6.1.2 Общие принципы адресации протокола iPv4
6.1.2.1 Основы IP-адресации. IP-адрес представляет собой уникальную четырехоктетную (32-битовую) величину, выраженную в десятичных числах, разделенных точками в форме W.X.Y.Z, где точки используются для разделения октетов (например, 10.0.0.1). Поле адреса размером 32 бита состоит из двух частей: адрес сети или связи (который представляет собой сетевую часть адреса) и адрес хоста (идентифицирующий хост в сетевом сегменте). Разграничение сетей по количеству хостов в них традиционно осуществляется на основе так называемых классов IP-адресов. Сегодня существует 5 классов IP-адресов (три из которых используются для уникальной адресации сетей и хостов): A, B, C, D и E.
6.1.2.2 Только адреса классов А, В и С могут использоваться как уникальные. Адреса класса D применяются для обращения к набору узлов, а адреса класса Е зарезервированы для исследовательских целей и в настоящее время не используются. Несколько адресов во всех классах зарезервированы для специальных целей.
Такая система адресации, основанная на классах, часто именуется классовой моделью (classful model). Различные классы определяются также различными конфигурациями сетей, в зависимости от желаемого количества подсетей в сети и числа хостов в них. По мере рассмотрения материала будут четко видны различия между классами IP-адресов.
6.1.2.3 Адреса класса А. Сети класса А определяются значением 0 самого старшего (левого) бита в адресе. Первый октет (биты с 0 по 7), начинаются с левого бита в адресе. Этот октет определяет количество подсетей сети, в то время как оставшиеся три октета (биты с 8 по 31) представляют количество хостов в сети. Возьмем для примера адрес в сети класса А 124.0.0.1. Здесь 124.0.0.0 представляет собой адрес сети, а единица в конце адреса обозначает первый хост в этой сети. В результате такого представления (рисунок 35) в сетях класса А можно адресовать 128 (27) подсетей
Рисунок 35 - Общий вид IP-адреса класса А
После определения в сети, первый и последний адреса хостов в ней выполняют специальные функции. Так, первый адрес 124.0.0.0 (из приведенного выше примера) используется в качестве адреса сети, а последний адрес (124.255.255.255) представляет собой широковещательный адрес для этой сети. Таким образом, с помощью адресов класса А можно представить только 16777214 (216-1) хостов в каждой сети.
6.1.2.4 Адреса класса B. Сети класса В определяются значениями 1 и 0 в старших битах адреса. Первые два октета в адресе (биты с 0 по 15) служат для представления адресов сетей, а оставшиеся два октета представляют номера хостов в этих сетях. В результате мы получим 16384 (214) адреса сетей с 65534 (216-2) хостов в каждой (рисунок 36). Так, например, в адресе класса В 172.16.0.1, адрес сети - 172.16.0.0, 1 - номер хоста
Рисунок 36 - Общий вид IP-адреса класса B
6.1.2.5 Адреса класса C. Сети класса С определяются значениями 1, 1 и 0 старших битов в адресе. Первые три октета (биты с 0 по 23) используются для представления номеров сетей, а последний октет (биты с 24 по 31) представляет собой номера хостов в сети. Таким образом, получаем 2097152 (221) сетей, в каждой из которых находится 254 (28-2) хоста (рисунок 37). Для примера возьмем адрес в сети класса С 192.11.1.1, где 192.11.1.0 представляет собой адрес сети, а номер хоста в сети - 1.
Рисунок 37 - Общий вид IP-адреса класса C
6.1.2.6 Адреса класса D. Сети класса D определяются значениями 1, 1, 1 и 0 в первых четырех битах IP - адреса. Адресное пространство класса D зарезервировано для представления групповых IP - адресов, которые используются для адресации набора узлов. Это означает, что данный пакет должен быть доставлен сразу нескольким узлам, которые образуют группу с номером, указанным в поле адреса.
6.1.2.7 Адреса класса E. Сети класса E определяются значениями 1, 1, 1 и 1 в старших четырех битах IP - адреса. В настоящее время адреса этого диапазона не используются. Они зарезервированы для экспериментальных целей.
6.1.2.8 Адресация подсетей. Как и номера хост–машин в сетях класса A, класса B и класса C, адреса подсетей задаются локально. Обычно это выполняет сетевой администратор. Так же, как и другие IP - адреса, каждый адрес подсети является уникальным. Использование подсети никак не отражается на том, как внешний мир видит эту сеть, но в пределах организации подсети рассматриваются как дополнительные структуры.
6.1.2.9 Для примера, сеть 172.16.0.0 (рисунок 38) разделена на 4 подсети: 172.16.1.0, 172.16.2.0, 172.16.3.0 и 172.16.4.0. Маршрутизатор определяет сеть назначения, используя адрес подсети, тем самым ограничивая объем трафика в других сегментах сети.
Рисунок 38 - Сеть 172.16.0.0 состоит из четырех подсетей
6.1.2.10. С точки зрения адресации, подсети являются расширением сетевого номера (рисунок 39). Сетевые администраторы задают размеры подсетей, исходя из потребностей организации и роста.
Рисунок 39 - Адресация подсетей расширяет сетевой номер путем создания подсетей
Адрес подсети включает номера сети, подсети и хост–машины внутри подсети. Благодаря этим трем уровням адресации подсети обеспечивают сетевым администраторам повышенную гибкость настройки.
Чтобы создать адрес подсети, сетевой администратор "заимствует" биты из поля хост–машин и переопределяет их в качестве поля подсетей (рисунок 40). Количество "заимствованных" битов можно увеличивать до тех пор, пока не останется 2 бита. Поскольку в поле хостов сетей класса B имеются только 2 октета, для создания подсетей можно заимствовать до 14 бит. Сети класса C имеют только один октет в поле хостов. Следовательно, в сетях класса C для создания подсетей можно заимствовать до 6 бит.
Рисунок 40 - Биты заимствуются из поля хост–машины и переопределяются в качестве поля подсети
Чем больше бит заимствуется из поля хоста, тем меньше бит в октете можно использовать для задания номера хоста. Таким образом, каждый раз, когда заимствуется 1 бит из поля хоста, число адресов хостов, которые могут быть заданы, уменьшается на степень числа 2.
Чтобы понять смысл вышесказанного, рассмотрим сеть класса C. Все 8 бит в последнем октете используются для поля хостов. Следовательно, возможное количество адресов равно 28 или 256.
6.1.2.11 Представим, что эту сеть разделили на подсети. Если из поля хостов заимствовать 1 бит, количество бит, которое можно использовать для адресации хостов, уменьшится до 7. Если записать все возможные комбинации нулей и единиц, можно убедится, что число хостов, которые можно адресовать, стало равно 27 или 128.
Если в сети класса C из поля хостов заимствовать 2 бита, то количество бит, которое можно использовать для адресации хостов, уменьшится до 6. Общее число хостов, которое можно адресовать, станет равным 26 или 64.
IP-адреса, которые заканчиваются всеми двоичными единицами, зарезервированы для широковещания. Это утверждение справедливо и для подсетей.
IP-адреса, которые заканчиваются всеми двоичными нулями, зарезервированы для номера сети. Это утверждение справедливо и для подсетей.