4. Адресація вузлів мереж

Ще однією проблемою, яку потрібно враховувати при об'єднанні трьох і більш комп'ютерів, є проблема їх адресації, точніше адресації їх мережних интерфейсів. Один комп'ютер може мати декілька мережних інтерфейсів. Наприклад, для створення повнозв'язної структури з N комп'ютерів необхідно, щоб у кожного з них був N-1 інтерфейс.

За кількістю інтерфейсів, що адресуються, адреси можна класифікувати таким чином:

• унікальна адреса (unicast) використовується для ідентифікації окремих інтерфейсів;

• групова адреса (multicast) ідентифікує одразу декілька інтерфейсів, тому дані, помічені груповою адресою, доставляються кожному з вузлів, що входять до групи;

• дані, направлені за широкомовною адресою (broadcast), повинні бути доставлені всім вузлам мережі;

• в новій версії протоколу IPv6 визначена адреса довільної розсилки (anycast), яка, так само як і групова адреса, задає групу адрес, проте дані, надіслані за цією адресою, повинні бути доставлені не за всіма адресами даної групи, а за будь-якою з них.

Адреси можуть бути числовими (наприклад, 129.26.255.255 або 81.la.ff.ff) та символьними (site.domen.ua).

Символьні адреси (імена) призначені для запам'ятовування людьми і тому звичайно несуть смислове навантаження. Для роботи у великих мережах символьне ім'я може мати ієрархічну структуру, наприклад ftp-arch1.ucl.ac.uk. Ця адреса говорить про те, що даний комп'ютер підтримує ftp-архів в мережі одного з коледжів лондонського університету (University College London — ucl) і ця мережа відноситься до академічної гілки (ас) Інтернету Великобританії (United Kingdom — uk). При роботі в межах мережі лондонського університету таке довге символьне ім'я явно надмірне і замість нього можна користуватися коротким символьним ім'ям ftp-arch 1. Хоча символьні імена зручні для людей, через змінний формат і потенційно велику довжину їх передача по мережі не дуже економічна.

Множина всіх адрес, які є допустимими в рамках деякої схеми адресації, називається адресним простором.

Адресний простір може мати плоску (лінійну) організацію або ієрархічну організацію.

При лінійній організації множина адрес ніяк не структурована. Прикладом лінійної числової адреси є МАС-адреса, призначена для однозначної ідентифікації мережних інтерфейсів в локальних мережах. Така адреса звичайно використовується тільки апаратурою, тому її прагнуть зробити по можливості компактною і записують у вигляді двійкового або шістнадцяткового числа, наприклад 0081005е24а8. При завданні МАС-адрес не потрібне виконання ручної роботи, оскільки вони звичайно вбудовуються в апаратуру компанією-виготівником, тому їх називають також апаратними адресами (hardware addresses). Використання плоских адрес є жорстким рішенням — при заміні апаратури, наприклад, мережного адаптера, змінюється і адреса мережного інтерфейсу комп'ютера.

При ієрархічній організації адресний простір організований у вигляді вкладених одна в одну підгруп, які, послідовно звужуючи область, що адресується, врешті-решт, визначають окремий мережний інтерфейс.

В показаній на рис. 9.4 трирівневій структурі адресного простору адреса кінцевого вузла задається трьома складовими: ідентифікатором групи (K), в яку входить даний вузол, ідентифікатором підгрупи (L) і, нарешті, ідентифікатором вузла (n), який однозначно визначає його в підгрупі. Ієрархічна адресація у багатьох випадках виявляється більш раціональною, ніж лінійна. У великих мережах, що складаються з багатьох тисяч вузлів, використання лінійних адрес призводить до великих витрат — кінцевим вузлам і комунікаційному устаткуванню доводиться оперувати таблицями адрес, що складаються з тисяч записів. В протилежність цьому ієрархічна система адресації дозволяє при переміщенні даних до певного моменту користуватися тільки старшою складовою адреси (наприклад, ідентифікатором групи K), потім для подальшої локалізації адресата задіювати наступну за старшинством частину (L) і нарешті — молодшу частину (n).

Рисунок 9.4 – Ієрархічна організація адресного простору

Типовими представниками ієрархічних числових адрес є мережні IP-адреси. В них підтримується дворівнева ієрархія, адреса ділиться на старшу частину — номер мережі і молодшу — номер вузла. Такий розподіл дозволяє передавати повідомлення між мережами тільки на підставі номера мережі, а номер вузла використовується після доставки повідомлення в потрібну мережу; точно так, як і назва вулиці використовується листоношею тільки після того, як лист доставлений в потрібне місто.

На практиці звичайно застосовують відразу декілька схем адресації, так що мережний інтерфейс комп'ютера може одночасно мати декілька адрес-імен. Кожна адреса задіюється в тій ситуації, коли відповідний вид адресації найбільш зручний. А для перетворення адрес з одного вигляду в іншій використовуються спеціальні допоміжні протоколи, які називають протоколами дозволу адрес.

Користувачі адресують комп'ютери ієрархічними символьними іменами, які автоматично замінюються в повідомленнях, що передаються по мережі, ієрархічними числовими адресами. За допомогою цих числових адрес повідомлення передаються з однієї мережі в іншу, а після доставки повідомлення в мережу призначення замість ієрархічної числової адреси використовується плоска апаратна адреса комп'ютера. Проблема встановлення відповідності між адресами різних типів може розв'язуватися як централізованими, так і розподіленими засобами.

При централізованому підході в мережі виділяється один або декілька комп'ютерів (серверів імен), в яких зберігається таблиця відповідності імен різних типів, наприклад символьних імен і числових адрес. Все інше комп'ютери звертаються до серверу імен із запитами, щоб по символьному імені знайти числовий номер необхідного комп'ютера.

При розподіленому підході кожний комп'ютер сам зберігає всі призначені йому адреси різного типу. Тоді комп'ютер, якому необхідно визначити за відомою ієрархічною числовою адресою деякого комп'ютера його плоску апаратну адресу, посилає в мережу широкомовний запит. Всі комп'ютери мережі порівнюють адресу, що міститься в запиті, з власною. Той комп'ютер, у якого виявився збіг, посилає відповідь, що містить шукану апаратну адресу. Така схема використана в протоколі дозволу адрес (Address Resolution Protocol, ARP) стека TCP/IP.

Перевага розподіленого підходу в тому, що в цьому випадку не потрібно виділяти спеціальний комп'ютер, який до того ж часто вимагає ручного завдання таблиці відповідності адрес. Недоліком його є необхідність широкомовних повідомлень, що перенавантажують мережу. Саме тому розподілений підхід використовується в невеликих мережах, а централізований — у великих.

Кінцевою метою даних, що пересилаються по мережі, є не мережні інтерфейси або комп'ютери, а програми, що виконуються на цих пристроях, — процеси. Тому в адресі призначення разом з інформацією, що ідентифікує інтерфейс пристрою, повинна вказуватися адреса процесу, якому призначені надіслані по мережі дані. Очевидно, що достатньо забезпечити унікальність адреси процесу в межах комп'ютера. Прикладом адрес процесів є номери портів TCP і UDP, що використовуються в стеку TCP/IP.