20. Типы адресов стека tcp/ip Стек протоколов tcp/ip

21 Особые ip-адреса Классы ip-адресов и правила их применения

Для обеспечения гибкости в присвоении адресов компьютерным сетям разработчики определили, что адресное пространство протокола IP должно быть разделено на три основных различных класса — А, В и С. Каждый из этих основ­ных классов фиксирует границу между сетевым префиксом и номером хоста в различных точках 32-разрядного адресного пространства. На рис. 4.7 показаны форматы основных классов.

Рис. 4.7. Форматы классов IP -адресов

Принцип деления IP-адресов на классы показан на рис. 4.8.

Одно из основных достоинств использования классов заключается в том, что каждый адрес содержит ключ, который идентифицирует точку, расположенную между сетевым префиксом и номером хоста. Например, если старшие два бита адреса установлены в 1 и 0, то линия раздела пролегает между 15 и 16-м битами.

Рис. 4.8. Деление IP -адресов на классы

В десятичной форме деление IP -адресов на классы приведены в таблице 4.2. В таблице также обозначено количество сетей и хостов в каждом из классов, и их назначение.

Таблица 4.2. Итоговые сведения о классах IP-адресов

Класс	Пределы значений первого октета	Общее количество сетей	Общее количество хостов в сети	Применяемая по умолчанию маска	Назначение
A	1-126	126	16,7 млн	255.0.0.0	Стандартный класс
B	128-191	16 384	65 534	255.255.0.0	Стандартный класс
C	192-223	2 млн	254	255.255.255.0	Стандартный класс
D	224-239	Не рассматривается	Не рассматривается	224.0.0.0	Многоадресатная рассылка
E	240-255	Не рассматривается	Не рассматривается	Не рассматривается	Экспериментальный класс

Недостатком этого метода является потребность изменения сетевого адреса, когда в сетях класса С число устройств становится больше 255. В этом случае возникает необходимость замены адресов класса С на адреса класса В. Изменение сетевых адресов может потребовать от администратора сети больших усилий и достаточно много времени для проведения работ по отладке. Ввиду того что существует четкая граница между классами адресов, администраторы сетей не могут заранее спланировать плавный переход изменения адресов. Вместо это­го приходится достаточно жестко вмешиваться в работу сети: вводится запрет на использование некоторых сетевых адресов, производится одновременное изме­нение всех адресов устройств в этой сети. И только тогда сеть вновь включается в работу. Еще одним недостатком классификации адресов является значительное уменьшение числа теоретически возможных индивидуальных адресов. В текущей версии протокола IP (версия 4) общее их число может составлять 2 32 (4 294 967 296), так как протокол предусматривает только 32 разряда для зада­ния адреса. Использование части битов в служебных целях уменьшает доступ­ное количество индивидуальных адресов.

Адреса класса А поддерживают свыше 16 миллионов хостов в каждой сети (2 24 - 2 = 16 777 214). Оче­видно, что такой класс может применяться только для очень больших сетей (как правило, сетей провайдеров Internet верхнего уровня). Количество действительных сетей класса А равно 126, и все эти адреса давным-давно распределены. Открытые IP -адреса должны быть зарегистрированы в организации IANA ( Internet Assigned Numbers Authority — Агентство по выделению имен и уникальных параметров про­токолов Internet ), которая контролирует использование достижимых через Internet или открытых IP -адресов.

В адресах класса А старший бит первого октета всегда имеет значение о. Это озна­чает, что наименьший номер сети при использовании адреса такого класса равен 00000000 (0), а наибольший равен 01111111 (127). Но в этом случае необходимо учитывать некоторые ограничения. Во-первых, адрес сети класса А, равный 0, является зарезервированным. Он используется для обозначения так называемой "данной сети", или сети к которой фактически подключен передающий хост. Во-вторых, адрес сети класса А, равный 127, применяется для создания петли обратной связи. С по­мощью такой петли программное обеспечение набора протоколов TCP/IP просто вы­полняет самопроверку. Передавая пакеты по адресу получателя, обозначенному как петля обратной связи, это программное обеспечение фактически не передает пакеты в сеть, а просто возвращает их по петле самому себе для проверки того, что стек TCP/IP не искажает данные. (Отправка пакетов эхо-тестирования по адресу петли об­ратной связи является обычным этапом поиска неисправностей.) Поэтому при пере­даче любого пакета с адресом сети, состоящим из одних битов 0, фактически проис­ходит его передача на локальные хосты. А при отправке любой информации в сеть с номером 127 фактически применяется петля обратной связи. В связи с наличием зарезервированной сети 0 и петли обратной связи практически применимые адреса класса А сводятся к тем, которые содержат в первом октете число от 1 до 126.

В адресах класса А используется маска подсети 255.0.0.0, известная также как восьмибитовая маска подсети, поскольку она состоит из восьми расположенных подряд единиц, а затем из одних нулей (11111111.00000000.00000000.00000000). Это означает, что в обычной сети класса А первый октет адреса предназначен для обозна­чения адреса сети, а последние три октета — адреса хоста, как показано на рис. Сети класса А также обозначаются записью /8, так как адреса этого класса имеют 8-разрядный сетевой префикс.

Так как адресный блок класса А способен содержать максимум 2 31 (2 147 483 648) индивидуальных адресов, а в протоколе IP версии 4 под них от­ведено максимум 2 32 (4 294 967 296) адресов, то адресный диапазон класса А за­нимает 50% предусмотренного адресного пространства.

Адреса класса В поддерживают 65 534 хостов в каждой сети (2 16 - 2 = 65 534). Адреса этого класса предназначены для меньших (но все еще достаточно крупных) сетей. Существует чуть больше 16 000 сетей класса В и все они уже зарегистрированы.

Адреса класса В всегда начинаются с двоичных цифр 10 (например, 10101100.00010000.00000001.00000001 или 172.16.1.1). Это означает, что пер­вый октет должен находиться в пределах от 128 (10000000) до 191 (10111111). Таких сетей класса В, которые не могли бы использоваться обычным образом (подобных двум сетям класса А — 0 и 127), не существует.

Сети класса В имеют 16-битовую маску, применяемую по умолчанию (255.255.0.0). Это означает, что первые 16 битов соответствуют адресу сети, а по­следние 16 битов — адресу хоста. Сети класса В также обозначаются записью /16.

Так как весь адресный блок класса В может содержать максимум 2 30 (1 073 741 824) индиви­дуальных адресов, то он занимает 25% предусмотренного адресного пространства.

Сети класса С могут поддерживать только 254 хоста в каждой сети (2 8 - 2 = 254). Адреса этого класса предназначены для небольших сетей. Существует свыше двух миллионов сетей класса С, причем большинство из них уже зарегистрировано.

Адрес сети класса С должен начинаться с двоичных цифр 110 (например, 11000000.10101000.00000001.00000001, или 192.168.1.1). Сетей класса С, кото­рые не могли бы применяться на практике, также не существует.

Сети класса С имеют по умолчанию 24-битовую маску. Это означает, что 24 бита используются для обозначения части сети и 8 битов — для обозначения части хоста. Сети класса С также обозначаются записью /24.

Так как весь адрес­ный блок класса С может содержать максимум 2 29 (536 870 912) индивидуаль­ных адресов, он оккупирует 12,5% предусмотренного адресного пространства.

В дополнение к этим трем наиболее популярным классам адресов существу­ют еще два класса. В классе D старшие четыре бита установлены в 1110. Этот класс используется для поддержки групповой передачи данных. В классе Е стар­шие четыре бита установлены в 1111, и этот класс является зарезервированным для экспериментальных целей.

Видно, что в каждой сети отсутствует часть IP -адресов (а именно два). Например, IP -адреса класса С допускают применение в каж­дой сети только 254 хостов, тогда как их должно быть 256 (если руководствоваться формулой 2 n или 2 8). Это связано с тем, что некоторые IP -адреса зарезервированы для определенных целей и не могут присваиваться конечным устройствам в сети.. В каждой сети зарезервировано два адреса хоста, а именно: наибольший адрес (состоящий из одних единиц) и наименьший адрес (состоящий из одних нулей). Адрес хоста, состоящий из одних единиц, обозначает широковещательную рассылку, адрес, состоящий из одних нулей, обозначает "данную сеть". Два указанных адреса не могут использоваться в качестве адресов хостов. Это — еще одно ограничение TCP/IP.

Вначале рассмотрим адрес, состоящий из одних нулей. После применения операции "И" к паре чисел, состоя­щей из IP -адреса и маски подсети, часть с обозначением хоста будет содержать одни нули. Например, после применения операции "И" к IP -адресу 200.156.1.1 с при­меняемой по умолчанию маской подсети, равной 255.255.255.0, будет получен адрес сети 200.156.1.0. Итак, адрес 200.156.1.0 представляет собой адрес сети и не может использоваться в качестве адреса хоста.

Адрес, состоящий из одних единиц, зарезервирован для широковещательной рассылки уровня 3. Напри­мер, в IP -адресе 12.255.255.255 адрес хоста состоит из одних единиц (00001110.11111111.11111111.11111111). Он обозначает все хосты в данной сети, т.е. служит для широковещательной рассылки.

Таким образом, для расчета допустимого количества хостов в сети применяется выражение 2 n - 2, а не просто 2 n . Например, если известно, что для обозначения хоста применяются десять битов, необходимо вычислить значение 2 10, а затем вычесть 2 из полученного резуль­тата (1024 - 2 = 1022).

В табл. 4.3 перечислены также другие зарезер­вированные (или “специальные”) IP -адреса.

Таблица 4.3 Специальные IP -адреса.

Идентификатор сети	Идентификатор хоста	Значение адреса
Идентификатор сети	00000000	Адресация сети
Идентификатор сети	11111111	Направленное широковещание
11111111	11111111	Ограниченн ое широковещание
00000000	00000000	Нулевой IP-адрес
00000000	Идентификатор хоста	IP-адрес хоста в текущей сети
127	Произвольно	Обратная связь

 

В зарезервированных IP -адресах все установленные в ноль биты соответству­ют либо конкретному устройству, либо определенной сети. IP -адреса, все биты которых установлены в 1, предназначены для широковещательной передачи ин­формации. Для ссылки на всю IP -сеть в целом используется адрес с номером хоста, у которого все биты установлены в 0. Сетевой адрес класса А 127.0.0.0 заре­зервирован для обратной связи и введен для тестирования взаимодействия про­цессов на одной машине. Когда приложение использует адрес обратной связи, стек TCP/IP возвращает эти данные приложению, ничего не посылая по сети. В сетях, построенных на базе протокола IP , запрещается присваивать устройствам IP -адреса, начинающиеся с числа 127.

Все вышесказанное о классах адресов в протоколе IP и их свойствах можно обобщить в одной таблице (табл. 4.2). Обратите внимание на формат записи адреса для соответствующего класса: N обозначает адрес сети, а Н — адрес хоста в этой сети. Как уже отмечено, класс D используется для групповой доставки информации, а Е — экспериментальный класс.

Помимо возможности направленной передачи информации определенному хосту существует широковещательная передача ( broadcasting ), при которой сооб­щения получают все хосты в указанной сети. В протоколе IP существуют два типа широковещания: направленное ( directed ) и ограниченное ( limited ). Направленное широковещание позволяет хосту удаленной сети передавать одну дейтаграмму, которая будет доставлена всем хостам в адресованной сети. Дейтаграмма с направленным широковещатель­ным адресом может проходить через маршрутизаторы в распределенной сети, при этом исходная дейтаграмма будет доставлена всем хостам только в нужной сети, а не в промежуточных сетях.

При направленном широковещании адрес получателя содержит корректный номер сети и номер хоста, все биты которого установлены в единицы. Например, адрес 185.100.255.255 и будет рассматриваться как адрес направленного широковещания для сети 185.100. xxx . xxx класса В. Таким обра­зом, направленные широковещательные адреса обеспечивают мощный механизм, позволяющий удаленному устройству посылать одну IP -дейтаграмму, которая будет доставлена в режиме широковещания в указанную сеть. Для получения более подробной информации о направленном широковещании можно обратить­ся к документу RFC 1812.

Главным недостатком направленного широковещания является то, что тре­буется знание номера целевой сети, Вторая форма широковещания, называемая ограниченной, обеспечивает широковещательную передачу для сети отправите­ля независимо от указанного IP -адреса. Дейтаграмма с ограниченным широко­вещательным адресом никогда не сможет пройти через маршрутизаторы — по­следние не пропустят ее дальше себя в остальные части распределенной сети.

При ограниченном широковещании биты номера сети и номера хоста состоят из одних единиц. Таким образом, дейтаграмма с адресом получателя 255.255.255.255 будет рассматриваться как дейтаграмма с ограничен­ным широковещанием.

В протоколе IP существует несколько соглашений об особой интерпретации IP-адресов:

eсли весь IP-адрес состоит только из двоичных нулей, то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет; этот режим используется только в некоторых сообщениях ICMP;

eсли 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;

eсли все двоичные разряды IP-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 (limited broadcast);

eсли в поле номера узла назначения стоят только единицы, то пакет, имеющий такой адрес, рассылается всем узлам сети с заданным номером сети. Например, в сети 192.190.21.0 с маской 255.255.255.0 пакет с адресом 192.190.21.255 доставляется всем узлам сети этой сети. Такая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast).