В этой главе описаны компоненты IP-адреса, поддерживаемые Microsoft Windows NT классы IP-адресов и основы IP-адресации. На занятиях Вы изучите локальные сети. Выполняя упражнения этой главы, Вы научитесь определять корректность IP-адресов, присваивать IP-адреса узлам и выявлять проблемы, связанные с IP-адресацией.
Вам не нужно предварительно готовиться к выполнению заданий этой главы.
IP-адрес определяет местонахождение узла в сети подобно тому, как адрес дома указывает его расположение в городе. Как и обычный адрес, IP-адрес должен быть уникальным и иметь единый формат.
- определить идентификатор сети и узла в IP-адресе;
- преобразовать IP-адрес из двоичного представления в десятичное.
Каждый IP-адрес состоит из двух частей — идентификатора сети (network ID) и идентификатора узла (host ID). Первый определяет физическую сеть. Он одинаков для всех узлов в одной сети и уникален для каждой из сетей, включенных в объединённую сеть.
Идентификатор узла соответствует конкретной рабочей станции, серверу, маршрутизатору или другому TCP/IP-узлу в данной сети. Он должен иметь уникальное значение в данной сети. Каждый узел TCP/IP однозначно определяется по своему логическому IP-адресу. Такой уникальный адрес необходим всем сетевым компонентам, взаимодействующим по TCP/IP.
Идентификаторы сетей и узлов
IP-адрес может быть записан в двух форматах — двоичном (binary) и десятичном с точками (dotted decimal). Каждый IP-адрес имеет длину 32 бита и состоит из четырёх 8-битных полей, называемых октетами (octets), которые отделяются друг от друга точками. Каждый октет представляет десятичное число в диапазоне от 0 до 255. Эти 32 разряда IP-адреса содержат идентификатор сети и узла.
Формат записи адреса в виде четырех десятичных чисел, разделенных точками, наиболее удобен для восприятия. Далее показаны различные формы записи IP-адреса. 
Преобразование IP-адреса из двоичного формата в десятичный
Вы должны уметь определять значения битов в октетах и преобразовывать их в десятичные числа. В двоичном формате каждому биту в октете сопоставлено определенное десятичное число. Максимальное десятичное значение октета равно 255 (участвует каждый бит). Каждый октет преобразуются в число отдельно от других.
Бит, установленный в 0, всегда соответствует нулевому значению. Бит, установленный в 1, может быть преобразован в десятичное число. Младший бит октета представляет десятичное число 1, а старший — 128. Максимальное значение октета (255) достигается, когда каждый его бит равен 1.
В следующей таблице показано, как биты одного октета преобразуются в десятич- ное число.
Двоичная запись
Значения бит
Десятичное число
00000000 0 0 00000001 1 1 00000011 1+2 3 00000111 1+2+4 7 00001111 1+2+4+8 15 00011111 1+2+4+8+16 31 00111111 1+2+4+8+16+32 63 01111111 1+2+4+8+16+32+64 127 11111111 1+2+4+8+16+32+64+128 255
Упражнения
В этом упражнении Вам предстоит преобразовать двоичную запись в деся- . тичное число и наоборот.
1. Переведите следующие двоичные числа в десятичные.
Совет Вы можете использовать калькулятор (в научном режиме) из папки Accessories для преобразования двоичных чисел в десятичные и обратно. Однако Вы лучше освоите этот процесс, если выполните несколько действий вручную.
Двоичное значение Десятичное значение 10001011 10101010 10111111 1110000000000111 10000001 01111111 00000000 00000000 00000001 2. Переведите следующие деятичные числа в двоичные.
Десятичное значение Двоичное значение 250 19 109.128.255.254 131.107.2.89 Резюме
Каждый узел TCP/IP идентифицируется по логическому IP-адресу, а уникальный IP-адрес необходим каждому узлу и сетевому компоненту, использующим TCP/IP. IP-адрес, состоящий из идентификаторов сети и узла, имеет длину 32 бита и содержит четыре 8-битных поля (октета).
(Продолжительность занятия 15 минут) Каждый класс IP-адресов определяет, какая часть адреса отводится под идентификатор сети, а какая — под идентификатор узла. На этом занятии Вы узнаете о различных классах IP-адресов: А,В,С.
Изучив материал этого занятия, Вы сможете:
- определить идентификатор сети и узла в IP-адресе класса А, В или
- определить, к какому классу относится заданный IP-адрес.
Сообщество Интернета определило пять классов IP-адресов в соответствии с различными размерами компьютерных сетей. Microsoft TCP/IP поддерживает адреса классов А, В и С. Класс адреса определяет, какие биты относятся к идентификатору сети, а какие — к идентификатору узла. Также он определяет максимально возможное количество узлов в сети.
Класс IP-адреса идентифицируют по значению его первого октета, 32-разрядные IP-адреса могут быть присвоены в общей совокупности 3 720 314 628 узлам. Ниже показано, как определяются поля в IP-адресах разных классов. Класс IP-адрес Идентификатор сети Идентификатор узла А w.x.y.z w x.y.z В w.x.y.z w.x y.z С w.x.y.z w.x.y z
Класс А
Адреса класса А назначаются узлам очень большой сети. Старший бит в адресах этого класса всегда равен нулю. Следующие семь бит первого октета представляют идентификатор сети. Оставшиеся 24 бита (три октета) содержат идентификатор узла. Это позволяет иметь 126 сетей с числом узлов до 17 миллионов в каждой.
Класс В
Адреса класса В назначаются узлам в больших и средних по размеру сетях. В двух старших битах IP-адреса класса В записывается двоичное значение 10. Следующие 14 бит содержат идентификатор сети (два первых октета). Оставшиеся 16 бит (два октета) представляют идентификатор узла. Таким образом, возможно существование 16 384 сетей класса В, в каждой из которых около 65 000 узлов.
Класс С
Адреса класса С применяются в небольших сетях. Три старших бита IP-адреса этого класса содержат двоичное значение 110. Следующие 21 бит составляет идентификатор сети (первые три октета). Оставшиеся 8 бит (последний октет) отводится под идентификатор узла. Всего возможно около 2 000 000 сетей класса С, содержащих до 254 узлов.
Примечание В качестве идентификатора сети не может использоваться значение 127. Оно зарезервировано для диагностики и используется в качестве локальной заглушки.
Класс D
Адреса класса D предназначены для рассылки групповых сообщений. Группа получателей может содержать один, несколько или ни одного узла. Четыре старших бита в IP-адресе класса D всегда равны 1110. Оставшиеся биты обозначают конкретную группу получателей и не разделяются на части. Пакеты с такими адресами рассылаются избранной группе узлов в сети. Их получателями могут быть только специальным образом зарегистрированные узлы. Micorosoft поддерживает адреса класса D, применяемые приложениями для групповой рассылки сообщений, включая WINS и Microsoft NetShow™.
Класс Е
Класс Е — экспериментальный. Он зарезервирован для использования в будущем и в настоящее время не применяется. Четыре старших бита адресов класса Е равны 1111.
Примечание Дополнительную информацию о групповой рассылке Вы можете получить из статьи Multicasting, в рубрике Additional Readings Web-страницы Course Materials прилагаемого к курсу компакт-диска.
Упражнения
Определите, к какому классу принадлежат указанные IP-адреса.
1. Укажите классы следующих IP-адресов.
Адрес Класс 131.107.2.89 3.3.57.0 200.200.5.2 191.107.2.10
2. В сетях каких классов IP-адресов более 1 000 узлов?
3. В сетях каких классов IP-адресов только 254 узла?
Резюме
Всего существует пять классов IP-адресов. Microsoft поддерживает назначение узлам адресов классов А, В и С. Каждый класс соответствует сетям определенного размера.
Занятие3. Назначение IP-адресов
(Продолжительность занятия 35 минут) Хотя и не существует строгих правил назначения IP-адресов, Вам следует учитывать некоторые тонкости, чтобы выбирать корректные идентификаторы узлов и сетей. На этом занятии объясняется, как присваивать IP-адреса в локальной сети.
Изучив материал этого занятия, вы сможете:
- понять, как назначать корректные IP-адреса;
- определять сетевые компоненты, которым необходим идентификатор сети;
- определять, каким узлам необходим идентификатор узла.
Существует несколько основных моментов, которые необходимо учитывать при назначении IP-адресов.
- Идентификатор сети не может равняться 127. Это значение зарезервировано для локальной заглушки и диагностики.
- Все биты идентификатора сети или узла не могут быть одновременно установле- ны в 1. Такой идентификатор применяется для широковещательных сообщений.
- Все биты идентификатора сети или узла не могут быть одновременно установле- ны в 0. В этом случае идентификатор означает всю локальную сеть.
- Каждый идентификатор узла должен быть уникальным для соответствующего иден- тификатора сети.
Назначение идентификаторов сетей
Уникальный идентификатор необходим каждой сети и каждому внешнему соединению. Если Ваша сеть подключена к Интернету, Вам надо получить идентификатор сети от Информационого Центра Интернета (Internet Network Information Center, InterNIC). Если же Вы не планируете подключаться к Интернету, то можете использовать любой корректный идентификатор сети.
Идентификатор сети обозначает узлы TCP/IP, подключенные к одной физической сети. Поэтому, чтобы взаимодействовать друг с другом, все узлы одной физической сети должны иметь одинаковый идентификатор сети.
Если несколько сетей соединены через маршрутизаторы, уникальный идентификатор сети необходим для каждой из них. Такая ситуация проиллюстрирована ниже:
- сети 1 и 3 соединены через маршрутизаторы;
- маршрутизаторы соединяются через глобальную сеть 2;
- для сети 2 необходим отдельный идентификатор, чтобы соответствующие ей ин- терфейсы маршрутизаторов могли иметь уникальные идентификаторы узлов.
Примечание Если Вы собираетесь подключить свою сеть к Интернету, Вам необходимо официально получить идентификатор сети, чтобы гарантировать его уникальность. Для регистрации имен доменов и получения идентификаторов сетей Вы можете воспользоваться интерактивной службой регистрации InterNIC по адресу http://internic.net/. По всем возникающим вопросам обращайтесь в службу поддержки по телефону (703) 742-4777.
Пространство IP-адресов, предназначенных для использования в изолированных сетях, определено в RFC 1918. Копия этого документа находится на страничке Course Materials прилагаемого к курсу компакт-диска.
Назначение идентификаторов узлов
Идентификатор узла служит для обозначения TCP/IP-узла в некоторой сети и должен иметь уникальное значение для данного идентификатора сети. Всем TCP/I P-узлам, включая интерфейсы маршрутизаторов, необходимы уникальные идентификаторы. Идентификатор узла для маршрутизатора соответствует значению IP-адреса, указываемого в качестве адреса шлюза по умолчанию в конфигурации рабочей станции. Например, для узла из подсети 1, имеющего IP-адрес 124.0.0.27, адресом шлюза по умолчанию будет 124.0.0.1.
Корректные идентификаторы узлов
В таблице указаны корректные значения идентификаторов узлов в сети. Класс адресов Начало диапазона Конец диапазона Класс А w.0.0.1 w.255.255.254 Класс В w.x.0.1 w.x.255.254 Класс С w.x.y.l w.x.y.254
Методика назначения IP-адресов
Не существует конкретных правил назначения правильных IP-адресов. Вы можете назначать их последовательно или же выбирать легко запоминающиеся значения:
- назначать IP-адреса, группируя узлы по типу, например серверы и рабочие стан- ции;
- выделять специальные IP-адреса маршрутизаторам.
Подобный подход позволит Вам избежать конфликтов, вызываемых повторением IP-адресов.
Упражнения
Определите, какие IP-адреса не могут быть назначены узлам. Объясните, по- чему такие IP-адреса не являются корректными. А. 131.107.256.80______________________________ В. 222.222.255.222_____________________________ С. 231.200.1.1.________________________________ D. 126.1.0.0___________________________________ Е. 0.127.4.100_________________________________ F. 190.7.2.0___________________________________ G. 127.1.1.1___________________________________ Н. 198.121.254.255_____________________________ I. 255.255.255.255_____________________________
А сейчас определите, каким сетевым компонентам TCP/IP необходим IP-адрес. Если указан тип протокола, предполагается, что это единственный протокол, поддержка которого установлена на данном узле. Рассмотрите перечисленные ниже сетевые компоненты и отметьте буквы, соответствующие компонентам, которым необходим IP-адрес.
А. Компьютер под управлением ОС Windows NT, использующий TCP/IP.
В. Рабочая станция, использующая LAN Manager и соединяющаяся с компьютером под управлением Windows NT с поддержкой TCP/IP.
С. Компьютер под управлением ОС Windows 95, которому необходим доступ к об- щим ресурсам на компьютере с Windows NT, использующем TCP/IP.
D. Хост UNIX, к которому Вы хотите осуществлять доступ с помощью утилит TCP/IP.
Е. Принтер с сетевым интерфейсом, поддерживающим TCP/IP.
F. Маршрутизатор для соединения с удаленной IP-сетью.
G. Адаптер Ethernet на маршрутизаторе для локальной сети.
Н. Рабочая станция, использующая Microsoft LAN Manager и пытающаяся соединиться с сервером LAN Manager, который применяет NetBEUI.
I. Компьютер под управлением ОС Windows for Workgroups, которому необходим доступ к общим ресурсам на сервере LAN Manager, поддерживающем NetBEUI.
J. Плоттер, подключенный к последовательному порту компьютера под управлени- ем ОС Microsoft Windows NT, использующего TCP/IP.
К. Сетевой принтер, совместный доступ к которому осуществляется с помощью сер- вера LAN Manager, использующего NetBEUI.
L. Коммуникационный сервер, предоставляющий терминальный доступ к узлам TCP/IP.
М. Шлюз по умолчанию в Вашей сети.
Сейчас определите, какой класс адресов необходим для указанной IP-сети. Затем назначьте IP-адреса каждому типу узлов (UNIX, рабочие станции Windows NT, серверы), чтобы облегчить их идентификацию. Все компьютеры находятся в одной подсети.
Какие классы адресов могут быть использованы для данной сети?
Какой из перечисленных ниже IP-адресов может быть использован для данной сети;
А. 197.200.3.0 В. 11.0.0.0 С. 221.100.2.0 D. 131.107.0.0 Используя выбранный Вами идентификатор сети, назначьте диапазон идентификаторов узлов каждому типу компьютеров так, чтобы можно было легко отличить друг от друга серверы и рабочие станции под управлением Windows NT и рабочие станции под управлением UNIX.
Тип TCP/IP узла Диапазон IP-адресов Сервер Windows NT Рабочая станция Windows NT Рабочая станция UNIX
Определите, сколько идентификаторов узлов и сетей необходимо для сети, изобра- женной ниже.
Сколько идентификаторов сетей необходимо для данного сетевого окружения? Сколько идентификаторов узлов необходимо для данного сетевого окружения? Какой шлюз по умолчанию (интерфейс маршрутизатора) должен быть указан для рабочих станций с ОС Windows NT, которые связываются в основном только с рабочими станциями UNIX?
Резюме
Для назначения корректных IP-адресов следует учитывать определённые соображения. Чтобы все узлы одной сети взаимодействовали друг с другом, они должны иметь одинаковые идентификаторы сети. Каждому узлу TCP/IP, включая интерфейсы маршрутизаторов, необходим уникальный идентификатор узла.
Занятие4. IP-адреса и маски подсетей
(Продолжительность занятия 15 минут)
Маска подсети необходима каждому узлу TCP/IP. На этом занятии рассматривается назначение маски подсети и ее роль в маршрутизации IP-пакетов. Дополнительно о масках подсетей рассказывается в главе 5.
Изучив материал этого занятия, Вы сможете:
- описать назначение и роль маски подсети;
- использовать операцию логического «И» для определения IP-адреса назначения.
Маска подсети — это 32-разрядное значение, используемое для выделения (маскирования) из IP-адреса его частей: идентификаторов сети и узла. Такая процедура необходима при выяснении того, относится тот или иной IP-адрес к локальной или удаленной сети.
Каждый узел TCP/IP должен иметь маску подсети — либо задаваемую по умолчанию (в том случае, когда сеть не делится на подсети), либо специальную (если сеть разбита на несколько подсетей).
Маска подсети, задаваемая по умолчанию
Задаваемая по умолчанию маска подсети используется в том случае, если сеть TCP/IP не разделяется на подсети. Даже в сети, состоящей из одного сегмента, всем узлам TCP/IP необходима маска подсети. Значение маски подсети по умолчанию зависит от используемого в данной сети класса IP-адресов. -
В маске подсети биты, соответствующие идентификатору сети, устанавливаются в 1. Таким образом, значение каждого октета будет равно 255. Все биты, соответствующие идентификатору узла, устанавливаются в 0.
Определение адреса назначения пакета
Протокол IP использует операцию логического «И» для определения того, какому узлу предназначен пакет — расположенному в локальной или удаленной сети. Эта операция осуществляется за счет внутренних механизмов протокола IP, и Вам, вероятнее всего, не придется ее выполнять.
Когда инициализируется поддержка TCP/IP, IP-адрес узла складывается с его маской подсети с помощью логического «И». Перед отправкой каждого IP-пакета, IP-адрес назначения точно также складывается с той же маской подсети. Если результаты двух перечисленных выше операций совпадают, это означает, что получатель пакета находится в локальной сети. В противном случае пакет отправляется на IP-адрес маршрутизатора.
Для того чтобы выполнить операцию логического «И», TCP/IP сравнивает попарно соответствующие биты адреса и маски. Если оба бита равны 1, результат также равен 1. В остальных случаях результирующий бит равен 0.
Сопоставление бит Результат 1 «И» 1 1 1 «И» О 0 о «и» о 0 О «И» 1 0
Упражнения
Выполните логическую операцию «И» с перечисленными ниже IP-адресами и маской подсети и определите, принадлежит ли IP-адрес получателя к локальной или удаленной сети.
IP-адрес отправителя 10011001 1010101000100101 10100011 Маска подсети 11111111 111111110000000000000000 Результат IP-адрес получателя 11011001 10101010 10101100 11101001 Маска подсети 11111111 111111110000000000000000 Результат
1. Получен ли одинаковый результат?
2. Принадлежит IP-адрес получателя к локальной или удаленной сети?
Резюме
Маска подсети по умолчанию используется в сетях TCP/IP, которые не разделены на подсети. Специальное значение маски подсети используется в том случае, когда сеть состоит из нескольких подсетей. С помощью операции логического «И» протокол IP определяет, предназначен пакет узлу в локальной или удаленной сети.
Занятие5. IP-адресация в IP версии 6.0
(Продолжительность занятия 5 минут)
Существующая в протоколе IP версии 4 схема 32-разрядной адресации привела к дефициту идентификаторов сетей. На этом занятии Вы узнаете о перспективных направлениях развития IP-адресации.
Изучив материал этого занятия, Вы сможете:
- объяснить, как протокол IP версии 6 позволяет решить существующие проблемы IP-адресации
Используемый в настоящее время формат заголовка IP-пакета не изменялся с 70-х годов, что несомненно является заслугой его разработчиков. Однако они не рассчитывали на стремительный рост Интернета и, соответственно, то, что пространство адресов IP версии 4 будет исчерпано.
В новой версии протокола IP (IPv6), ранее именовавшейся IP нового поколения (IP — The Next Generation, IPng), воплощен ряд идей по обновлению IP.
IPv6 создавался специально для решения двух основных проблем — нехватки имеющегося пространства адресов и его возможного дефицита в будущем. В IPv6 адрес состоит из 16-ти октетов. На письме он изображается в виде восьми пар октетов, разделенных двоеточиями. Октеты записываются в шестнадцатеричном формате.
В IPv6 применена принципиально иная структура пакета, не совместимая с версией 4. Она имеет ряд преимуществ: расширенное адресное пространство, упрощенный формат заголовка, поддержку ориентированного на реальное время трафика и механизм добавления новых возможностей.
Расширенное адресное пространство — одна из ключевых особенностей IPv6. В этой версии используются 128-разрядные адреса получателей и отправителей (в 4 раза больше, чем в IPv4). В 128 разрядах содержится более ЗхЮ38 возможных значений, что обеспечивает достаточно адресов на ближайшее и отдаленное будущее. Так может выглядеть адрес в IPv6:
4A3F:АЕ57:F240:56С4:3409:АЕ52:440F:1403
Заголовок пакета IPv6 разработан таким образом, чтобы минимизировать содержащуюся в нем информацию. Поля опций и поля, не являющиеся необходимыми, вынесены в специальные расширения, расположенные после заголовка. Все, что не входит в основное содержание заголовка IPv6, может быть размещено в следующих за ним расширениях.
Новое специальное поле позволяет предварительно выделять сетевые ресурсы на пути следования пакета, что гарантирует полосу пропускания с ограниченной задержкой для таких сервисов реального времени, как передача по сети голоса и видео.
И наконец, важнейшее преимущество IPv6 — возможность его расширения на случай появления непредвиденных функциональных возможностей. Оно достигается за счет расширений, располагаемых непосредственно после основного заголовка. Таким образом, обеспечивается встроенная поддержка новых аппаратных и программных средств.
Примечание Протокол IPv6 описан в RFC 1883. Копия этого документа нахо- дится на Web-страничке Course Materials прилагаемого к курсу компакт-диска.
Резюме
В адресном пространстве текущей версии IP возник дефицит адресов. В IPv6 используется принципиально иная структура пакета, имеющая ряд преимуществ: расширенное адресное пространство, упрощенный формат заголовка, поддержку ориентированного на реальное время трафика и механизм добавления новых функциональных возможностей.
Эти вопросы помогут Вам лучше усвоить основные темы данной главы. Если Вы не сумеете ответить на вопрос, повторите материал соответствующего занятия.
1. Какие октеты представляют идентификатор сети и узла в адресах классов А, В и С?
2. Какие значения не могут быть использованы в качестве идентификаторов сетей и почему? Какие значения не могут быть использованы в качестве идентификаторов узлов? Почему?
3. Когда необходим уникальный идентификатор сети?
4. Каким компонентам сетевого окружения TCP/IP, кроме компьютеров, необхо- дим идентификатор узла?
Упражнения
Рассмотрите две IP-сети, определите скрытые проблемы, связанные с IP-адресацией, и объясните их возможные последствия.
Изучите следующую иллюстрацию, перечислите все проблемы IP-адресации и объясните, как каждая из них может повлиять на сетевые соединения. Правильно ли выбраны IP-адреса и шлюзы по умолчанию в каждом из следующих случаев?
Изучите следующую иллюстрацию, перечислите все проблемы IP-адресации и объясните, как каждая из них может повлиять на сетевые соединения. Правильно ли выбраны IP-адреса и шлюзы по умолчанию в каждом из следующих случаев?
Заново просмотрите все упомянутые документы RFC — на прилагаемом к курсу компакт-диске.
