IP адресация

Видеолекции

Двоичная система исчисления

В качестве примера рассмотрим знакомую нам десятичную систему исчисления. Число 42310 можно представить как 4·102+2·101+3·100. Число 10, возводимое в степень 2, 1 и 0, называется базой системы исчисления. В двоичной системе база равна 2, так как в ней для отображения чисел используются лишь две цифры: 0 и 1. По аналогии с предыдущим примером двоичное число 10112 можем представить в виде суммы 1·23+0·22+1·21+1·20 = 1·8+0·4+1·2+1·1 = 1110. Запомните первые 8 результатов возведения 2 в степень.

Таблица 1. Результаты возведения числа 2 в степень
27 26 25 24 23 22 21 20
128 64 32 16 8 4 2 1

Для перевода десятичного числа (со значением не более 255) в его двоичный эквивалент можно число представить в виде суммы из следующих чисел: 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2 и 1. Например, 195 равно сумме 128+64+2+1 и, соответственно, двоичное его значение равно 11000011. Среди перечисленных выше 8 чисел лишь одно число нечетное (число 1) и оно определяет четность или нечетность числа. Например, 10000011 = 131 (нечетное), 00000110 = 6 (четное).

Необходимо помнить наиболее распространенные 8-битовые комбинации.

Таблица 2. Часто используемые 8-битовые комбинации
Двоичное число Десятичный эквивалент
00000000 0
00000001 1
00000011 3
00000111 7
00001111 15
00011111 31
00111111 63
01111111 127
11111111 255
11111110 254
11111100 252
11111000 248
11110000 240
11100000 224
11000000 192
10000000 128
Наибольшее значение, представляемое 8 битами, равно 255.

IP адреса и маска подсети

Всего существуют две версии протокола IP: 4 и 6 (6-я в данной работе не рассматривается). В четвертой версии (IPv4) адрес представляет собой 32-битовое число, которое для удобства представляется в виде 4 октетов (байтов), каждый из которых записывается в виде десятичных чисел, отделенных друг от друга точками (например, 192.168.36.3).

Различают три вида адресов: хостовые, сетевые и широковещательные. Хостовые адреса назначаются интерфейсам сетевых устройств, сетевые назначаются сетям. Широковещательный адрес применяется в случае, если сообщение следует доставить всем хостам сети.

Рассмотрим структуру IPv4 адреса на примере хостового адреса. Адрес состоит из двух частей: в старших разрядах располагается сетевая составляющая (n битов), в младших - хостовая часть (32-n битов).
Сетевая часть Хостовая часть
n битов 32-n битов
Хостовый адрес 101..011 011..101
Если хосты находятся в одной сети, то у их адресов последовательность битов сетевой части должна быть одинаковой, а комбинации битов в хостовой части уникальными, не повторяющимися. Для указания длины (т.е. количества битов) сетевой части используют 32-битовое число, называемое маской подсети (subnet mask), у которого в сетевой части все биты единичные, а в хостовой - нулевые.
Сетевая часть Хостовая часть
n битов 32-n битов
Маска подсети 111..111 000..000

Число n, таким образом, представляет собой количество единичных битов в маске и называется длиной маски подсети (subnet mask length). Условная запись длины маски: /n.

Сетевой адрес отличается от хостового тем, что в хостовой части все биты нулевые. Вычисляется такой адрес применением операции "побитовое &" к хостовому адресу и маске подсети.
Сетевая часть Хостовая часть
n битов 32-n битов
Хостовый адрес 101..011 011..101
побитовое &
Маска подсети 111..111 000..000
Сетевой адрес 101..011 000..000
Пояснение. При побитовом & (второе название этой операции - побитовое умножение) каждый бит одного числа умножается на соответствующий ему бит (находящийся в той же позиции) другого числа. Широковещательный адрес (broadcast address) в своей хостовой части содержит лишь единичные биты
Сетевая часть Хостовая часть
n битов 32-n битов
Широковещательный адрес 101..011 111..111

Дипазоны доступных хостовых адресов

Адреса, которые можно назначить хостам, получают, варьируя комбинации битов в хостовой части. Для примера рассмотрим случай, когда n = 30.
Сетевая часть Хостовая часть
30 битов 2 бита
Сетевой адрес 101..011 00
Хостовый адрес 101..011 01
Хостовый адрес 101..011 10
Широковещательный адрес 101..011 11

В данном случае 2 бита хостовой части дают 4 комбинации, из которых лишь две можно использовать для создания хостового адреса. При n=29 получаем 23-2 = 6 хостовых адресов. В общем случае формула расчета количества хостовых адресов выглядит так: 232-n-2.

Для определения наименьшего хостового адреса следует в сетевом адресе младший бит хостовой части приравнять 1, для получения наибольшего хостового адреса в широковещательном адресе младший бит хостовой части приравнять 0.

Пример расчета адресов

Пусть имеется хостовый адрес 10.40.197.6/22. Определим маску подсети, адрес сети, максимальное количество хостов, допустимых в данной сети, и диапазон допустимых хостовых адресов. Длину маски сети /22 представим как сумму из трех чисел: 8 + 8 + 6. Следовательно, маска подсети равна 255.255.252.0.

Пояснение. Первое число, 8, означает 8 единичных битов 1-го октета, что дает число 255. Второе число, 8, соответствует второму октету и числу 255. Третье число, 6, указывает, что 6 старших (левых) битов третьего октета единичные, а два младших бита - нулевые. В итоге в третьем октете получаем число 252. 4-й октет состоит из нулевых битов.

Таким образом, деление между сетевой и хостовой частями адреса проходит в третьем октете между 6-м и 7-м битами.
Получим сетевой и широковещательный адреса, обратив биты хостовой части, соответственно, либо в 0, либо в 1.
Определим минимальный и максимальный хостовые адреса, используя, соответственно, сетевой и широковещательный адреса.
В данной сети можно разместить до 210-2 = 1022 хоста.

Полноклассовая и бесклассовая адресация

Полноклассовая адресация исторически появилась раньше, чем бесклассовая, и предусмативает распределение адресов по классам. Всего имеется 5 классов: A, B, C, D и E. Различаются они по старшим битам первого октета.

В классе A самый старший бит первого октета всегда нулевой, другие же биты этого октета и биты остальных октетов произвольные.

Таблица 3. Класс A
Первый октет Второй октет Третий октет Четвертый октет
0XXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX

Здесь через X обозначен произвольный бит (0 или 1). Следовательно значение первого октета варьируется в интервале от 0 (00000000) до 127 (01111111), значения остальных октетов - от 0 до 255. Длина сетевой маски класса A фиксированная и принята равной /8. Первое число адреса, таком образом, относится к сетевой части, остальные три числа - к хостовой: N.H.H.H. Адрес полноклассовой сети имеет вид N.0.0.0, широковещательный адрес - N.255.255.255.

Данный класс предоставляет 27 = 128 сетевых адресов, но адреса, начинающиеся с 0 и 127, для адресации сетей не применяются.

В классе B два старших бита фиксированы и имеют значения 10.

Таблица 4. Класс B

Первый октет Второй октет Третий октет Четвертый октет
10XXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX

Значения первого октета варьируются в интервале от 128 (10000000) до 191 (10111111), длина маски - /16, хостовый адрес - N.N.H.H, адрес сети - N.N.0.0, широковещательный адрес - N.N.255.255.

В классе C три старших бита фиксированы и имеют значения 110.

Таблица 5. Класс C

Первый октет Второй октет Третий октет Четвертый октет
110XXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX

Значения первого октета варьируются в интервале от 192 (11000000) до 223 (11011111), длина маски - /24, хостовый адрес - N.N.N.H, адрес сети - N.N.N.0, широковещательный адрес - N.N.N.255.

Бесклассовая адресация позволяет менять длину маски подсети (англ. Variable Length Subnet Mask — VLSM), увеличивая тем самым диапазон доступных сетевых адресов.

Пример определения адреса полноклассовой сети

Выше был разобран пример, в котором был найден адрес сети 10.40.196.0/22. Первое число адреса указывает на принадлежность адреса классу A и, следовательно, адрес полноклассовой сети будет 10.0.0.0/8.

Публичные и приватные адреса

Приватные адреса используются лишь сетях среднего (MAN) и малого (LAN) масштаба. К хосту, имеющему приватный адрес, из Интернета напрямую нельзя адресовать сообщение. В глобальной же сети используются лишь публичные адреса и за их распределение отвечает IANA (Internet Assigned Numbers Authority).

Таблица 6. Приватные адреса

Класс Приватный адрес Примечание
A 10.X.X.X 0≤ X≤ 255
B 172.Y.X.X 0≤ X≤ 255
16≤ Y≤ 31
C 192.168.X.X 0≤ X≤ 255

Маски

Различают три типа масок:
В рассмотренном выше примере у сети с адресом 10.40.197.6 длина маски составляет 22. Это пример прямой маски (Subnet Mask), когда единичные биты располагаются в старших разрядах, а нулевые - в младших:
Прямая маска в бинарном представлении 11111111 11111111 11111100 00000000
Прямая маска в десятично-точечной нотации 255. 255. 252. 0
Биты обратной (инверсной) маски (Inverse Mask) расположены в обратном порядке: нулевые биты - в старших разрядах, единичные - в младших.
Обратная маска в бинарном представлении 00000000 00000000 00000011 11111111
Обратная маска в десятично-точечной нотации 0. 0. 3. 255
Шаблонная маска (Wildcard Mask) похожа на обратную, но в младших разрядах могут встречаться нулевые биты.
Шаблонная маска в бинарном представлении 00000000 00000000 00000011 11111110
Шаблонная маска в десятично-точечной нотации 0. 0. 3. 254

Ссылки по аналогичной тематике