Адресация и маршрутизация в Internet

В стеке ТСР/IР используются три типа адресов: локальные (называемые также аппаратными), IР-адреса и символьные доменные имена.

В терминологии ТСР/IР под локальным адресом понимается такой тип адреса, который используется средствами базовой технологии для доставки данных в пределах подсети, являющейся элементом составной интерсети. В разных подсетях допустимы разные сетевые технологии, разные стеки протоколов, поэтому при создании стека ТСР/IР предполагалось наличие разных типов локальных адресов. Если подсетью интерсети является локальная сеть, то локальный адрес — это МАС-адрес. МАС-адрес назначается сетевым адаптерам и сетевым интерфейсам маршрутизаторов. МАС-адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными, так как управляются централизованно. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС-адрес имеет формат 6 байт, например 11-АО-17-ЗВ-ВС-01. Однако протокол IР может работать и над протоколами более высокого уровня, например над протоколом IРХ или Х.25. В этом случае локальными адресами для протокола IР соответственно будут адреса IРХ и Х.25. Следует учесть, что компьютер в локальной сети может иметь несколько локальных адресов даже при одном сетевом адаптере. Некоторые сетевые устройства не имеют локальных адресов. Например, к таким устройствам относятся глобальные порты маршрутизаторов, предназначенные для соединений типа «точка-точка».

IР-адреса представляют собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передает пакеты между сетями. Эти адреса состоят из 4 байт, например 109.26.17.100. IР-адрес назначается администратором во время конфигу: рирования компьютеров и маршрутизаторов. IР-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Internet Network Information Center, InterNIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно поставщики услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений InterNIC, а затем распределяют их между своими абонентами. Номер узла в протоколе IР назначается независимо от локального адреса узла. Маршрутизатор по определению входит сразу в несколько сетей. Поэтому каждый порт маршрутизатора имеет собственный IР-адрес. Конечный узел также может входить в несколько IР-сетей. В этом случае компьютер должен иметь несколько IР-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом, IР-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

Символьные доменные имена. Символьные имена в IР-сетях называются доменными и строятся по иерархическому признаку. Составляющие полного символьного имени в IP-сетях разделяются точкой и перечисляются в следующем порядке: сначала – простое имя конечного узла, затем имя группы узлов (например, имя организации), затем имя более крупной группы (поддомена) и так до имени домена самого высокого уровня (например, домена объединяющего организации по географическому принципу: RU— Россия, UK — Великобритания, SU — США). Примером доменног имени может служить имя base2.sales.zil.ru. Между доменным именем и IP-адресом узла нет никакого алгоритмического соответствия, поэтому необходимо использовать какие-то дополнительные таблицы или службы, чтобы узел сети однозначно определялся как по доменному имени, так и по IР-адресу. В сетях ТСР/IР имеется специальная распределенная служба Domain Name System (DNS), которая устанавливает это соответствие на основании создаваемых администраторами сети таблиц соответствия. Поэтому доменные имена называют также DNS -именами.

Классы IP-адресов

В отличие от физических (MAC) адресов, формат которых зависит от конкретной сетевой архитектуры, IP-адрес любого узла сети имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме и разделенных точками, например, 128.10.2.30 — традиционная десятичная форма представления адреса, а двоичная форма представления этого же адреса будет иметь вид: 10000000 00001010 00000010 00011110. Соответствие IP-адреса узла его физическому внутри сети (подсети) устанавливается динамически посредством широковещательных запросов ARP-протокола. Адрес состоит из двух логических частей — номера сети, общего для всех узлов данной сети, и номера узла в сети, или хост-части, уникальной для каждого узла. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая — к номеру узла, определяется значениями первых бит адреса. Значения этих бит являются признаками того, к какому классу относится тот или иной IР-адрес. Соотношение размеров частей адреса зависит от класса сети. Классы сетей введены для наиболее эффективного использования единого адресного пространства Internet. На рис.11 показана структура IР-адреса разных классов.

	4 байта
	1 байт	3 байта
Класс А		№ сети	№ узла

	2 байта	2 байта
Класс B			№ сети	№ узла

	3 байта	1 байт
Класс C				№ сети	№ узла

Класс D					Адрес группы multicast

Класс Е						Зарезервирован

Рис.11 Структура IP- 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.) Сетей класса А немного, зато количество узлов в них может достигать 2²⁴, то есть 16 777 216 узлов.

Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В. В сетях класса В под номер сети и под номер узла отводится по 16 бит, то есть по 2 байта. Таким образом, сеть класса В является сетью средних размеров с максимальным числом узлов 2¹⁶, что составляет 65 536 узлов.

Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С. В этом случае под номер сети отводится 24 бита, а под номер узла — 8 бит. Сети этого класса наиболее распространены, число узлов в них ограничено 2⁸, то есть 256 узлами.

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 В, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.

Если адрес начинается с последовательности 11110, то это значит, что данный адрес относится к классу Е. Адреса этого класса зарезервированы для будущих применений.

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.