Адресация в IP сетях

IP-адреса – адреса межсетевого уровня, используемые для идентификации сетевых интерфейсов интерсети. На основе IP-адресов организуется универсальная, не зависящая от “локальных” технологий идентификация сетевых интерфейсов интерсети.
В заголовке IP пакета для IP-адресов выделяется 32 бита (4 байта).
Примеры записи IP адресов:
Десятичная: 219.17.25.157 (байты адреса разделяют точкой)
Двоичная: 11011011 00010001 00011001 10011101
Шестнадцатеричная: DB11199D
Замечание: IP-адреса назначаются не узлам сети, а сетевым интерфейсам, например, если узел имеет несколько сетевых интерфейсов, ему будут соответствовать несколько IP-адресов.
IP - адреса

IP-адреса состоят из двух частей – номера сети и номера узла.
Номер сети идентифицирует в интерсети подсеть, к которой принадлежит узел, номер узла однозначно определяет узел внутри подсети. Для разделения IP-адреса на части используют две схемы:
на основе классов адресов,
на основе масок.
Разделение IP-адреса на номер сети и номер узла

Первый бит равен 0: адрес класса A, первый байт адреса - номер сети, остальные три - номера узла (кол-во адресов в сети 224).
Адреса: 1.0.0.0 – 127.255.255.255
Первые биты равны 10: адрес класса В, первые два байта - номер сети, остальные - номер узла (кол-во адресов в сети 216).
Адреса: 128.0.0.0 -191.255.255.255
Первые биты равны 110: адрес класса C, первые три байта - номера сети, последний байт - номера узла (кол-во адресов в сети 28).
Адреса: 192.0.0.0 – 223.255.255.255
Первые биты равны 1110 – адреса мультикаст (multicast), предназначены для адресации группы узлов.
Адреса: 224.0.0.0 – 247.255.255.255
Традиционная схема разделения IP адреса на номер сети и номер узла основана на понятии класса, определяемого значениями нескольких первых бит адреса.
Разделение IP-адреса на номер сети и номер узла, на основе на классов

В записи номера (адреса) сети IP-адреса, соответствующие номеру узла биты заменяют нулями.
В записи номера узла, нулями заменяют биты, соответствующие номеру сети.
Пример 1
IP-адрес 192.9.7.5 (11000000.00001001.00000111.00000101)
Поскольку первые биты = 110, следовательно это адрес класса C.
Номер сети - 192.9.7.0,
Номер узла - 0.0.0.5.
Пример 2
IP-адрес 62.76.9.17 (00111110. 01001100. 00001001.00010001)
Поскольку первый бит = 0, следовательно это адрес класса A,
Номер сети - 62.0.0.0.
Номер узла - 0.76.9.17.
Запись номера сети и номера узла

Номеру сети соответствует блок адресов с одинаковым префиксом (одинаковой старшей частью) определяемым классом.
Пример 1
Номер сети 192.168.169.0
Этот номер соответствует классу C, соответствующий блок адресов 192.168.169.0 – 192.168.169.255
Пример 2
Номер сети 62.0.0.0
Этот номер класса A, соответствующий блок адресов
62.0.0.0 – 62.255.255.255
Соответствие номерам сетей блоков адресов

IP-адреса назначаются не узлам сети, а сетевым интерфейсам, например, если узел имеет несколько сетевых интерфейсов, ему будут соответствовать несколько IP-адресов.
Способы назначения адресов интерфейсам:
Администратором (вручную) с помощью утилит конфигурирования ОС (в Windows XP - утилита netsh, в *nix системах - утилита ifconfig) ;
Автоматически с помощью протокола динамического конфигурирования хостов DHCP (Dynamic Host Configuration Prorocol, RFC 2131).
Назначение IP-адресов

Интерфейсам подсети (локальной сети) назначаются адреса имеющие одинаковый номер сети.
коммутатор 1
маршрутизатор
коммутатор 2
1
2
3
6
7
8
192.7.6.2
192.7.6.3
192.7.6.4
192.7.6.1
192.7.7.1
192.7.7.2
192.7.7.3
192.7.7.4
N1 = 192.7.6.0
N2 = 192.7.7.0
Две локальных сети Lan1 и Lan2 соединены с помощью маршрутизатора. В Lan1 используются адреса с номером сети
N1 = 192.7.6.0 (класс C), в Lan2 используются адреса с номером сети
N2 = 192.7.7.0 (класс C).
LAN1
LAN2

Неэффективность адресации на основе классов
Для большинства средних организаций блок адресов класса C (256 адресов) слишком мал, а блок класса B (65534 адресов) слишком велик. Как показали исследования, в большинстве организаций которым выделены блоки адресов класса B, для адресации узлов используются менее половины адресов.
Возможные пути решения проблемы:
Увеличить кол-во бит выделяемых для номера сети в классах A, B. Например в классе B выделить под номер сети 19-20 бит.
Использовать схему адресации в которой для номера сети можно использовать произвольное кол-во бит.

Деление IP-адреса на номер сети и номер узла, на основе на масок
Маска – это используемое совместно с IP-адресом четырехбайтовое число, двоичная запись которого содержит единицы в разрядах, соответствующих в адресе номеру сети, и нули в разрядах, соответствующих номеру узла. Единицы в маске представляют непрерывную последовательность.
Примеры записи маски и IP-адреса
Десятичная форма:
192.168.74.64/255.255.255.192
Двоичная форма:
11000011. 10101000. 01001010 .01000000/11111111.11111111.11111111.11000000
Часто используется запись на основе указания префикса: 192.168.75.64/26 . Такая запись указывает, что в адресе 192.168.75.64 под номер сети отведено 26 двоичных разрядов.
Снабжая IP-адрес маской, можно отказаться от понятий классов адресов и сделать более гибкой систему адресации.

Пример 1
IP адрес: 215.17.125.177 (11010111.00010001.01111101.10110001)
Маска: 255.255.255.240 (11111111.11111111.11111111.11110000)
Nc: 215.17.125.176 (11010111.00010001.01111101.10110000)
Ny: 0.0.0.1 (00000000.00000000.00000000.00000001)
Пример 2
IP адрес: 67.38.173.245 (01000011.00100110.10101101.11110101)
Маска: 255.255.240.0 (11111111.11111111.11110000.00000000)
Nc: 67.38.160.0 (01000011.00100110.10100000.00000000)
Ny: 0.0.13.245 (00000000.00000000.00001101.11110101)
Вычисление номера сети и номера узла по заданному адресу и маске
Операция наложения маски: побитовая операция “И” с битами маски и IP-адреса.

Номеру сети соответствует блок адресов с одинаковым префиксом (старшей частью) адреса определяемым маской.
Пример 1
В маске 255.255.255.192 выделено 26 разрядов под номер сети и 6 разрядов под номер узла.
Номеру сети192.168.74.64 с такой маской соответствует блок адресов:
Маска: 11111111.11111111.11111111.11000000 255.255.255.192
Номер сети: 11000011.10101000.01001010.01000000 192.168.74.64
Адрес 1: 11000011.10101000.01001010.01000000 192.168.74.64
Адрес 2: 11000011.10101000.01001010.01000001 192.168.74.65
Адрес 2: 11000011.10101000.01001010.01000010 192.168.74.66
……………………
Адрес 64: 11000011.10101000.01001010.01111111 192.168.74.127
192.168.74.64 – 192.168.74.127.
Всего номеру сети с такой маской соответствует 26 = 64 адресов.
Соответствие номерам сетей блоков адресов

Пример 2
В маске 255.255.254.0 (1111111.11111111.11111110.00000000), выделено 23 разрядов под номер сети и 9 разрядов под номер узла.
Номеру сети192.168.74.0 c такой маской соответствует блок адресов:
Маска: 11111111.11111111.11111110.00000000 255.255.254.0
Номер сети: 11000011.10101000.01001010.00000000 192.168.74.0
Адрес 1: 11000011.10101000.01001010.00000000 192.168.74.0
Адрес 2: 11000011.10101000.01001010.00000001 192.168.74.1
Адрес 3: 11000011.10101000.01001010.00000010 192.168.74.2
……………………
Адрес 512: 11000011.10101000.01001011.11111111 192.168.75.255
192.168.74.0 – 192.168.75.255.
Всего номеру сети с такой маской соответствует 29 = 512 адресов.