Реферат: Межсетевые коммуникации на базе tcp/IP

Межсетевые коммуникации на базе TCP/IP

1. TCP/IP – основа межсетевых коммуникаций


Структура TCP/IP


TCP/IP. TCP/IP - это обширное семейство протоколов, которые могут использоваться в гетерогенных сетях (UNIX, NetWare, Windows NT), обеспечивая при этом маршрутизацию. TCP/IP основан на модели открытых систем и состоит из протокола транспортного уровня TCP и сетевого протокола IP. Дейтаграммный протокол IP содержит целевой адрес пакетов и интерфейсы с уровнем TCP. TCP, ориентированный на виртуальное соединение, обеспечивает гарантированную связь.
На рис. 1. показана реализация Microsoft для TCP/IP, которая содержит небольшие расширения в виде поддержки NetBIOS, интерфейсов TDI и NDIS.



^ Прикладной уровень

Сокеты Windows

NetBIOS

NetBIOS поверх

TCP/IP


Уровень приложения




^ Представительский уровень




Сеансовый уровень






^ Интерфейс TDI









Транспортный уровень


TCP




UDP


Транспортный уровень

^ Сетевой уровень

ICMP

IGNP

IP

ARP

RARP



^ Интерфейс NDIS


Межсетевой уровень
Канальный уровень

Ethernet


FDDI

Драйверы сетевых карт

РРР

Трансляция кадров


Уровень сетевого интерфейса

Физический уровень

^ Сетевые адаптеры


Рис. 1. Архитектура TCP/IP


Рассмотренный стек протоколов TCP/IP на самом деле включает в себя целое семейство других протоколов, функционирующих в среде вычислительных сетей:

UDP (User Datagram Protocol) - протокол пользовательских дейтаграмм для посылки коротких сообщений, который не предусматривает сборку и разборку сообщений. Прикладные программы, использующие услуги UDP, каждой посланной дейтаграмме ставят в соответствие тайм-аут, по которому определяется неудачная доставка и организуется повторную посылку потерянной дейтаграммы.

ТCP (Transmission Control Protocol) – обеспечивает надежную передачу данных от одного узла к другому в рамках устанавливаемого виртуального соединения по принципу «трехстороннего рукопожатия».

IP (Internet Protocol) – межсетевой дейтаграммный протокол, обеспечивающий доставку пакетов из одной сети в другую, или из одного сетевого сегмента в другой.

ARP (Address Resolution Protocol )  протокол преобразования IP-адресов в адреса конкретной сетевой карты (МАС-адрес).

RARP (Reverse Address Resolution Protocol) – протокол обратного определения адресов, позволяющий по МАС-адресу определить IP-адрес.

ICMP (Internet Control Management Protocol) – протокол, используемый IP и другими вышележащими протоколами для отправки и получения сообщений о статусе передаваемой информации.

IGMP (Internet Group Management Protocol) – протокол отправки широковещательных сообщений. Используется для пересылки группе получателей.

Помимо рассмотренных протоколов на стек TCP/IP опираются следующие протоколы и службы.

Протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)  это простой протокол для электронного обмена сообщениями.

SNMP ( Simple Network Management Protocol )  простой протокол управления сетью, работает на базе UDP и предназначен к использованию сетевыми управляющими станциями для сбора информации;

TELNET  протокол прикладного уровня, используется для входа в другие компьютеры сети Internet. Обеспечивает доступ к открытым серверам, библиотечным каталогам и различным базам данных. TELNET эмулирует терминалы vt100 и vt330 фирмы DEC.

F
PT  протокол пересылки файлов (File Transfer Protocol) позволяет передавать данные между рабочей станцией и хост-системой Unix или Novell NetWare NFS, или Windows NT.


Рис. 2. Настройка TCP/IP
Для поддержки стека TCP/IP в состав операционной системы Windows NT входят следующие службы (рис.2):
WINS – служба определения имен Интернета, которая именам NetBIOS ставит в соответствие адреса IP.

DNS – служба формирования имен узлов, когда по именам узлов определяются их IP-адреса, например eai.mephi.ru соответствует адрес 194.67.66.75.

DHCP – протокол динамической конфигурации узла, когда IP-адрес выдается станции на какое-то время (аренда адреса) из определенного интервала возможных адресов

Все эти протоколы предназначены для объединения в единую сеть с коммутацией пакетов разнородных подсетей, которые соединяются через устройства сопряжения (мосты routers или шлюзы gateways). Эта единая сеть носит название Интернет и охватывает почти все континенты.

П
T C P
о мере прохождения информации от прикладного уровня вниз, меняется название блоков данных. Сформированное на верхнем уровне прикладное сообщение преобразуется в транспортное сообщение (TCP - сегмент) или UDP-дейтаграмму. Они в свою очередь разбиваются на нумерованные IP - пакеты, а попав в Ethernet, получают название кадров.

Д
T C P
ля каждого такого узла TCP/IP, несмотря на использование различных сетевых сегментов, всегда известны два адреса: сорокавосьмибитный адрес карты Ethernet и тридцатидвухбитный адрес IP, уникальный в пределах всей сети Интернет.

ARP-протокол. Рассмотрим подробнее механизм преобразования IP-адресов в Ethernet-адреса, который использует ARP-протокол при посылке пакетов. Этот процесс называется разрешением физических адресов.

Преобразование адресов осуществляется с помощью ARP-таблиц, где каждой строке ставится в соответствие IP-адрес компьютера и соответствующий ему адрес сетевой карты Ethernet. IP-адрес назначается администратором сети с учетом места подключения компьютера в сети Интернет. Если меняется положение компьютера по отношению к узлам Интернет, меняется и его IP- адрес. Адрес сетевой карты присваивает изготовитель исходя из адресного пространства, соответствующего его лицензии. Этот адрес не может быть изменен, пока работает данная сетевая карта.

При посылке IP-пакета протоколом ARP определяется адрес сетевой карты узла-премника. При этом происходит обращение к соответствующей строке ARP-таблицы, где каждому IP-адресу ставится в соответствие хотя бы один Ethernet-адрес. Эта ARP-таблица содержится в кэше данного компьютера. В случае отсутствия соответствующей строки, формируется специальный ARP-запрос, который упаковывается в широковещательный кадр Ethernet, адресованный всем станциям данной локальной сети. Исходящий IP-пакет, для которого пока невозможно преобразование адресов, задерживается и ставится в очередь.

В локальной сети каждый сетевой адаптер принимает широковещательный кадр Ethernet. В случае успешной доставки, по двухбайтовому полю типа определяется, что это ARP- запрос, и он передается протоколу ARP локального узла. Обратите внимание, что речь идет об истинном Ethernet (Ethernet_II), где в каждом кадре имеется двухбайтовое поле типа протокола верхнего уровня. Для сетей IEEE 802.3 и ISO 8802/3 поле типа заменено на двухбайтовое поле длины данных (Ethernet 802_2, Ethernet 802_3), а идентификация протоколов вышележащих уровней ведется по номеру точки доступа к канальной услуге SAP, содержащейся в первом байте поля данных (Ethernet 802_2).

Протокольный объект ARP проверяет поле IP-адреса приемника и, если оно не совпадает с его собственным адресом, сбрасывает пакет.

Если адреса совпадают, то по принципу эхо формируется ARP-ответ, где в поле искомого адреса вставляется собственный Ethernet-адрес. Данный ARP-ответ запаковывается в кадр Ethernet с индивидуальными адресами и выталкивается в сеть.

Получив такой кадр, сетевой адаптер распаковывает его и передает ARP-ответ протоколу ARP узла-источника запроса, который обновляет свою таблицу, добавив в нее еще одну строку. Эта строка должна сохраняться в ARP-кэше по умолчанию 10 минут. Но в Windows NT обновление ARP-кэша производится по мере его переполнения, даже если срок давности строки не истек.

Теперь, после обновление ARP-таблицы, для задержанного IP-пакета становится возможно преобразование адресов. Для этого формируется соответствующий кадр и выталкивается в сеть. При отсутствии ARP-ответа, IP-пакет будет сброшен. Протоколы верхних уровней не могут отличить потерю кадров в среде Ethernet от отсутствия адреса-приемника.

Восстановление потерянных пакетов возлагается на протоколы TCP или UDP, которые используют механизмы тайм-аутов для определения потерь и повторную передачу для восстановления пакетов.

Каждому узлу TCP/IP может соответствовать несколько разных сетевых карт и для каждой из них поддерживается своя собственная ARP-таблица.

Теперь давайте рассмотрим процесс определения адресов с участием маршрутизатора. Получив запрос на посылку IP-запроса в удаленную сеть, компьютер определяет это по маске подсети и ищет в кэше аппаратный Ethernet-адрес шлюза по умолчанию, т. е. маршрутизатора. Если этот адрес не найден, то формируется широковещательный ARP-запрос на аппаратный адрес маршрутизатора. Получив ответ, компьютер отправляет при помощи ICMP эхо-запрос приемнику через маршрутизатор. При этом маршрутизатор начинает свой собственный ARP-сеанс поиска далее по сети, и т.д. Наконец, узел-приемник сообщает своему локальному маршрутизатору свой аппаратный адрес, а также ответ на ICMP-запрос. Этот процесс определения удаленного аппаратного адреса называется ARP-прокси.

Обратите внимание, что наиболее важное различие между определением локальных и удаленных адресов заключается в том, что при определении удаленного адреса ответ на запрос содержит адрес шлюза по умолчанию, а при определении локального адреса ответ содержит аппаратный адрес непосредственно узла-получателя.

При возникновении ошибок наиболее частая проблема, которая возникает при разрешении адреса, связана с неверными масками подсетей. Если маска определена неверно, то удаленный адрес трактуется системой как локальный и производится непрерывная широковещательная атака для определения адреса. Такое явление называется широковещательным штормом.

RARP-протокол. Протокол обратного определения адреса позволяет по данному аппаратному адресу определит адрес IP и используется в основном на бездисковых рабочих станциях.

IP-протокол. Ядром IP-протокола является таблица маршрутизации, содержание которой формирует администратор сети.

В сети Internet используются два вида маршрутизации: прямая и косвенная.

При прямой маршрутизации взаимодействие двух IP-протоколов происходит напрямую, без участия каких-либо дополнительных устройств типа шлюза. Microsoft называет это устройство шлюзом по умолчанию. В этом случае кадр, выпускаемый в канал связи, адресован тому же узлу, на который указывает IP-адрес приемника. При косвенной адресации взаимодействуют узлы, находящиеся в разных сетях, соединенных через шлюз.

В данном случае шлюз представим как узел IP с единственным протоколом IP, взаимодействующим сразу с несколькими сетевыми картами Ethernet, каждая со своей ARP-таблицей и уникальным адресом Ethernet.

Пакет, адресованный станции, упаковывается в кадр, адресованный сетевой карте шлюза. Получив означенный пакет, IP-шлюз ретранслирует его, т.е. опознает как собственный и упаковывает этот пакет в другой кадр, адресованный уже непосредственно станции B. Таким образом, для пришедшего с верхнего уровня протокола связи IP-протокол должен выбрать способ маршрутизации и определить Ethernet-адрес сетевой карты.

Для пришедших по сети пакетов, IP-протокол решает, нужно ли ретранслировать его в другую сеть, передать ли на верхний уровень своей архитектуры связи или просто сбросить.

Структура IP-адреса такова, что в него входит не только номер узла, но и номер сети. В ряде случаев, адресное пространство Internet может быть разделено на непересекающиеся подпространства - подсети, каждая из которых обычно соответствует одной физической сети, например Ethernet.

Использование подсетей необязательно, но очень экономично: если каждой из физических сегментов Ethernet вы назначите свой номер сети, то машины вне ваших сегментов должны поддерживать все записи о маршрутах доступа к каждой из этих новых IP-сетей. Если используются подсети, то извне маршрутизация определяется только для одного номера сети, а описание конфигурации подсетей есть внутреннее дело вашей организации и не видно из других сетей. Таким образом, компьютеры вне вашей организации видят только одну большую IP-сеть и поддерживают маршруты доступа к шлюзу, соединяющему ваши подсети с остальной частью Internet. В этом случае легче модернизировать свои подсети.

Используя подсети, необходимо выбрать маску подсети. Эта маска используется протоколом для выделения номера подсети из IP-адреса: биты, определяющие номер IP-сети, должны быть равны 1, а биты, соответствующие номерам узла  0. Информация о маске вносится в файл конфигурации сети.

Кроме того, в специальных файлах с именем hosts хранится информация о соответствии IP-адресов логическим именам компьютеров, взаимодействующим по сети, причем каждому такому имени может соответствовать более одного IP-адреса. В файле networks содержится информация о соответствии логических имен IP-сетей их номерам. Название этих файлов менять нельзя!

Оба файла используются командами администратора сети и прикладными программами при работе с именами. Они не нужны собственно для работы самой сети, но очень помогают человеку сопровождать таблицы маршрутизации.

^ Протокол UDP является одним из основных протоколов, пользующихся услугами IP. Протокол UDP обеспечивает доставку дейтаграмм и не гарантирует отсутствие потерь. Запросы к UDP от прикладных процессов поступают в нумерованные UDP-порты, упаковываются в дейтаграммы с помощью полей контрольной суммы и номера логического порта и выталкиваются на уровень IP. Логический порт имеет огромное значение при доставке дейтаграмм. Среди всего множества возможных номеров логических портов часть номеров является общеизвестными и предназначена для взаимодействия между зарезервированными сетевыми службами. Например, простой протокол управления сетью SNMP , использующий UDP для передачи своих блоков данных, приписан к общеизвестному порту 161 и свои сообщения может адресовать только через указанный номер.

UDP не использует сборку-разборку дейтаграмм и не обеспечивает первоначальный порядок их следования.

В случае неверной адресации, несовпадающей контрольной суммы или переполнения буфера приема дейтаграмм, эти дейтаграммы немедленно сбрасываются.

^ Протокол TCP. Протокол TCP относится к группе протоколов транспортных протоколов надежной доставки и работает с установлением виртуального канала.

Подобно всем транспортным протоколам он использует понятие логического порта доступа к услугам связи и часть этих портов является общеизвестными. Например, прикладной протокол TELNET назначается на общеизвестный порт 23, и все логические каналы между протокольными объектами TCP, обслуживающие доставку сообщений TELNET, адресуются именно этому порту.

По своей реализации, протокол TCP сходен с транспортным протоколом класса 4 ISO и использует все механизмы надежной доставки.

Услугами надежной транспортной связи TCP пользуются прикладные протоколы FPT и TELNET.

В табл. 1 приведены номера портов, используемых различными службами по умолчанию.


^ Таблица 1. Номера портов TCP и UDP
Протокол Номер порта Описание
TCP

20

FTP, канал данных




21

FTP, управляющий канал




23

Виртуальный терминал TELNET




25

Пересылка сообщений по SMTP




80

Гипертекст WWW




139

Служба сеансов NetBIOS

UDP

53

Запросы имен DNS




69

Простой протокол переноса данных TFPT




137

Служба имен NetBIOS




138

Служба дейтаграмм NetBIOS




161

Простой управляющий протокол SNMP


Формирование IP- адресов


Адреса IP. Семейство протоколов TCP/IP используют 32- разрядную схему адресации, которая для каждого узла определяет не только его собственный адрес, но и адрес сети, в которой этот узел находится. Перемещение компьютеров из одной сети в другую приводит к тому, что его IP-адрес изменяется.

IP-адрес состоит из четырех последовательностей, по восемь бит каждая, всего – 32 бита. Для удобства восприятия, при записи IP-адреса используются десятичные числа, разделенные точками, X.Y.Z.W, например 194.67.67.97. Старшие биты данного адреса соответствуют номеру IP-сети, младшие - номеру узла.

При работе с IP-адресацией требуется умение быстро преобразовывать их из десятичного формата в двоичный и наоборот. Такое преобразование производится побайтно в соответствии с правилами позиционной системы счисления, двоичной или десятичной. В позиционной системе счисления каждое число представляется последовательностью цифр, причем позиции каждой цифры хiприсвоен определенный вес b i, где b – основание системы:



Например, число 2001 представляется в системе с десятичным основанием (в десятичной системе), как

2001= 2*103 +1*100 .
^ Двоичный эКБивалент числа 2001 имеет вид
2001= 1024+512+256+128+64+16+1 = 1*210 +1*29 +1*28 +1*27 +1*26 + 1*24 ++1*20 =11111010001.

Десятичное значение числа всегда равно сумме десятичных эквивалентов всех позиций, на которых в этой записи стоят единицы!

Десятичные значения байтов IP-адреса принимают значение от 0 до 255. Нулевые значения разрешаются не во всех байтах, только во втором и третьем, а адрес 255 используется для широкого вещания. На рис.3 показано преобразование IP- адресов.

^ Двоичная позиция
27

26

25

24

23

22

21

20




Десятичное значение

128

64

32

16

8

4

2

1




Байт

1

1

0

0

0

0

1

0







128

+64













+2




=194






Сумма десятичных значений каждой позиции байта, равных 1, равна десятичному значению этого байта!


Рис. 3. Преобразование IP- адресов














^ Классы адресов. Выделяется пять классов IP-адресов, которые отличаются количеством бит в номере сети и в номере узла. Класс адреса идентифицируется по значению первого байта. Узлам можно присваивать адреса классов от А до С, классы Е и D зарезервированы для специальных целей. В табл. 2 приведено описание классов. Класс адреса всегда определяется по значению первого байта!

^ Таблица 2. Описание классов адресов

Класс

Значение первого байта адреса

Возможное количество сетей

^ Возможное количество узлов
А
1 -126

126

16777214

В

128 - 191

16 382

65534

С

192 - 223

2 097 150

254


D

224 - 239

нет

Применяется только для сообщений маршрутизаторов


E

240 - 247

нет

Экспериментальное использование


Адреса класса А используются в больших сетях с огромным количеством узлов, структура адреса выглядит так:

0

X.
Y.Z.W
номер сети

номер узла

0

ххххххх











Адреса класса B используются в средних сетях, содержащих не более 2**16 узлов, и имеют следующую структуру:





X.Y.

Z.W
^ Номер сети
номер узла

10

хххххх











Адреса класса С используются сетях с небольшим количеством узлов





X.Y.Z.

W







номер сети




номер узла

110

ххххх











В классе D обращение производится к группам машин,







X.Y.Z.W
1110

хххх

групповой

адрес





а адреса класса Е зарезервированы на будущее:

X.Y.Z.W
11110

ххх

Зарезервировано


Некоторые IP-адреса зафиксированы и являются общеизвестными:

0.0.0.0 – означает принятый маршрут по умолчанию, используется для упрощения таблиц маршрутизации;

127.0.0.1 – используется для адресации на локальный узел (loopback adaptеr);

255.255.255.255 – широковещательный адрес узлов в пределах одной (данной) сети;

все биты в адресе узла или сети установлены равными 1 – адресация на все узлы;

все биты в адресе узла установлены равными 0 – обозначает саму сеть;

все биты в адресе сети установлены равными 0 – обозначает узел в данной сети.

Таким образом, посылка пакетов в рамках данной локальной IP-сети (т.е. сети, в которой содержится как источник, так и приемник пакетов), осуществляется в IP - адресе при нулевом номере сети и номере узла, отличном от нуля. Адресация пакетов всем узлам данной локальной сети происходит с помощью широковещательного номера узла, состоящего из всех единиц; номер сети, по-прежнему, нулевой.

Конкретная IP-сеть определяется по номеру сети при нулевом номере узла, при использовании широковещательного номера узла обращение ведется сразу ко всем узлам данной сети.

IP- адрес, старший байт которого равен 127, считается служебным и используется для тестирования и диагностики программного обеспечения. Взаимодействие в этом случае происходит в рамках одного узла. Например, когда IP-протокол получает пакет с адресом приемника 127.0.0.1, он не передает этот пакет на сетевую карту Ethernet, а выталкивает его обратно, на верхние уровни архитектуры связи TCP или UDP.

Распределение IP-адресов. Распределение IP- адресов до недавнего времени проводила корпорация Network Solutions, более известная как InterNIC (Network Information Centre), которая следила за уникальностью адресного пространства.

. В настоящее время управление адресами возложено также и на некоммерческую организацию ARIN (American Registry for Internet Numbers). Обе эти организации осуществляют управление IP- адресами в Северной и Южной Америке, Южной Африке и странах Карибского бассейна. В Европе для этих целей служит организация RIPE (Reseaux IP Europeens), а в Азии и Тихоокеанском регионе – APNIC (Asia Pacific Network Information Centre).

В InterNIC существуют зарезервированные диапазоны IP- адресов, которые локально используются в сетях, не имеют зарегистрированных идентификаторов (частные сети). Эти адреса нормально распознаются маршрутизаторами. К ним относятся:

класс А: 10.0.0.0 – 10.255.255.255;

класс В: 172.16.0.0 – 172.31.255.255;

класс С: 192.168.0.0. – 192.168.255.255.

Если локальная сеть в любое время должна иметь выход в Интернет, то необходим зарегистрированный IP- адрес, полученный от Интернет-провайдера.

Рассмотрим несколько примеров.

Задание № 1

Какие из этих адресов относятся к сетям класса В?

133.23.24.256

126.15.36.71

10111111.11010011.01110010.00001010

129.17.76.15

Решение

По определению класса В, первый байт IP- адреса должен иметь вид 10хххххх и принадлежать диапазону от 128 до 191. В требуемый диапазон попадают первый, третий и четвертый адреса. Но значение байта не может превысить 255, поэтому первый адрес неверен. Остаются только два правильных IP- адреса, 10111111.11010011.01110010.00001010 и 129.17.76.15

Задание № 2

Какой из адресов является двоичным эквивалентом 133.23.24.205?

Решение

Осуществим перевод десятичного адреса в двоичный побайтно:

133=128 + 4 + 1 = 10000101,

23 = 16 + 4 + 2 +1 = 00010111,

= 16 + 8 = 00011000,

205 = 128 + 64 + 8 + 4 + 1 = 11001101.

Таким образом, двоичный эквивалент 133.23.24.205 равен 10000101.00010111. 00011000. 11001101.

Задание № 4

Какой из адресов является десятичным эквивалентом 11010001.11001100.10011011.00010101?

Решение

Осуществим перевод двоичного адреса в десятичный побайтно:

11010001= 128 + 64 + 16 + 1 = 209,

11001100 = 128 + 64 + 8 +4 = 204,

10011011 = 128 + 16 + 8 + 2 +1 = 155,

00010101 = 16 + 4 + 1= 21.

Таким образом, десятичный эквивалент адреса 11010001.11001100.10011011.00010101 равен 209.204.155.21


Маски, подсети и надсети


Подсети. При необходимости, можно разделить одну IP-сеть, подсоединенную к Интернет, на несколько связанных между собой сетей, которые называются подсетями. Такое разбиение целесообразно, если его целью является:

расширение сети, когда добавление маршрутизаторов и использование подсетей позволяет превзойти физические ограничения;

снижение нагрузок на саму сеть за счет локализации трафика внутри подсетей;

снижение нагрузки на компьютеры с уменьшением сетевых подключений;

использование различных сетевых сред в подсетях;

улучшение защиты информации, когда скрывается внутренняя структура корпоративной сети, подключенной к Интернет посредством одного зарегистрированного IP-адреса;

локализация неисправностей внутри отдельных сетевых сегментов.

Подсеть  это сеть или идентификатор сети, созданный при помощи переноса несколько бит из части IP-адреса, содержащей идентификатор узла, в часть, содержащую идентификатор сети. Например, в IP-адресах класса В третий байт используется для задания номера подсети, тогда маска 255.255.255.0 позволяет задать 256 различных подсетей с 254 узлами в каждой. Определяя маску 255.255.255.192, вы адресуете 1024 подсети с 60 узлами в каждой.

Например, вы получили от провайдера Интернет идентификатор сети класса С IP= 194. 66.67.0 и хотите выделить пять подсетей для локализации трафика и снижения нагрузки на сеть. Каким образом выделить эти подсети? Сколько разрядов в адресе узлов отвести на адресацию подсетей?

При выделении подсетей необходимо руководствоваться следующими принципами:

в идентификаторе подсети все нули и все единицы используются для служебных целей, таким образом, количество подсетей определяется, как 2k-2, где k- количество бит, отведенных на адресацию подсетей в адресе.

при определении количества подсетей, помните о дальнейшем расширении сети.

количество узлов в каждой подсети не превосходит 2n-2, где n- количество бит, отведенных на адресацию узлов, так как в идентификаторе узла все 0 и все 1 используются служебным образом.




Подсети

Идентификатор подсети

Диапазон двоичных адресов

(последний байт)

Диапазон десятичных адресов

Служебный

000ххххх

нет

нет

Подсеть А

001ххххх

00100001..

.00111110

194.66.67.33..

.194.66.67.62

Подсеть В

010ххххх

01000001..

.01011110

194.66.67.65..

.194.66.67.94

Подсеть С

011ххххх

01100001..

.01111110

194.66.67.97..

.194.66.67.126

Подсеть D

100ххххх

10000001..

.10011110

194.66.67.129..

.194.66.67.158

Подсеть E

101ххххх

10100001..

.10111110

194.66.67.161..

.194.66.67.190

Для расширения


110ххххх

-

-

Служебный

111ххххх

нет

нет

Рис. 3.4. Выделение подсетей




Таким образом, в рассматриваемом примере, необходимое количество подсетей 5+2=7. Для кодирования этого числа в двоичном счислении нужно три разряда. Выделенный IP-адрес относится к классу С, таким образом последний байт адреса 194.66.67.0 можно использовать как на рис. 3.4.

Маски подсетей. Для распознавания того, какие биты в IP-адресе относятся к сети, а какие к узлу, протокол TCP/IP использует метод масок подсетей. В силу этого, любой сети присваивается маска, независимо от того, выделяем мы подсети или нет.

Под маской понимают 32-разрядное двоичное число в формате IP-адреса, единицы которого указывают на то, какие разряды указывают на адрес сети, и нули указывают на то, какие разряды указывают на адрес узла. В нашем примере, маска подсети имеет вид MASKA=11111111.11111111.11111111.11100000=255.255.255.224.

Маршрутизатор определяет адреса сети и узла, используя операцию логическое И, которая рассчитывается по таблице истинности:

X

Y

X и Y

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

Продолжая рассмотрение нашего примера, при указанном адресе 194.66.67.75 и маске подсети 255.255.255.224, выделяется следующий сетевой адрес (рис5).



IP-адрес

11000010.

01000010.

01000011.

01001011

Маска

11111111

11111111

11111111

11100000

Действие логического И


11____1_



_1_ ___1_



_1__ __11



_1_ ____

Десятичные значения позиций в каждом байте



128+64+2



64+2



64+2+1



64


Сетевой адрес


194.66.67.64


Рис. 5. Определение адреса сети


В зависимости от класса IP-сети, рекомендуются маски по умолчанию, представленные в табл. 3. Если сетевой администратор не использует подсети, то сохраняется соответствующая маска по умолчанию. По соглашению маски подсети присваиваются непрерывным последовательностям разрядов, начиная со старшего бита в байте. Десятичное значение крайнего правого бита маски может быть использовано для определения наименьшего возможного адреса подсети в байте. На рис. 3.2 были показаны настройки семейства протоколов TCP/IP в Widows NT, формирующие маску для частной сети класса А.

Адреса IP, которые согласуются с масками по умолчанию для соответствующего класса, образуют классовую иерархию подсетей. При классовой иерархии адресов, адреса класса А всегда используют 8 разрядов на адрес сети и 24 разряда на адрес узла. Для класса В на идентификатор сети приходится 16 бит и столько же на адрес узла. Для класса С идентификатор сети состоит из 24 разрядов, а идентификатор узла только из 8 разрядов.

При бесклассовой адресации, для адреса сети происходит заимствование нескольких разрядов из младших байтов. Таким образом, адреса, не согласованные с масками по умолчанию, образуют бесклассовую иерархию подсетей. Пример на рис. 3 иллюстрирует бесклассовую адресацию для частной сети.


^ Таблица 3. Маски по умолчанию для классов А, В и С

Класс сети

Маска по умолчанию

Класс A

255.0.0.0

Класс B

255.255.0.0.

Класс C

255.255.255.0


Присваивая адреса узлам в подсети, необходимо помнить:

все узлы в одной подсети должны иметь один и тот же адрес сети;

все узлы в одной подсети должны иметь один и тот же адрес подсети;

адрес каждого узла должен быть уникален в рамках подсети;

адреса узлов не могут состоять только из одних нулей или только из одних единиц;

адреса узлов присваиваются в порядке возрастания, начиная с крайнего правого бита в адресе узла.

Надсети. Использование подсетей подразумевает разбиение IP-адреса на подсети. Создание надсетей происходит объединением нескольких IP-адресов класса С в одну сеть.

Как правило, построение надсетей считается целесообразным, если:

все адреса класса В уже присвоены, в то время, как многие С-адреса еще свободны;

один С-адрес поддерживает не более 254 узлов, что недостаточно для быстрорастущих организаций;

объем таблиц маршрутизации в Интернет приводит к огромным сложностям в управлении ими;

с ростом Интернет существующие принципы IP-адресации должны как-то приспосабливаться к реальной жизни.

При создании надсети используются только соседние адреса, различающиеся в одном единственном разряде. Например, пара 194.66.66.0 и 194.66.67.0 может образовывать надсеть, а пара 194.66.67.0 и 194.66.68.0 – нет.

В случае пары 194.66.66.0 и 194.66.67.0 маска подсети MASKA= =11111111.11111111.11111110.00000000=255.255.254.0 позволяет отнести младший, двадцать четвертый, разряд адреса сети к идентификатору узла и породить 510 (29 –2) узлов. Во втором случае, различие кодов захватывает уже три разряда, коды не соседние и надсеть на двух адресах 194.66.67.0 и 194.66.68.0 строить нельзя. На рис.6 выделены различающиеся разряды у этих пар.

В надсети можно объединять более, чем две сети класса С. Для этого необходимо, чтобы различающиеся разряды в их адресах образовывали гиперкуб. Например, пять IP-адресов А1, А2, А3, А4 и А5 при маске подсети MASKA= 255.255.248.0 образуют надсеть. При этом три младших разряда в идентификаторе сети отводятся для адресации узла. Адресуемое количество узлов в такой надсети равно 2046 (211 –2):

А1=222.22.16.0= 11011110.00010110.00010000.00000000,

А2=222.22.17.0= 11011110.00010110.00010001. 00000000,

А3=222.22.18.0= 11011110.00010110.00010010. 00000000,

А4=222.22.19.0= 11011110.00010110.00010011. 00000000,

А5=222.22.20.0= 11011110.00010110.00010100. 00000000,

MASKA= 11111111.11111111.11111000.00000000.

Для работы с бесклассовыми IP-адресами надсетей была изобретена бесклассовая междоменная маршрутизация CIDR (Classless InterDomain Routing). CIDR позволяет маршрутизаторам использовать маски подсетей, отличных от принятых по умолчанию, для классов А, В и С. Например, адрес 222.22.16.0/21 воспринимается маршрутизатором как имеющий маску подсети 255.255.248.0. Последовательность символов «/21» в адресе показывает маршрутизатору, что маску подсети составляет первый двадцать один бит.

Такая возможность трактовать весь диапазон объединяемых адресов как один адрес очень сильно уменьшает объем перенаправляемой маршрутизатором информации. К сожалению, далеко не все маршрутизаторы поддерживают CIDR. Поэтому прежде чем создавать надсети, убедитесь, что ваши маршрутизаторы поддерживают эту технологию.

^ Пара адресов образует надсеть









194.66.66.0




11000010.

01000010.

01000010.

00000000

194.66.67.0




11000010.

01000010.

01000011.

00000000









^
Соседние коды


Пара адресов не образует надсеть









194.66.67.0




11000010.

01000010.

01000011.

00000000

194.66.85.0




11000010.

01000010.

01000100.

00000000









^
Не соседние коды




Рис. 6. Построение надсети








Рассмотрим несколько примеров.


Задание № 1

Вам необходимо разбить сеть организации «Рога и копыта» с ID=150.150.0.0 на две подсети, по 600 компьютеров в каждой. Как установить маску подсети?
Решение
При выделении подсетей необходимо помнить, что к требуемому количеству добавляется еще два служебных адреса, 2+ 2 =4. Для адресации четырех подсетей требуется всего два разряда. Таким образом, маска подсети в этом случае равна MASKA= 11111111.11111111.11000000.00000000 = 255.255.192.0. При такой маске подсети возможное количество узлов в каждом сегменте составляет 214 – 2 = 16382 узла.

Обратите внимание, при такой маске подсети мы решаем чисто тактическую задачу, т.е. лишаемся возможности расширять сеть!
^ Задание № 2
В вашей организации работает TCP/IP сеть с подсетями A, B, C и D. Идентификатор сети ID=211.40.88.0, маска подсети 255.255.255.224. Используемый диапазон IP адресов следующий:

A: 211.40.88.33 - 211.40.88.62

B: 211.40.88. 65 - 211.40.88. 92

C: 211.40.88.94 - 211.40.88. 126

D: 211.40.88. 129 - 211.40.88. 158.

IP-адреса на маршрутизаторах привязаны к сетевым картам:

Router AB 211.40.88.62/ 211.40.88.65

Router BC 211.40.88. 92/ 211.40.88.94

Router CD 211.40.88. 126/211.40.88. 129.

Пользователь Win 95 J_Bond из сети В с адресом 211.40.88. 88 жалуется, что у него нет доступа к серверу NT из сети С с адресом 211.40.88.109., но с сетью А у него нет проблем.

В чем может быть причина неисправностей?

Решение
Наиболее часто встречающаяся неисправность – неверная маска подсети или неверное разбиение на подсети. Проверим это. Маска MASKA= 255.255.255.224 = 1111111111.11111111.11111111.11100000 позволяет выделить следующие диапазоны адресов в подсетях:

211.40.88.33 –211.40.88.62

211.40.88.65 - 211.40.88.94

211.40.88.97 - 211.40.88.126

211.40.88.129 - 211.40.88.158

- 211.40.88.190

По условию задачи, подсеть С неверно сформирована и, как следствие, неверно настроены адреса сетевых карт маршрутизатора Router BC. Правильная настройка:

Router BC 211.40.88. 94/ 211.40.88.97,

а диапазон возможных адресов подсетей:

B: 211.40.88. 65 - 211.40.88. 94

C: 211.40.88.97 - 211.40.88. 126
^ Задание № 3
J_Bond поступил на работу в фирму - новому провайдеру Интернет. Один из клиентов затребовал шесть идентификаторов сети класса С и получил их, от 222.223.66.0 до 222.223.71.0. Какую из масок подсети должен установить J_Bond, чтобы оптимизировать таблицу маршрутизатора, поддерживающего CIDR?
Решение
Наибольшую оптимизацию работы маршрутизатора CIDR можно получить, если построить надсеть и шесть строк в таблице заменить на одну-единственную строку. Для адресации шести сетей необходимо использовать три бита. Поэтому в маске подсети для адресации надсети нужно отвести 21 бит:

222.223.66.0 = 11011110.11011111.01001110.00000000

222.223.67.0 = 11011110.11011111.01000011.00000000

222.223.68.0 = 11011110.11011111.01000100.00000000

222.223.69.0 = 11011110.11011111.01000101.00000000

222.223.70.0 = 11011110.11011111.01000110.00000000

222.223.71.0 = 11011110.11011111.01000111.00000000

MASKA= 11111111.11111111.11111000.00000000 = 255.255.248.0

Идентификатор надсети в таблице маршрутизации определяется как результат логического И между маск