Міжмережна схема адресації, що застосовується у протоколі ІР, описана у документах RFC 990 i RFC 997. В її основі покладено принцип відокремлення адресації мереж від адресації пристроїв у цих мережах. Така схема полегшує маршрутизацію. При цьому адреси повинні призначатися упорядковано (послідовно), для того, щоб зробити маршрутизацію більш ефективною.
При застосуванні у мережі стеку протоколів ТСР/ІР порти кінцевих пристроїв отримують унікальні адреси, тобто адресується не сам пристрій у мережі, а визначене з’єднання цього пристрою з мережею. Ця схема приводить до низки неподобств. Одним з них є необхідність заміни адреси пристрою при переміщенні його у іншу мережу. Другий недолік в тім, що для роботи з пристроєм, який має декілька підключень у розподіленій мережі, необхідно знати всі його адреси, які ідентифікують ці підключення.
Отже для кожного пристрою у мережах ІР можна говорити про адреси трьох рівнів:
- Фізична адреса пристрою (точніше – визначеного інтерфейсу). Для пристроїв у мережах Ethernet – це МАС-адреса мережної карти або порту маршрутизатора. Ці адреси призначаються виробниками обладнання. Фізична адреса має шість байтів: старші три байти – ідентифікатор фірми-виробника. Молодші три байти призначаються самим виробником;
- ІР-адреса, що складається з чотирьох байтів. Ця адреса застосовується на мережному рівні еталонної моделі OSI;
- Символьний ідентифікатор – ім’я. Цей ідентифікатор може призначатися адміністратором довільно.
Коли протокол ІР був стандартизований у вересні 1981 року, його специфікація вимагала, щоб кожний пристрій, підключений до мережі, мав унікальну 32-бітну адресу. Ця адреса поділяється на дві частини. Перша частина адреси ідентифікує мережу, в якій розміщений пристрій. Друга частина однозначно ідентифікує самий пристрій у рамках мережі. Така схема приводить до дворівневої адресної ієрархії.
Зараз поле номера мережі у адресі називається мережним префіксом, так як воно ідентифікує мережу. Всі робочі станції у мережі мають один і той же префікс. При цьому вони повинні мати унікальні номери пристроїв. Дві робочі станції, розміщені в різних мережах, повинні мати різні мережні префікси, але при цьому вони можуть мати однакові номери пристроїв.
Для забезпечення гнучкості у привласнюванні адрес комп’ютерним мережам розробники протоколу визначили, що адресний простір повинен бути поділений на три різних класи – А, В і С. Знаючи клас, Ви знаєте, де у 32-бітовій адресі проходить межа між мережним префіксом і номером пристрою.
Недоліком такого методу є необхідність зміни мережної адреси при підключенні додаткових пристроїв. Наприклад, якщо загальне число пристроїв у мережі класу С буде перевищувати 255, то вимагатиметься заміна її адреси на адресу класу В. Зміна мережних адрес потребує від адміністратора додаткових зусиль по налагодженню мережі. Крім того, введення класів адрес значно зменшує теоретично можливе число індивідуальних адрес. У поточній версії протоколу ІР (версія 4) загальне число адрес складає 4 294 967 296, так як протокол передбачає застосування 32 біт для задання адреси. Природньо, застосування частини бітів у службових цілях зменшує доступну кількість індивідуальних адрес.
Клас А призначений для великих мереж. Кожна адреса класу А має 8-бітовий префікс мережі, у якому старший біт встановлений у 1, а наступні 7 використовуються для номера мережі. Для номера пристрою задіюються 24 біти, що залишилися. На сьогоднішній день всі адреси класу А вже виділені. Мережі класу А також позначаються як “/8”, поскільки адреси цього класу мають 8-бітовий префікс.
Максимальне число мереж класу А складає 126 (2 адреси віднімаються, що складаються з одних нулів і одиниць). Кожна мережа цього класу підтримує до 16 777 214 пристроїв. Так як адресний блок класу А може містити максимум 2 147 483 648 (2 в степіні 31) індивідуальних адрес, а в протоколі ІР версіі 4 може підтримуватися максимум до 4 294 967 296 (2 в степіні 32) адрес, то клас А займає 50% загального адресного простору протоколу ІР.
Клас В призначений для мереж середнього розміру. Кожна адреса класу В має 16-бітовий мережний префікс, у якому два старших біти дорівнюють 10, наступні 14 біт використовуються для номера мережі. Для номера пристрою надані 16 біт. Мережі класу В також позначаються як “/16”, поскільки адреса цього класу має 16-бітний мережний префікс.
Максимальне число мереж класу В дорівнює 16 382 (2 в 14 степіні мінус 2). Кожна мережа цього класу підтримує до 65 534 (2 в 16 степіні мінус 2) пристроїв. Так як весь адресний блок класу В може містити максимум до 1 073 741 824 (2 в 30 степіні) індивідуальних адрес, він займає 25% загального простору протоколу ІР.
Адреса класу С використовується у мережах з невеликим числом пристроїв. Кожна мережа класу С має 24-бітний префікс, в якому три старших біти дорівнюють 110, а наступні 21 біт використовуються для номера мережі. Під номери пристроїв виділені 8 біт, що залишилися. Мережі класу С також позначаються як “/24”, поскільки адреса цього класу має 24-бітний мережний префікс.
Максимальне число мереж класу С складає 2 097 152 (2 в 21 степіні). Кожна мережа цього класу підтримує до 254 (2 у восьмій мінус 2) пристроїв. Клас С займає 12,5% загального адресного простору протоколу ІР.
У доповнення до цих класів адрес надають ще два класи. У класі D старші чотири біти дорівнюють 1110. Цей клас використовується для групової передачі даних. У класі Е старші чотири біти дорівнюють 1111. Він зарезервований для проведення експериментів.
Для зручності читання адрес у технічній літературі, прикладних програмах і т.д. ІР-адреси зображаються у вигляді чотирьох десяткових чисел, розділених точками. Кожне з цих чисел відповідає одному октету (8 бітам) ІР-адреси. Цей формат називають точечно-десятковим (Decimal-Point Notation) або точечно-десятковою нотацією.
| 0… | …31 | ||
|---|---|---|---|
| 10010001 | 00001010 | 00100010 | 00000011 |
| 145. | 10. | 34. | 3. |
Особливі ІР-адреси
У протоколі ІР існує декілька домовленостей про особливу інтерпретацію ІР-адрес.
- Якщо вся ІР-адреса складається тільки з двійкових нулів, то вона означає адресу того вузла, який згенерував цей пакет; цей режим використовується тільки у деяких повідомленнях ІСМР.
- Якщо в полі адреси мережі стоять тільки нулі, по домовленості вважається, що вузол призначення належить тій самій мережі, що і вузол , який відправив пакет.
- Якщо всі двійкові розряди ІР-адреси дорівнюють 1, то пакет з такою адресою призначення повинен розсилатися всім вузлам, які знаходяться у тій самій мережі, що і відправник цього пакета. Така розсилка називається обмеженим широкомовним повідомленням (limited broadcast).
- Якщо в полі номера вузла призначення стоять тільки одиниці, то пакет, який має таку адресу, розсилається всім вузлам мережі із заданим номером мережі. Наприклад, пакет з адресою 192.190.21.255 доставляється всім вузлам мережі 192.190.21.0. Таке розсилання називається широкомовним повідомленням (broadcast).
Особливий зміст має ІР-адреса, перший октет якої дорівнює 127. Вона використовується для тестування програм і взаємодії процесів у межах однієї машини. Коли програма посилає дані за адресою 127.0.0.1, то утворюється як би “петля”. Дані не передаються по мережі, а повертаються модулям верхнього рівня як тільки но прийняті. Тому в ІР-мережі забороняється привласнювати машинам ІР-адреси, які починаються із 127. Ця адреса має назву loopback.
У протоколі ІР немає поняття широкомовності у тому понятті, в якому воно використовується у протоколах канального рівня локальних мереж, коли дані повинні бути доставлені абсолютно всім вузлам. Як обмежена широкомовна ІР-адреса, так і широкомовна ІР-адреса мають межі розповсюдження у інтермережі – вони обмежені або мережею, до якої належить вузол-джерело пакета, або мережею, номер якої вказаний у адресі призначення. Тому поділ мережі за допомогою маршрутизаторів на частини локалізує широкомовний шторм межами однієї з частин, що складають загальну мережу просто тому, що немає способа адресувати пакет одночасно всім вузлам всіх мереж складеної мережі.
Форма групової адреси – multicast – означає, що даний пакет повинен бути доставлений відразу декільком вузлам, які утворюють групу з номером, вказаним у полі адреси. Вузли самі ідентифікують себе, тобто визначають, до якої з груп вони відносяться. Один і той самий вузол може входити до декількох груп. Члени будь-якої групи multicast не обов’язково повинні належати одній мережі. Групова адреса не поділяється на поля номера мережі і вузла і обробляється маршрутизатором особливим чином.
Основне призначення multicast-адрес – розповсюдження інформації за схемою “один-до-багатьох”. Хост, який хоче передавати одну й ту саму інформацію багатьом абонентам, за допомогою спеціального протокола IGMP (Internet Group Management Protocol) повідомляє про створення в мережі нової мультімовної групи із визначеною адресою. Маршрутизатори, які підтримують мультімовність, розповсюджують інформацію про створення нової групи у мережах, підключених до портів цього маршрутизатора. Хости, які хотять під’єднатися до знов створюваної мультімовної групи, повідомляють про це своїм локальним маршрутизаторам і ті передають цю інформацію хосту, ініціатору створення нової групи.
Щоб маршрутизатори мали можливість автоматично розповсюджувати пакети з адресою multicast по складній мережі, необхідно використовувати у кінцевих маршрутизаторах модифіковані протоколи обміну маршрутною інформацією, такі як, наприклад, MOSPF (Multicast OSPF, аналог OSPF). Групова адресація призначена для економічного розповсюдження у Internet або у великій корпоративній мережі аудіо- чи відеопрограм, призначених одразу великій аудиторії слухачів або глядачів.
Використання масок у ІР-адресації
Традиційна схема поділу ІР-адреси на номер мережі і номер вузла базується на понятті класу, який визначається значеннями кількох перших біт адреси. Саме тому, що перший байт адреси 185.23.44.206 попадає у діапазон 128-191, ми можемо сказати, що ця адреса відноситься до класу В, а значить, номером мережі є перші два байти, доповнені двома нульовими байтами – 185.23.0.0, а номером вузла – 0.0.44.206.
Для гнучкого встановлення межі між номером мережі і номером вузла використовують маску, Маска – це число, яке використовується у парі з ІР-адресою; двійковий запис маски містить одиниці у тих розрядах, які повинні у ІР-адресі інтерпретуватися як номер мережі. Поскільки номер мережі є цілою частиною адреси, одиниці у масці також повинні бути безперервною послідовністю. Для стандартних класів мереж маски мають такі значення:
- клас А – 11111111.00000000.00000000.00000000 (255.0.0.0);
- клас В – 11111111.11111111.00000000.00000000 (255.255.0.0);
- клас С – 11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0).
Для запису масок використовують і інші формати, наприклад, зручно інтерпретувати значення маски, записаної у шістнадцятьковому коді: FF.FF.00.00 – маска для адрес класу В. Часто зустрічається і таке позначення 185.23.44.206/16 – цей запис означає, що маска для цієї адреси містить 16 одиниць або що у вказаній адресі під номер адреси мережі відведено 16 двійкових розрядів.
Підмережі
Як відомо, ІР-адреса складається з двох їєрархічних рівнів. Необхідність у введенні третього рівня їєрархії – рівня підмереж – була зумовлена виникненням дефіциту номерів мереж і стрімким зростанням таблиць маршрутизації маршрутизаторів у Internet. Після впровадження рівня підмережі номер пристрою поділяється на дві частини – номер підмережі та номер пристрою у цій підмережі.
Крім того, легко розв’язується проблема виділення номерів при рості організації. Організація отримує номер мережі, а далі адміністратор довільно привласнює номери підмереж для кожної внутрішньої мережі. Це дозволяє організації розширювати свою мережу без необхідності отримання ще одного мережного номера.
Маска підмережі
Якщо маршрутизатори у мережі Internet використовують тільки мережний префікс адреси отримувача для передачі трафіка у організацію, то марщрутизатори всередині приватної мережі організації розширений мережний префікс для передачі трафіка індивідуальним підмережам. Розширеним мережним префіксом називають префікс мережі і номер підмережі.
Старші біти ІР-адреси використовуються робочими станціями і маршрутизаторами для визначення класу адреси. Після того, як клас визначений, пристрій може легко визначити межу між бітами, які використовувалися для ідентифікації номера мережі, і бітами номера пристрою у цій мережі. Однак для визначення межі бітів, які ідентифікують номер підмережі, така схема не підходить. Для цього саме і використовується 32-бітна маска підмережі, яка допомогає однозначно визначити необхідну межу.
Біти у масці підмережі повинні бути усталені в одиницю, якщо система, яка перевіряє адресу, повинна розглядати відповідний біт у ІР-адресі як частину мережного префікса. Після визначення класу ІР-адреси, будь-який біт у номері пристрою, який має відповідний усталений біт у масці підмережі, використовується для ідентифікації номера підмережі. Частина номера пристрою, що залишилася, і якій відповідають нульові біти у масці підмережі, використовуються для задання номера пристрою.
Документ RFC 1219 визначає основне правило, якому слід дотримуватися при привласнюванні номерів підмережам і пристроям. Номери підмереж призначаються таким чином, щоб старші біти у номері підмережі встановлювалися першими (тобто починаючи з крайньої лівої позиції). В той же час одиничні біти номериівпристроїв рекомендується встановлювати, починаючи з крайньої правої позиції. Отже, якщо дотримуватися цього правила, то на межі між номером підмережі і номером пристрою будуть існувати нульові невикористані біти. Це дозволяє змінити маску підмережі без зміни ІР-адреси, привласненої пристрою.
У мережі із підмережами можна використовувати два види широкомовлення: направлене і обмежене. Направлене широкомовлення використовується для передавання дейтаграми всім пристроям визначеної підмережі. Для відправки дейтаграми всім пристроям у всіх підмережах необхідно використати обмежене широкомовлення із адресою 255.255.255.255. Необхідно, однак, врахувати, що маршрутизатори не пропускають дейтаграми з такою адресою (тому таке широкомовлення називається обмеженим).
Номери мереж призначаються централізовано, якщо мережа є частиною Internet, або довільно, якщо мережа працює автономно. Номери вузлів і в тому і в іншому випадку адміністратор може призначати самостійно, не виходячи з дозволеного для цього класу мережі діапазону.
Координуючу роль у централізованому розподілі ІР-адрес спочатку відігравала організація InterNIC, однак із зростанням мережі задача розподілу адрес стала дуже складною, і InterNIC делегувала частину своїх функцій іншим організаціям і крупним поставщикам послуг Internet.
Якщо деяка ІР-мережа створена для роботи у “автономному режимі”, без зв’язку з Internet, в стандартах Internet визначено декілька діапазонів адрес, рекомендуємих для локального використання. Ці адреси не обробляються маршрутизаторами Internet ні за яких умов. Адреси, зарезервовані для локальних цілей, вибрані з різних класів: у класі А – це мережа 10.0.0.0, у класі В – це діапазон з 16 номерів мереж 172.16.0.0. – 172.31.0.0, у класі С – це діапазон з 255 мереж – 192.168.0.0. – 192.168.255.0.