9. Адресация в ip. Маршрутизация.

В отличие от физических (MAC) адресов, формат которых зависит от конкрет­ной сетевой технологии, IP-адрес любого узла сети представляется 32-разряд­ным двоичным числом. Соответствие IP-адреса узла его физическому адресу внутри сети (подсети) устанавливается динамически посредством широковеща­тельных запросов ARP-протокола. При написании IP-адрес состоит из четырех чисел в диапазоне 0-255, пред­ставляемых в двоичной, восьмеричной, десятичной или шестнадцатеричной сис­теме счисления и разделяемых точками.

Адрес состоит из префикса — сетевой части (n), общей для всех узлов данной сети, и хост-части (h), уникальной для каждого узла. Изначально (1980 г.) допускались три фиксированных размера префикса — 1, 2 или 3 байта. Они соответствовали классу сети, однозначно определяемому значения­ми старших бит адреса. В табл. приведена структура адресов пяти классов се­тей. Сети класса D предназначены для группового (multicast) вещания, здесь хост-часть адреса отсутствует, а n...n представляет идентификатор группы. Класс Е обозначен как резерв для будущих применений.

Класс сети		1 байт	2 байт		3байт		4 байт		Число сетей		Число узлов в сети
А		0nnnnnnn	hhhhhhhh		hhhhhhhh		hhhhhhhh		126.		16 млн.
В		10nnnnnn	hhhhhhhh		hhhhhhhh		hhhhhhhh		16 тыс.		65 тыс.
С		110nnnnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn		hhhhhhhh		2 млн.		254
D		1110nnnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn		nnnnnnnn		256 млн.		Не огрничено
Е	11110nnn		nnnnnnnn	nnnnnnnn		nnnnnnnn		128 млн.		Резерв

Позже (1985 г., RFC 950) было введено деление на подсети (subnetting) отно­сительно произвольных размеров. Адрес подсети (s) использует несколько стар­ших бит, отводимых при стандартной классовой разбивке под хост-часть адреса. Впоследствии (1993 г., RFC 1519) был принят «внеклассовый» подход к определению длины префикса classless addressing или supernetting — CIDR (Classless Inter-Domain Routing). Здесь длина префикса произвольна, что позво­ляет наиболее гибко распределять адресное пространство.

Единицы во всех битах адреса означают широковещательность рассылки пакета всем узлам (под)сети отправителя. Единицы во всех битах хост-части означают широковещательность (broadcast) рассылки пакета всем узлам (под)сети, заданной сетевой частью адреса (префиксом). Адреса 127.х.х.х зарезервированы для отладочных целей. При записи адреса иногда применяют форму, в которой последний элемент указывает длину префикса в битах.

Три варианта адресации различаются в плане информации, которая необхо­дима маршрутизатору. При классовой организации, кроме адреса, никакой до­полнительной информации не требуется, поскольку положение префикса фик­сировано. Протокол RIP сетевой маршрут (network route) распознавал по нулевой хост-части; адрес, у которого в хост-части есть хоть один единичный бит, определял маршрут узла (host route). Появилась новая катего­рия — подсетевой маршрут (subnetwork route). Протоколы маршрутизации, поддерживающие подсети по RFC 950 (например, RIP), «не понимают» комби­наций префиксов и адресов подсетей, пересекающих границы стандартных клас­сов. Кроме того, RIP не позволяет одну сеть делить на подсети разных размеров. Новые протоколы обмена маршрутной информации, поддерживающие пре­фиксы произвольного размера (OSPF), обмениваются полной информацией, включающей 32-битный адрес и длину префикса. При этом остается единствен­ный тип маршрутов — префиксный (prefix route). В настоящее время распространена форма задания префикса в виде маски (под)сети. Маска - 32-битное число, представляемое по об­щим правилам записи IP-адреса, у которого старшие биты, соответствующие префиксу, имеют единичное значение, младшие — нуле­вые. Перед ненулевым байтом маски могут быть только значения 255, пос­ле байта, отличного от 255, — только нули. Адресом (под)сети можно считать адрес любого ее узла с обнуленными бита­ми хост-части. В десятичном представлении диапазоны адресов и маски сетей стандартных классов имеют следующие значения:

• Класс А: 1.0.0.0-126.0.0.0, маска 255.0.0.0.

• Класс В: 128.0.0.0-191.255.0.0, маска 255.255.0.0.

• Класс С: 192.0.0.0-223.255.255.0, маска 255.255.255.0.

• Класс D: 224.0.0.0-239.255.255.255, маска 255.255.255.255.

• Класс Е: 240.0.0.0-247.255.255.255, маска 255.255.255.255.

Деление на сети носит административный характер — адреса сетей, входящих в глобальную сеть Интернет, распределяются централизованно организацией Internet NIC (Internet Network Information Center).

IP-адреса и маски назначаются узлам при их конфигурировании вручную или автоматически с использованием DHCP-серверов. Ручное на­значение адресов требует внимания — некорректное назначение адресов и масок приводит к невозможности связи по IP, однако с точки зрения надежности и безопасности (защиты от несанкционированного доступа) оно имеет свои пре­имущества.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) — протокол, обеспечивающий автоматическое динамическое назначение IP-адресов и масок подсетей для уз­лов-клиентов DHCP-сервера. Адреса вновь активированным узлам назначаются автоматически из области адресов (пула), выделенных DHCP-серверу. По окон­чании работы узла его адрес возвращается в пул и в дальнейшем может назначать­ся для другого узла. Применение DHCP облегчает инсталляцию и диагностику для узлов, а также снимает проблему дефицита IP-адресов.

Маршрутизация. Разделение на сети (подсети) служит основой для маршрутизации пакетов, пере­даваемых по сети. Термин Routing — маршрутизация — означает передачу дейтаг­раммы от одного узла к другому. При посылке IP-дейтаграммы узел сравнивает (логическая операция «исключающее ИЛИ») IP-адрес назначения со своим IP-ад­ресом и накладывает (логическое «И») на результат маску подсети. Ненулевое значение результата этой операции является указанием на необходимость пере­дачи пакета из подсети во внешнюю сеть. Direct Routing — прямая маршрутизация — осуществляется между узлами од­ной (под)сети. В этом случае источник знает конкретный физический (MAC) адрес получателя и инкапсулирует IP-дейтаграмму в кадр сети, содержащий этот адрес и непосредственно передающийся по сети получателю. Список соответст­вия IP- и МАС-адресов узлов обычно формируется хостом динамически с помо­щью протокола ARP (Address Resolution Protocol). Для получения МАС-адреса интересующего узла (в пределах подсети) хост посылает кадр с широковеща­тельным МАС-адресом, в который вкладывает запрос, содержащий IP-адрес ин­тересующего узла. На этот запрос отзывается узел с IP-адресом, совпадающим с соответствующим полем запроса. В кадре ответа будет присутствовать его МАС-адрес, который и будет занесен в ARP-таблицу. Если ответ на ARP-запрос не будет получен, то пакет, который должен был быть передан, аннулируется. Возможно и статическое формирование таблиц, которое необходимо для тех технологий, в которых нет широковещательной адресации (например, соединение через РРР). Indirect routing — непрямая маршрутизация — передача дейтаграмм между уз­лами различных (под)сетей. Обнаружив расхождение сете­вой части IP-адресов, источник посылает кадр с IP-дейтаграммой по физиче­скому адресу маршрутизатора. Маршрутизатор анализирует IP-адрес назначения полученной дейтаграммы и в зависимости от адресов прямо подключенных к нему (под)сетей посылает дей­таграмму либо прямо по физическому адресу узла назначения, либо к следующе­му маршрутизатору. Маршрутизатор (router) представляет собой устройство, имеющее один или несколько интерфейсов (портов) для подключения локальных сетей или удален­ных соединений. Каждому физическому интерфейсу ставится в соответствие одна или несколько IР-(под)сетей, узлы которых имеют с ним непосредствен­ную связь (на 1-2-м уровне модели OSI). Возможны маршрутизаторы даже с одним физическим интерфейсом, «однорукие маршрутизаторы». В терминологии TCP/IP маршрутизатор относится к шлюзам (gateway). Маршрутизатор для своей работы должен иметь таблицу маршрутизации, в которой содержится информация об IP-адресах и масках (под)сетей, подключен­ных к каждому его порту, а также список соседних маршрутизаторов. Список не­посредственно доступных маршрутизаторов должен быть и в каждом узле. За­полнение этих таблиц может осуществляться как динамически, так и статически (вручную).

На маршрутизаторы возлагается задача фильтрации — пропускания паке­тов, удовлетворяющих только определенным критериям, или/и наоборот, непро­пускания определенных пакетов. IP-маршрутизаторы характеризуются производительностью (число пакетов в секунду), задержкой (временем обработки пакета), способом обмена маршрут­ной информацией (RIP, OSPF), возможностями фильтрации, поддержкой груп­пового вещания (IGMP), типом и количеством интерфейсов.