Лекция 14. IP - адресация

в локальных сетях.
3. Протокол ARP.
4. Как узнать ip адрес компьютера.

числе и интернета, каждому устройству необходим неповторимый и уникальный IP

адрес. Что такое IP адрес?
IP адрес – это уникальный адрес в сети, необходимый для нахождения, передачи и получения информации от одного компьютера (узла) к другому.
Под узлом понимается совершенно любое устройство, которое имеет возможность и подключается к сети.
Каждый компьютер без исключения, если имеет подключение к сети, обязательно имеет свой уникальный IP адрес.
Означать это может только то, что каждый из компьютеров в сети имеет своё числовое сочетание, что сравнимо с адресом проживания человека, причём в одной сети не может быть двух устройств с идентичными IP адресами. А вот в разных сетях IP адреса могут и совпадать.
Диапазон IP адресов выделяется провайдеру на бесплатной основе, но тут, как и везде необходим соответствующий контроль. Закрепивший их за собой провайдер, через определённый промежуток времени должен подтвердить их непосредственное использование, дабы не было простоя.

статистический. Динамическим IP адресом является адрес, присвоенный автоматически, а при

переподключению к сети, такие адреса будут меняться на другие, свободные. В свою очередь IP адрес, зарезервированный за вашим компьютером или маршрутизатором, получит другой клиент интернет провайдера.
Маршрутизатор, дома обычно эту функцию представляет Wi - Fi роутер, который является частью как минимум двух сетей, об этом свидетельствует его подключение к внешней и домашней сети, в которой он и раздаёт автоматические внутренние IP адреса.
Статистический адрес – это адрес, привязанный к компьютеру, если произвести настройки устройства самостоятельно или провайдером. Вы как их клиент совершенно в автоматическом режиме получаете свой IP адрес. Такие IP адреса в отличие от динамических, остаются неизменными при переподключение к интернету. Часто статистический адреса называют постоянными или реальными адресами, что так же верно.

в другой сети другим. Поэтому, адресы узла, которые имеет устройство

внутри домашней сети или сети провайдера называются – внутренними IP адресами, а вот те IP адреса, которые используются для работы в интернете – внешними

локальные (другое название – аппаратные);
– IP-адреса (сетевые адреса);
– символьные доменные

имена.
Локальный адрес – это адрес, присвоенный узлу в соответствии с технологией подсети, входящей в составную сеть.
Если подсетью является локальная сеть Ethernet, Token Ring или FDDI, то локальный адрес – это МАС-адрес (MAC address – Media Access Control address). МАС-адреса назначаются сетевым адаптерам и портам маршрутизаторов производителями оборудования и являются уникальными, так как распределяются централизованно. МАС-адрес имеет размер 6 байт и записывается в шестнадцатеричном виде, например 00-08-А0-12-5F-72.

передает сообщения, называемые IP-пакетами. Эти адреса состоят из 4 байт,

записанных в десятичном виде и разделенных точками, например 117.52.9.44. Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Маршрутизатор по определению входит сразу в несколько сетей. Поэтому каждый порт маршрутизатора имеет собственный IP-адрес. Конечный узел также может входить в несколько IP-сетей. В этом случае компьютер должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых адаптеров. Таким образом, IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

запоминать числовые IP-адреса, поэтому была разработана специальная служба, DNS (Domain

Name System), устанавливающая соответствие между IP-адресами и символьными доменными именами.
Символьные идентификаторы сетевых интерфейсов в пределах составной сети строятся по иерархическому принципу. Составляющие полного символьного (или доменного) имени в IP-сетях разделяются точкой и перечисляются в следующем порядке: сначала простое имя хоста, затем имя группы хостов (например, имя организации), потом имя более круп­ной группы (домена) и так до имени домена самого высокого уровня (например, домена объединяющего организации по географическому принципу: RU — Россия, UK — Велико­британия, US— США). Примером доменного имени может служить имя base2.sales.zil.ru.

единственный способ установления соответствия - это таблица. В сетях TCP/IP

используется специальная система доменных имен DNS, которая устанавливает это соответствие на основании создаваемых администраторами сети таблиц соответствия. Поэтому доменные имена называют также DNS-именами.
В общем случае сетевой интерфейс может иметь несколько локальных адресов, сетевых адресов и доменных имен.

виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме,

и разделенных точками, например:
128.10.2.30 - традиционная десятичная форма представления адреса,
10000000 00001010 00000010 00011110 - двоичная форма представления этого же адреса.

подсети) и номера узла (ID хоста) в этой подсети. При

передаче пакета из одной подсети в другую используется ID подсети. Когда пакет попал в подсеть назначения, ID хоста указывает на конкретный узел в рамках этой подсети.
Чтобы записать ID подсети, в поле номера узла в IP-адресе ставят нули.
Чтобы записать ID хоста, в поле номера подсети ставят нули. Например, если в IP-адресе 172.16.123.1 первые два байта отводятся под номер подсети, остальные два байта – под номер узла, то номера записываются следующим образом:
ID подсети: 172.16.0.0.
ID хоста: 0.0.123.1.
Для определения того, какая часть IP-адреса отвечает за ID подсети, а какая за ID хоста, применяются два способа: с помощью классов и с помощью масок.
Общее правило: под ID подсети отводятся первые несколько бит IP-адреса, оставшиеся биты обозначают ID хоста.

число, составленное из единиц и нулей. Начинается маска из последовательности

единиц, а завершается последовательностью нулей. Её накладывают на IP-адрес. Ту часть адреса, на которую накладываются единицы, определяют адресом сети. На остальную часть накладываются нули — она отводится под адресацию хостов.
Сетевой адрес составлен из двух частей — адреса сети и хоста. До появления масок специалисты применяли методы классового разделения сетей. Но число хостов в сети стало очень велико, а число выделяемых для них адресов сетей оказалось сильно ограниченным. Поэтому понадобилась дополнительная идея, которая была воплощена в маске. Она позволила в разных классах сетей выделить множество подсетей с разным количеством хостов.
Например, определим маску для сети класса С. Из соглашения известно, что под адрес сетей такого класса отводят первый, второй и третий байты 32-разрядного числа. Четвертый остается для распределения хостов. Тогда запись маски в точечно-двоичной нотации выглядит так:
11111111.11111111.11111111.00000000
Как видим, первые 24 бита установлены, а последние 8 сброшены. Таким образом, маска в десятичном формате получит такой вид: 255.255.255.0.

часть хоста. Любой IP-адрес, октет которого находится в диапазоне от 1

до 126 является адресом класса A. Следует учитывать, что 0 зарезервирован как часть адреса по умолчанию, а 127 зарезервировано для внутреннего тестирования с обратной связью.
Класс B — Первые два октета означают адрес сети, а последние два-адресную часть хоста. Любой адрес, первый октет которого находится в диапазоне от 128 до 191, является адресом класса B.
Класс С — Первые три октета означают адрес сети, а последний-адресную часть хоста. Первый октет, расположенный в диапазоне от 192 до 223 является адресом класса C.
Класс D — используется для многоадресной рассылки. Первые октеты IP-адресов многоадресной рассылки находятся в диапазоне от 224 до 239.
Класс E — зарезервирован для экспериментального использования и содержит диапазон адресов, в которых первый октет расположен в диапазоне от 240 до 255.
Класс A используется для сетей с очень большим количеством общих хостов, B предназначен для применения в сетях среднего и крупного масштаба, C - для небольших локальных сетей. D и E предназначены для многоадресных и экспериментальных целей соответственно.

«0». Поскольку такие сети имеют 8-битную сетевую маску, использование начального

нуля оставляет только 7 бит для сетевой части адреса, и это позволяет использовать до 128 возможных номеров, начиная от 0.0.0.0 и до 127.0.0.0.
У IP-адресов класса B всегда есть первый бит, установленный в «1», а второй - «0». Поскольку они имеют 16-разрядную сетевую маску, использование ведущего шаблона оставляет 14 бит для сетевой части адреса. Это дает возможность использовать максимум 16 384 номеров сети, начиная с 128.0.0.0 и заканчивая 191.255.0.0.
В идентификаторах C первые два бита установлены на «1», а их третий - на «0». Поскольку они имеют 24-битную сетевую маску, это оставляет 21 бит для сетевой части адреса, и это дает возможность применить до 2097152 адресов, начиная от 192.0.0.0 и заканчивая 223.255.255.0.
Адреса класса D используются для многоадресных приложений. В них первые три бита установлены на «1», а их четвертый - на «0». Они являются 32-разрядными, и это означает, что все значения в диапазоне 224.0.0.0 - 239.255.255.255 используются для однозначной идентификации групп многоадресной рассылки. В пространстве класса D нет адресов хостов, так как все хосты внутри группы совместно используют общий «айпи» для получателя.
Адреса E определяются как экспериментальные, которые зарезервированы для будущих целей тестирования. Они никогда не регистрировались и не использовались стандартным образом.

разделение сети на меньшие части, называемые подсетями. Это можно сделать с

помощью заимствования битов из части IP-адреса, в которой определяется хост, что позволяет более эффективно использовать сетевой адрес. Маска подсети определяет, какая часть адреса используется для определения сети, а какая означает хосты.
Приведенные ниже таблицы отображают все возможные способы разделения основной сети на подсети и в каждом случае показывают, сколько эффективных подсетей и хостов можно создать.
Существует три таблицы, по одной для каждого класса адресов.
В первом столбце показано количество заимствованных битов из адресной части хоста для подсети.
Во втором столбце показана полученная в результате маска подсети в десятичном формате с разделительными точками.
В третьем столбце показано число возможных подсетей.
В четвертом столбце показано число возможных допустимых хостов на каждую из трех подсетей.
В пятом столбце отображается количество битов маски подсети.

IP-адресом; двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые

должны в IP-адресе интерпретироваться как номер сети.
Для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:
- класс А – 11111111. 00000000. 00000000. 00000000 (255.0.0.0);
- класс В – 11111111. 11111111. 00000000. 00000000 (255.255.0.0);
- класс С – 11111111. 11111111. 11111111. 00000000 (255.255.255.0).
Маска подсети записывается либо в виде, аналогичном записи IP-адреса, например 255.255.255.0, либо совместно с IP-адресом с помощью указания числа единичных разрядов в записи маски, например 192.168.1.1/24, т. е. в маске содержится 24 единицы (255.255.255.0).
Всего установлено пять общих классов IP-адресов: A,B,C,D и E, из которых основными являются классы A,B,C.
Класс A используется для сетей с очень большим количеством общих хостов, B предназначен для применения в сетях среднего и крупного масштаба, C - для небольших локальных сетей. D и E предназначены для многоадресных и экспериментальных целей соответственно.

«0». Поскольку такие сети имеют 8-битную сетевую маску, использование начального

нуля оставляет только 7 бит для сетевой части адреса, и это позволяет использовать до 128 возможных номеров, начиная от 0.0.0.0 и до 127.0.0.0.
У IP-адресов класса B всегда есть первый бит, установленный в «1», а второй - «0». Поскольку они имеют 16-разрядную сетевую маску, использование ведущего шаблона оставляет 14 бит для сетевой части адреса. Это дает возможность использовать максимум 16 384 номеров сети, начиная с 128.0.0.0 и заканчивая 191.255.0.0.
В идентификаторах C первые два бита установлены на «1», а их третий - на «0». Поскольку они имеют 24-битную сетевую маску, это оставляет 21 бит для сетевой части адреса, и это дает возможность применить до 2097152 адресов, начиная от 192.0.0.0 и заканчивая 223.255.255.0.
Адреса класса D используются для многоадресных приложений. В них первые три бита установлены на «1», а их четвертый - на «0».
В пространстве класса D нет адресов хостов, так как все хосты внутри группы совместно используют общий «айпи» для получателя.

нулей и единиц, в десятеричном выражении это сводится к использованию

так называемых октетов (последовательности восьми знаков), которые способны принимать только лишь определенные значения от нуля до 255, включая параметры 128, 192, 224, 240, 248 и т. д., даже не кратные шестнадцати, как это принято при построении или создании основных компьютерных параметров. Встречается даже значение 254, но это большая редкость.
Для большей наглядности лучше изобразить эти данные в структурированном виде (таблица 1).

предусмотрено понятие порта.  Порт – это просто число, дополнение к сетевому

адресу, с целью образования виртуального канала передачи данных для конкретного приложения или типа приложений. Если бы портов не было, при передаче вперемешку различных пакетов одновременно по одной линии было бы гораздо сложнее разделить, что относится к загружаемому в данный момент в браузере сайту, что – к получаемому тут же электронному письму, а что – к ведущейся одновременно со всем этим вебтрансляции видео. Всем приложениям пришлось бы самим просматривать все поступающие пакеты, а так сразу отфильтровываются только нужные.
Порт идентифицируется номером, который может быть в диапазоне от 0 до 65535.
При передаче по сети номер порта в заголовке пакета служит для адресации конкретного приложения и конкретного, принадлежащего только ему, сетевого соединения. Номера портов, используемых многими службами, стандартизированы и зафиксированы в списке, ведущемся организацией IANA.
Как правило, самому пользователю манипулировать с номерами портов не приходится. Но заблокировав через сетевой экран тот или иной порт, можно отрубить данному приложению выход в сеть.

физический (аппаратный) адрес, называемый MAC-адресом (Media Access Control, управление доступом к среде).

Таким образом, у всех сетевых карт МАС-адреса разные – в мире нет сетевых устройств с двумя одинаковыми MAC-адресами. MAC-адрес присваивается устройству изготовителем оборудования, хотя он может быть временно и изменен, если это зачем-то нужно. Для адресации в локальной сети (например, для работы коммутатора) по большому счету требуется лишь MAC-адрес сетевой карты или другого сетевого оборудования.
Но для функционирования локальной сети, особенно с выходом в Интернет, одного MAC-адреса недостаточно. Коммутаторы по-прежнему будут идентифицировать оборудование по MAC-адресу, но друг к другу компьютеры будут обращаться по протоколу IP, ведающему доставкой пакетов, и общему для всех таких сетей, независимо от их физической сущности. Адреса, которые использует такой протокол, так и называются IP-адресами, а уровень, на котором они действуют, называется сетевым уровнем. Для безошибочной идентификации уникальный MAC-адрес должен быть преобразован в IP-адрес (который может быть вовсе и не уникальным), и этим занимаются специальные протоколы.

локальными или «серыми» (напомним, что эти адреса не употребляются в

сети Интернет), стандартами RFC 1918 и RFC 1597 отведено три их диапазона, каждый из которых подразумевает сеть определенного масштаба:
Класс A – огромные сети, которые могут содержать до 2 24 (16777216) адресов, класс B – до 2 16 (65536) адресов, класс С – маленькие сети, содержащие 256 адресов. Различных частных сетей класса С может быть 255 (в соответствии со вторым справа элементом адреса), сетей класса B – всего 16 (второй слева элемент, который может изменяться от 16 до 31) и сетей класса А – всего одна. Разумеется, сетей с одинаковыми диапазонами адресов, скрытых от внешнего мира за NAT, в разных местах может быть сколько угодно много.
Самый первый в локальной сети номер с нулевым адресом (например, для сети класса С – 192.168.1.0) будет номером самой сети, следующий (192.168.1.1) – обычно представляет маршрутизатор, если он имеется. Последний адрес (192.168.1.255) называется широковещательным – отправленный на него пакет будет доставлен всем узлам в сети (см. далее подробности функционирования протокола UDP). Потому максимальное число устройств в подсети может быть меньше, чем теоретически возможное число адресов.

объединять компьютеры в локальной сети. Группу, в которой состоит данный

компьютер, можно определить (и изменить при надобности), если щелкнуть по значку Мой компьютер в Windows XP правой кнопкой и выбрать пункт Свойства , а в нем вкладку Имя компьютера . В Windows Vista и 7 имя группы можно узнать (и изменить) через пункт Панель управления|Система (этот пункт доступен напрямую, если выбрать Свойства не значка Компьютер на рабочем столе, а пункта Компьютер в меню кнопки Пуск ).

поэтому IP-адреса называются сетевыми. Они предназначены для передачи сообщений в

составных сетях, связывающих подсети, построенные на различных локальных или глобальных сетевых технологиях, например Ethernet или ATM. Однако для непосредственной передачи сообщения в рамках одной подсети вместо IP-адреса нужно использовать локальный (аппаратный) адрес технологии канального уровня, чаще всего МАС-адрес.
При этом к IP-пакету добавляются заголовок и концевик кадра канального уровня, в заголовке указываются МАС-адреса источника и приемника кадра

Формирование кадра на канальном уровне

известному IP-адресу определить соответствующий МАС-адрес? Указанная проблема решается при помощи

протокола ARP(Address Resolution Protocol – протокол разрешения1 адресов).
Протокол ARP определяет МАС-адреса следующим образом. Осуществляется рассылка всем узлам сети специального кадра, который называется ARP-запрос (ARP Request). В этом кадре содержится IP-адрес компьютера, у которого требуется узнать МАС-адрес. Каждый узел сети принимает ARP-запрос и сравнивает IP-адрес из запроса со своим IP-адресом. Если адреса совпадают, узел высылает ARP-ответ (ARP Reply), содержащий требуемый МАС-адрес.
Результаты своей работы протокол ARP сохраняет в специальной таблице, хранящейся в оперативной памяти, которая называется ARP-кэш. При необходимости разрешения IP-адреса, протокол ARP сначала ищет IP-адрес в ARP-кэше и только в случае отсутствия нужной записи производит рассылку ARP-запроса. ARP-кэш имеет следующий вид: