется оперировать с таблицами адресов, состоящими из тысяч записей.

 Адрес должен быть удобен для пользователей сети, а это значит, что он должен иметь символьное представление например, Бухгалтерия или www.tut.by

 Адрес должен иметь по возможности компактное представление, чтобы не перегружать память коммуникационной аппаратуры — сетевых адаптеров, маршрутизаторов и т. п.

Наибольшее распространение получили три схемы адресации узлов.

 Аппаратные (hardware) адреса. Типичным представителем адреса такого типа является адрес сетевого адаптера локальной сети. Такой адрес обычно используется только аппаратурой, так как они либо встраиваются в аппаратуру компанией-изготовителем, либо генерируются автоматически при каждом новом запуске оборудования, причем уникальность адреса в пределах сети обеспечивает оборудование. Например, аппаратный адрес сетевого адаптера Ethernet имеет длину 6 байт и обычно записывается в шестнадцетиричном виде, например 12:34:56:78:90:AB.

 Символьные адреса или имена. Эти адреса предназначены для запоминания людьми и поэтому обычно несут смысловую нагрузку. Символьные адреса легко использовать как в небольших, так и крупных сетях.

 Числовые составные адреса. Символьные имена удобны для людей, но из-за переменного формата и потенциально большой длины их передача по сети не очень экономична. Поэтому во многих случаях для работы в больших сетях в качестве адресов узлов используют числовые составные адреса фиксированного и компактного форматов. Типичным представителями адресов этого типа являются IP- и IPX-адреса. В них поддерживается двухуровневая иерархия, адрес делится на старшую часть — номер сети и младшую — номер узла. Такое деление позволяет передавать сообщения между сетями только на основании номера сети, а номер узла используется только после доставки сообщения в нужную сеть; точно так же, как название улицы используется почтальоном только после того, как письмо доставлено в нужный город.

Каждый адрес используется в той ситуации, когда соответствующий вид адресации наиболее удобен. Для сопоставления адресов различных форматов используются протоколы разрешения имен.

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.)