Адресация в Интернет

(Цитат от "Принципи на работа на компютърните мрежи - Интернет"
К.Боянов, Хр.Турлаков, Д.Тодоров, Л.Боянов, В.Димитров, В.Желясков)

Адресите в Интернет протоколна версия 4(IP) представляват 32-битови двоични числа, които е прието да се записват като четири десетични числа, разделени от точки. Всяка част от адреса се нарича байт или октет, тъй като представлява 8-битово двуично число. Макар че мрежовите адреси се записват като четири байта, логически те са изградени от две части. Първата част се нарича мрежов идентификатор (netid) или адрес на мрежата, а втората - идентификатор на хоста (hostid) или адрес на хоста.

Не всички възможни стойности са допустими за октетите в идентификатора на хоста. Октетите от тази част със стойности 0 и 255 са резервирани за специални цели. Адрес, чиято хост част е съставена изцяло от нули, представлява адреса на дадената мрежа, към която хостът принадлежи. Адрес с хост-част, на която всичко битове са единици, се нарича адрес за предаване до всички машини(broadcast address) - той едновременно адресира всички машини в дадената мрежа. Например адресът 149.76.255.255, в който първите два байта са идентификатор на мрежата, а последните два байта са идентификатор на хост, адресира всички хостове в мрежа 149.76.0.0.

Освен това съществуват и два резервирани адреса - 0.0.0.0 и 127.0.0.0. Първият се нарича маршрут по подразбиране и се използва при маршрутизацията на IP дейтаграмите. Адрес 127.0.0.0 е резервиран за локален IP трафик. Той се присвоява на специален интерфейс на хоста, наречен интерфейс за обратна връзка (lookback interface). Всеки IP пакет, подаден на този интерфейс от протоколите TCP(Transmission Control Protocol) или UDP (User Datagram Protocol), ще им бъде върнат все едно, че е пристигнал от друга мрежа. Това улеснява разработката и тестването на мрежово програмно осигуряване - дори без използването на реална мрежа. Друга полезна възможност е използването на някои мрежови програми на компютър, който не е свързан в мрежа. Адресът 127.0.0.1 е резервиран и се използва за служебен адрес на самия хост(localhost address).

Адресите на мрежи са разделени на 5 класа, които се означават с латинските букви от А до E. Всеки клас определя различна дължина на полетата за адрес на мрежата и адрес на хоста.

Адресни класове в интернет

Фигура 1. Формати на адресите на мрежи от класове A, B и C.

Адреси от клас A

При адресите на мрежи от клас А най-старшия бит е 0(нула), следващите 7 бита се използват за мрежов идентификатор, а оставащите 24 бита се използват за адрес хоста. Следователно съществуват 128 мрежи от клас А и над 16 милиона хоста за всяка мрежа от този клас.

Ако разглеждаме като съвкупност от четири байта, при адресите на мрежи от клас А, първият байт може да приема стойностите от 1 до 126(както се спомена по-горе мрежите 0.0.0.0 и 127.0.0.0 са резервирани за служебно ползване). Този байт представлява адреса на мрежата, а останалите три остават за адреса на хоста.

Например адресът 11.255.245.243 принадлежи на мрежа от клас А. MILNET и някои големи комерсиални мрежи използват адреси от този клас.

Адреси от клас B

При адреси на мрежи от клас B най-старшите два бита са установени в 10, следващите 14 бита се използват за мрежов идентификатор и оставащите 16 бита се използват за адрес на хоста. Следователно съществуват 16 384 мрежи от клас B и над 64 000 за всяка мрежа от този клас.

При мрежите от клас B първите два байта могат да приемат стойностите от 128.1 до 191.254. Първите два байта представляват адреса на мрежата, а останалите два остават за адреса на хоста. Мрежите 128.0.0.0 и 191.255.0.0 са резервирани за служебно ползване.

Например адресът 128.127.50.101 принадлежи на мрежа от клас Б. адресите от този клас се използват от различни големи организации.

Адреси от клас C

В адресите на мрежи от клас C най-старшите три бита са установени в 110, следващите 21 бита се използват за мрежов индентификатор и оставащите 8 бита се използват за адрес на хоста. Следователно съществуват над 2 милиона мрежи от клас C и 254 хоста за всяка от мрежа от този клас - да припомним, че в този случай идентификатор на хоста със стойност 0 или 255 представлява служебен резервиран адрес.

При адреси от клас C първите три байта могат да приемат стойностите от 192.0.1 до 223.255.254. Първите три байта представляват адреса на мрежата, а четвъртия остава за адрес на хоста. Мрежите 192.0.0.0 и 223.255.255.0 са резервирани за служебно ползване. Трябва да се отбележи, че мрежите с адреси от 192.168.0.0 до 192.168.255.255 са наречени частни интернет мрежи(private internets). Те са резервирани за използване от различни организации за реализиране на връзка между компютрите само в рамките на съответната организация. Адресите от тези мрежи не се маршрутизират в глобалния Интернет. Най-честото им приложение е при организиране на "защитна стена"(firewall). В този случай един или няколко компютъра на дадена организация, наречени защитна стена, комуникират с глобалния Интернет. Останалите машини на организацията имат достъп до глобалния Интернет само през компютрите от защитната стена, при което са невидими от външния свят. Комуникацията между тях и компютрите от защитната стена се осъществява с използването на адреси от частните интернет мрежи.

Например адресът 192.32.5.35 принадлежи на мрежа от клас C. Адресите от този клас обикновено се раздават на малки организации.

Адреси от клас D

При адресите на мрежите от клас D най-старшите четири бита са установени в 1110, а оставащите 28 бита се използват за адрес за едновременно предаване до група машини (multicast address). Тези мрежи включват адресите от 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Използването им позволява на дадена IP дейтаграма да се предаде до "група от хостове".

Едновременното предаване до група от хостове(multicasting) се използва в мрежовите видео и аудио конференции и за така наречената "мрежова телевизия"(LAN TV).

Адреси от клас E

В адресите от клас E най-старшите четири бита имат стойност 1111. Останалите 28 бита са резервирани за бъдеща употреба.

Класовата адресация се разглежда в RFC 796. Адресите със специално предназначение са разгледани в RFC 3330.

Подмрежи

Често се налага IP мрежите да се разделят на по-малко части, наречени подмрежи, тъй като това осигурява на мрежовите администратори допълнителни възможности за ефективно използване на адресното пространство. Разделянето на дадена мрежа на подмрежи позволява децентрализация на нейното управление и улеснява контрола на трафика в нея.

Подмрежите се въвеждат чрез подмрежова маска(subnet mask), която е с формат на IP адрес, т.е. представлява 32 битово двоично число, записвано за удобство като четири десетични числа, разделени с точки. Маската се състои от две последователни полета от единици и нули, като полето с единици започва от най-старшия бит. Например за мрежа от клас B маската може да има вида 11111111 11111111 11111111 00000000 или представена за удобство 255.255.255.0. Полето с единици определя мрежовата част на IP адрес, към който се прилага маската, а полето с нули - адреса на хоста. Чрез мрежовата маска се извършва преместване на разделителната линия между двете части на адреса, дефинирана от съответния адресен клас A, B или C.

Да допуснем, че дадена организация разполага с мрежа от клас B с IP адрес 131.24.0.0, т.е. с над 64 000 адреси на хостове. Тази мрежа може да се раздели на 256 подмрежи, като се вземат битове от хост-частта на адреса и се използват като поле "подмрежа", както е показано на фигура 2. За целта се използва подмрежова маска 255.255.255.0. В тази маска полето с единици включва старшите три байта на IP адреса, което означава, че тези байтове се използват за адрес на мрежа. Полето с нули включва най-младшия байт на IP адреса, който се използва за адрес на хост.

Фигура 2. Подмрежови адреси

В този пример старшите 8 бита от хост адреса служат за въвеждане на подмрежова част, а младшите - адреса на хоста след разделянето на подмрежи. Следователно адресът 131.24.1.71 отговаря на хост 71 от мрежа 131.24, подмрежа 1, а адресът 131.24.8.5 отговаря на хост 5 от мрежа 131.24, подмрежа 8 и т.н.

Нека разгледаме един пример за подмрежа от клас А (фиг.3). Подмрежовата маска 255.255.0.0 прилага 8 подмрежови бита за адреса на мрежа 34.0.0.0 и въвежда 256 подмрежи.

Фигура 3. Подмрежова маска на мрежа от клас А

Нека разгледаме и един пример за мрежа от клас С. Да разделим на осем подмрежи мрежата от клас С с адрес 192.12.122.0. Изоползвайки първите три бита на четвертия октет за мрежовата маска на адреса, получаваме следната подмрежова маска:
11111111.11111111.11111111.11100000 или 255.255.255.224
Подмрежовата маска 255.255.255.224 осигурява осем подмрежи, защото старшите три бита на четвъртия октет се използват за създаване на осем подмрежови адреса(фиг.4). За адресиране на хостовете във всяка от тези подмрежи се използват най-младшите пет бита на IP адреса. Тъй като стойността 00000 на тези битове се използва за адрес на самата подмрежа, а стойността 11111 - за broadcast предаване, всяка от тези подмрежи включва 30 хост адреса.

Най-лявата колона от таблицата съдържа номерата на осемте подмрежи, а в следващата колона е показан обхватът на IP адресите в дадена подмрежа. Най-дясната колона от таблицата показва четвъртия октет записан двоично. С по-плътен шрифт са показани трите подмрежови бита, от които се вижда, че номерът на подмрежата е равен на числото, дефинирано от тези 3 бита.

Фигура 4. IP адреси на подмрежи

При конфигурирането на маршрутизатори подмрежите се задават с IP адрес и подмрежова маска по един от следните начини:

192.12.122.0 255.225.255.224
или
192.12.122.0/27

При вторият начин числото 27 се нарича префикс и представлява подмрежова маска, която указва, че мрежовата част включва най-старшите 27 бита на IP адреса.

Концепцията за въвеждане на подмрежи е описана в RFC 950.