7.1. Логические адреса версии iPv4

Узлы IP-сети имеют уникальные физические и логические адреса. Физический устанавливается изготовителем аппаратных средств, например, МАС-адрес сетевой карты NIC, который «прошивается» в ПЗУ. Логический адрес устанавливается пользователем (администратором) или назначается динамически протоколом DHCP из диапазона выделенных адресов. Логический адрес узлов в IP-сетях версии IPv4, которая используется в настоящее время, содержит 32 двоичных разряда, т.е. 4 байта. Каждый из 4 байт адреса в технической документации отображается десятичным числом, а байты разделяются точкой, например, 172.100.220.14. Часть этого адреса (старшие разряды) является номером сети, а другая часть (младшие разряды) – номером узла в сети. Таким образом, IP-адреса являются иерархическими, в отличие от плоских МАС-адресов. В соответствии с тем, какая часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла – адреса делятся на классы. Для адресации узлов используются три класса адресов.

В адресе класса А старший байт задает адрес сети, а три младших байта – адрес узла (host).

0								2-ой байт	3-ий байт	4-ый байт
№ сети – 1 байт								№ узла – 3 байта

В адресе класса В два старших байта задают адрес сети, а два младших байта – адрес узла (host).

1	0							2-ой байт	3-ий байт	4-ый байт
№ сети – 2 байта									№ узла – 2 байта

В адресе класса С три старших байта задают адрес сети, а младший байт – адрес узла.

1	1	0						2-ой байт	3-ий байт	4-ый байт
№ сети – 3 байта										№ узла – 1 байт

Существует также многоадресный (multicast) класс D и резервный класс E. Дополнительная информация по классам и адресам приведена в табл.7.1.

Таблица 7.1

Классы IP адресов

Класс	Первый байт адреса	Наименьший адрес сети	Наибольший адрес сети	Максимальное число узлов
A	0	1.0.0.0	126.0.0.0	2^24 - 2
B	10	128.0.0.0	191.255.0.0	2^16 - 2
C	110	192.0.0.0	223.255.255.0	2^8 - 2
D	1110	224.0.0.0	239.255.255.255	multicast
E	11110	240.0.0.0	247.255.255.255	Резерв

Номер узла (адрес host) не может состоять только из одних единиц или нулей. Если в поле адреса узла все нули, то это значит, что задается номер (адрес) сети или подсети. Если же в этом поле все двоичные разряды равны единице, то это означает широковещательный (broadcast) адрес, предназначенный всем узлам сети, в которой находится узел, сформировавший данный пакет, т.е. источник передаваемой информации. Этим объясняется уменьшение максимального числа узлов в сети на 2 (см. табл.7.1). Таким образом, максимальное число узлов в сети класса С будет равно 2⁸ – 2 = 254.

Старший разряд адреса класса А всегда равен 0, поэтому адреса сетей могут находиться в диапазоне от 1 до 127. Однако адрес 127.0.0.1 предназначен для самотестирования, по этому адресу узел обращается к самому себе, проверяя, установлен ли протокол TCP/IP на этом хосте. Поэтому адрес сети 127.0.0.0 не входит в состав адресов таблицы 7.1.

С целью сокращения количества адресов, которыми оперирует маршрутизатор, в его таблице маршрутизации задаются адреса сетей, а не узлов. В то же время, в адресной части пакета задаются адреса узлов (см. рис.6.7). Поэтому маршрутизатор, получив пакет, должен из адреса назначения получить адрес сети. Эту операцию маршрутизатор реализует путем логического умножения сетевого адреса узла на маску. Число разрядов маски равно числу разрядов IP-адреса. Непрерывная последовательность единиц в старших разрядах маски задает число разрядов адреса, относящихся к номеру сети. Младшие разряды маски, равные нулю, соответствуют адресу узла в сети. При логическом умножении адреса узла на маску получается адрес сети. Например, при умножении IP-адреса 192.100.12.67 на стандартную маску класса С, равную 255.255.255.0, получается следующий результат:

11000000.01100100.00001100.01000011

11111111.11111111.11111111.00000000

11000000.01100100.00001100.00000000

т.е. получен номер сети 192.100.12.0.

Аналогичная запись предыдущего адреса с соответствующей маской класса С может также иметь следующий вид: 192.100.12.67/24, означающий, что маска содержит единицы в 24 старших разрядах. При этом 24 старших разряда будут одинаковы для всех узлов сети, т.е. образуют общую часть адреса, называемую префиксом. Именно префикс имеет обозначение /24.

Стандартная маска адреса класса В имеет 16 единиц в старших разрядах и 16 нулей в младших. Поэтому, если адрес узла будет равен 172.16.37.103/16, то адрес сети будет равен 172.16.0.0. Маска адреса класса А имеет 8 единиц в старших разрядах и 24 нуля в младших. Поэтому, например, адресу узла 10.116.37.103/8 соответствует адрес сети 10.0.0.0.

Разбиение адресов на классы жестко задает максимальное количество узлов в сети. Этому соответствуют протоколы маршрутизации типа Classful, которые требуют, чтобы использовалась единая (стандартная) маска сети. Например, в сети с адресом 192.168.187.0 может использоваться стандартная маска 255.255.255.0, а в сети 172.16.32.0 используется стандартная маска 255.255.0.0.