Неотъемлемой частью какого протокола является адресация сети

Обновлено: 04.07.2024

Эта статья предназначена как общее введение к понятиям сетей и подсетей протокола Интернета (IP). В конце статьи включается глоссарий.

Применяется к: Windows 10 — все выпуски
Исходный номер КБ: 164015

Сводка

При настройке протокола TCP/IP на компьютере Windows, параметры конфигурации TCP/IP требуют:

IP-адрес
Маска подсети
Шлюз по умолчанию

Чтобы правильно настроить TCP/IP, необходимо понять, как адресованы сети TCP/IP и разделены на сети и подсети.

Успех TCP/IP как сетевого протокола Интернета во многом объясняется его способностью подключать сети разных размеров и системы разных типов. Эти сети произвольно определяются на три основных класса (наряду с несколькими другими), которые имеют заранее определенные размеры. Каждая из них может быть разделена системными администраторами на более мелкие подсети. Маска подсети используется для разделения IP-адреса на две части. Одна часть определяет хост (компьютер), другая — сеть, к которой она принадлежит. Чтобы лучше понять, как работают IP-адреса и подсети, посмотрите IP-адрес и узнайте, как он организован.

IP-адреса: сети и хосты

IP-адрес — это 32-битный номер. Он уникально идентифицирует хост (компьютер или другое устройство, например принтер или маршрутизатор) в сети TCP/IP.

IP-адреса обычно выражаются в формате dotted-decimal с четырьмя номерами, разделенными периодами, такими как 192.168.123.132. Чтобы понять, как подсети используются для различия между хостами, сетями и подсетями, изучите IP-адрес в двоичной нотации.

Например, ip-адрес 192.168.123.132 (в двоичной нотации) — это 32-битный номер 110000000101000111101110000100. Это число может быть трудно понять, поэтому разделите его на четыре части из восьми двоичных цифр.

Чтобы сеть TCP/IP широкой области (WAN) эффективно работала в качестве коллекции сетей, маршрутизаторы, которые передают пакеты данных между сетями, не знают точного расположения хоста, для которого предназначен пакет информации. Маршрутизаторы знают только о том, какая сеть является членом хоста, и используют сведения, хранимые в таблице маршрутов, чтобы определить, как получить пакет в сеть принимающего пункта назначения. После доставки пакета в сеть назначения пакет доставляется соответствующему хосту.

Чтобы этот процесс работал, IP-адрес имеет две части. Первая часть IP-адреса используется в качестве сетевого адреса, последняя — как хост-адрес. Если взять пример 192.168.123.132 и разделить его на эти две части, вы получите 192.168.123. Сетевой адрес .132 Host или 192.168.123.0. 0.0.0.132 — адрес хозяина.

Маска subnet

Второй элемент, необходимый для работы TCP/IP, — это маска подсети. Маска подсети используется протоколом TCP/IP для определения того, находится ли хост в локальной подсети или в удаленной сети.

В TCP/IP части IP-адреса, используемые в качестве сетевых и хост-адресов, не исправлены. Если у вас нет дополнительных сведений, то сетевые и хост-адреса выше не могут быть определены. Эта информация предоставляется в другом 32-битовом номере, называемом подсетевой маской. В этом примере маска подсети — 255.255.255.0. Это не очевидно, что это число означает, если вы не знаете 255 в двоичной нотации равно 11111111. Таким образом, подсетевая маска 1111111.1111111.11111111.000000000.

Разделять IP-адрес и подсетевую маску вместе, можно разделять сетевые и хост-части адреса:

110000000.10101000.01111011.10000100 - IP-адрес (192.168.123.132)
111111111.11111111.1111111.00000000 — маска subnet (255.255.255.0)

Первые 24 бита (количество из них в подсети) определены как сетевой адрес. Последние 8 битов (количество оставшихся нулей в маске подсети) определены как адрес хоста. Он дает следующие адреса:

110000000.10101000.0111011.000000000 — адрес сети (192.168.123.0)
00000000.00000000.0000000.10000100 - адрес хозяина (000.000.000.132)

Итак, в этом примере с помощью маски подсети 255.255.255.0 используется сетевой ID 192.168.123.0, а адрес хоста — 0.0.0.132. Когда пакет поступает в подсеть 192.168.123.0 (из локальной подсети или удаленной сети) и имеет адрес назначения 192.168.123.132, компьютер получает его из сети и обрабатывает его.

Почти все маски десятичных подсетей преобразуются в двоичные числа, которые являются слева, и все нули справа. Некоторые другие распространенные подсети маски:

Десятичный двоичный 255.255.255.192 1111111.11111111.1111111.11000000 0 255.255.255.224 1111111.11111111.1111111.11100000

Internet RFC 1878 (доступна в InterNIC-Public Information Regarding Internet Domain Name Registration Services)описывает допустимые подсети и подсети, которые можно использовать в сетях TCP/IP.

Классы сети

Интернет-адреса выделяются организацией InterNIC,управляющей Интернетом. Эти IP-адреса делятся на классы. Наиболее распространенными из них являются классы A, B и C. Классы D и E существуют, но не используются конечными пользователями. Каждый из классов адресов имеет другую подсетевую маску по умолчанию. Класс IP-адреса можно определить, посмотрев его первый октет. Ниже следующую следующую линейку адресов Интернета класса A, B и C, каждый из которых имеет пример:

Сети класса A используют маску подсети по умолчанию 255.0.0.0 и имеют 0-127 в качестве первого октета. Адрес 10.52.36.11 — это адрес класса А. Его первый octet — 10, то есть от 1 до 126 включительно.

Сети класса C используют маску подсети по умолчанию 255.255.255.0 и имеют 192-223 в качестве первого октета. Адрес 192.168.123.132 — это адрес класса C. Его первый octet 192, который находится между 192 и 223, включительно.

В некоторых сценариях значения маски подсети по умолчанию не соответствуют потребностям организации по одной из следующих причин:

Физическая топология сети
Номера сетей (или хостов) не соответствуют ограничениям маски подсети по умолчанию.

В следующем разделе рассказывается, как можно разделить сети с помощью масок подсети.

Subnetting

Сеть TCP/IP класса A, B или C может быть дополнительно разделена системным администратором или подсети. Это становится необходимым при согласовании логической адресной схемы Интернета (абстрактного мира IP-адресов и подсетей) с физическими сетями, которые используются в реальном мире.

Системный администратор, которому выделен блок IP-адресов, может управлять сетями, которые не организованы таким образом, чтобы легко вписываться в эти адреса. Например, у вас есть широкая сеть с 150 хостами в трех сетях (в разных городах), подключенных маршрутизатором TCP/IP. Каждая из этих трех сетей имеет 50 хостов. Вам выделена сеть класса C 192.168.123.0. (Для иллюстрации этот адрес на самом деле из диапазона, который не выделяется в Интернете.) Это означает, что для 150 хостов можно использовать адреса 192.168.123.1 по 192.168.123.254.

Теперь вы можете предоставить IP-адреса 254 хостов. Он отлично работает, если все 150 компьютеров находятся в одной сети. Однако 150 компьютеров находятся в трех отдельных физических сетях. Вместо того, чтобы запрашивать дополнительные блоки адресов для каждой сети, вы разделите сеть на подсети, которые позволяют использовать один блок адресов в нескольких физических сетях.

В этом случае вы разделите сеть на четыре подсети, используя подсетевую маску, которая делает сетевой адрес больше и возможный диапазон адресов хостов меньше. Другими словами, вы "заимствуете" некоторые биты, используемые для хост-адреса, и используете их для сетевой части адреса. Подсетевая маска 255.255.255.192 предоставляет четыре сети по 62 хостов каждая. Он работает, так как в двоичной нотации 255.255.255.192 то же самое, что и 11111111.1111111.110000000. Первые две цифры последнего октета становятся сетевыми адресами, поэтому вы получаете дополнительные сети 00000000 (0), 010000000 (64), 10000000 (128) и 110000000 (192). (Некоторые администраторы будут использовать только две подсети с использованием 255.255.255.192 в качестве маски подсети. Дополнительные сведения по этому вопросу см. в разделе RFC 1878.) В этих четырех сетях последние шесть двоичных цифр можно использовать для хост-адресов.

Используя подсетевую маску 255.255.255.192, сеть 192.168.123.0 становится четырьмя сетями 192.168.123.0, 192.168.123.64, 192.168.123.128 и 192.168.123.192. Эти четыре сети будут иметь допустимые хост-адреса:

192.168.123.1-62 192.168.123.65-126 192.168.123.129-190 192.168.123.193-254

Помните, что двоичные хост-адреса со всеми или всеми нулями являются недействительными, поэтому нельзя использовать адреса с последним октетом 0, 63, 64, 127, 128, 191, 192 или 255.

Вы можете увидеть, как это работает, глядя на два хост-адреса, 192.168.123.71 и 192.168.123.133. Если используется маска подсети класса C по умолчанию 255.255.255.0, оба адреса находятся в сети 192.168.123.0. Однако, если вы используете подсетевую маску 255.255.255.192, они находятся в разных сетях; 192.168.123.71 на сети 192.168.123.64, 192.168.123.133 — на сети 192.168.123.128.

Шлюзы по умолчанию

Если компьютер tCP/IP должен общаться с хостом в другой сети, он обычно общается с помощью устройства, называемого маршрутизатором. В терминах TCP/IP маршрутизатор, указанный в хосте, который связывает подсеть хостов с другими сетями, называется шлюзом по умолчанию. В этом разделе объясняется, как TCP/IP определяет, отправлять ли пакеты в шлюз по умолчанию для достижения другого компьютера или устройства в сети.

Когда хост пытается взаимодействовать с другим устройством с помощью TCP/IP, он выполняет процесс сравнения с помощью определенной подсети и IP-адреса назначения по сравнению с подсети и собственным IP-адресом. В результате этого сравнения компьютеру сообщается, является ли назначение локальным хостом или удаленным хостом.

Если в результате этого процесса определяется назначение локального хоста, компьютер отправляет пакет в локальной подсети. Если в результате сравнения определяется назначение удаленного хоста, компьютер перенаправлен пакет в шлюз по умолчанию, определенный в свойствах TCP/IP. После этого маршрутизатор несет ответственность за перенаправку пакета в правильную подсеть.

Устранение неполадок

Проблемы сети TCP/IP часто возникают из-за неправильной конфигурации трех основных записей в свойствах TCP/IP компьютера. Понимая, как ошибки в конфигурации TCP/IP влияют на сетевые операции, можно решить множество распространенных проблем TCP/IP.

Неправильная маска подсети. Если сеть использует подсетевую маску, не подлежащую маске по умолчанию для своего класса адресов, и клиент по-прежнему настроен с помощью маски подсети по умолчанию для класса адресов, связь не будет работать с некоторыми соседними сетями, но не с удаленными. Например, если вы создаете четыре подсети (например, в примере подсетей), но используете неправильную подсетевую маску 255.255.255.0 в конфигурации TCP/IP, хосты не смогут определить, что некоторые компьютеры находятся на разных подсетях, чем их собственные. В этой ситуации пакеты, предназначенные для хостов различных физических сетей, которые являются частью одного и того же адреса класса C, не будут отправлены в шлюз по умолчанию для доставки. Распространенным симптомом этой проблемы является то, что компьютер может общаться с хостами, которые находятся в локальной сети, и может общаться со всеми удаленными сетями, за исключением тех сетей, которые находятся поблизости и имеют один и тот же адрес класса A, B или C. Чтобы устранить эту проблему, просто введите правильную подсетевую маску в конфигурации TCP/IP для этого хоста.

Неправильный IP-адрес. Если вы ставите компьютеры с IP-адресами, которые должны быть на отдельных подсетях в локальной сети друг с другом, они не смогут общаться. Они будут пытаться отправлять пакеты друг другу с помощью маршрутизатора, который не может переадретировать их правильно. Симптомом этой проблемы является компьютер, который может общаться с хостами в удаленных сетях, но не может общаться с некоторыми или всеми компьютерами в локальной сети. Чтобы устранить эту проблему, убедитесь, что все компьютеры одной физической сети имеют IP-адреса в одной подсети IP. Если в одном сегменте сети иссякли IP-адреса, существуют решения, которые выходят за рамки этой статьи.

Неправильный шлюз по умолчанию: компьютер, настроенный с неправильным шлюзом по умолчанию, может взаимодействовать с хостами в своем сетевом сегменте. Но он не сможет общаться с хостами в некоторых или всех удаленных сетях. Хост может общаться с некоторыми удаленными сетями, но не с другими, если верны следующие условия:

Одна физическая сеть имеет несколько маршрутизаторов.
Неправильный маршрутизатор настроен как шлюз по умолчанию.

Эта проблема распространена, если в организации есть маршрутизатор к внутренней сети TCP/IP и другой маршрутизатор, подключенный к Интернету.

Ссылки

Две популярные ссылки на TCP/IP:

"TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols", Richard Stevens, Addison Wesley, 1994
"Работа в Интернете с TCP/IP, том 1: принципы, протоколы и архитектура", Дуглас E. Comer, Prentice Hall, 1995

Рекомендуется, чтобы системный администратор, отвечающий за сети TCP/IP, мог иметь хотя бы одну из этих ссылок.

Глоссарий

Адрес трансляции— IP-адрес с хост-частью, которая является всеми.

Host--A computer or other device on a TCP/IP network.

Internet--Глобальная коллекция сетей, подключенных друг к другу и общих IP-адресов.

InterNIC--Организация, ответственная за администрирование IP-адресов в Интернете.

IP--Сетевой протокол, используемый для отправки сетевых пакетов через сеть TCP/IP или Интернет.

IP-адрес — уникальный 32-битный адрес для хоста в сети TCP/IP или в Интернете.

Network--Существует два использования сети терминов в этой статье. Одна из них — это группа компьютеров в одном физическом сегменте сети. Другой — диапазон адресов IP-сети, выделенный системным администратором.

Сетевой адрес— IP-адрес с хост-частью, которая имеет все нули.

Пакет -- единица данных, передаемая через сеть TCP/IP или широкую сеть области.

RFC (Запрос на комментарий)--Документ, используемый для определения стандартов в Интернете.

Маршрутизатор— устройство, которое передает сетевой трафик между различными IP-сетями.

Subnet Mask — 32-битный номер, используемый для разграничеть сетевые и хост-части IP-адреса.

Subnet или Subnetwork — это сеть меньшего размера, созданная путем деления более крупной сети на равные части.

TCP/IP--Используется широко, набор протоколов, стандартов и утилит, обычно используемых в Интернете и крупных сетях.

Широкая сеть области (WAN)--Большая сеть, которая является коллекцией небольших сетей, разделенных маршрутизаторами. Интернет — пример большого WAN.

IP (Internet Protocol) - протокол сетевого уровня стека TCP/IP. Протокол был создан в 1981 году и описан в RFC 791. Основной задачей протокола является доставка датаграмм между хостами сетей TCP/IP через произвольное число промежуточных узлов (маршрутизаторов).

Функции, реализуемые IP:

Основа передачи данных.
Адресация.
Маршрутизация.
Фрагментация датаграмм.

Протокол IP не гарантирует надежной доставки пакета: пакеты могут прийти в неправильном порядке, пакет может быть утерян, пакет может продублироваться или оказаться поврежденным. За надежность доставки пакетов отвечают протоколы транспортного уровня.

На данный момент наиболее распространена четвертая версия протокола (IPv4), однако ведутся активные работы по внедрению более совершенного IPv6.

Содержание

IPv4 (англ. Internet Protocol version 4) — четвёртая версия интернет протокола (IP). Описан в IETF в статье RFC 791 (сентябрь 1981 года). Это один из самых используемых интернет протоколов. Был введен в использование в ARPANET в 1983 году.

Функция протокола — передавать дейтаграммы по множеству соединенных сетей.

Рассмотрим формат IPv4-дейтаграмм.

Дейтаграмма состоит из заголовка и основной части (данных). Биты передаются слева направо и сверху вниз (big-endian порядок). В настоящее время ясно, что лучше было бы использовать обратный (little-endian) порядок, но во время создания протокола это не было очевидно. Так на Intel x86 требуется программное преобразование, как при передаче, так и при приеме.

Рассмотрим структуру заголовка:

IPv4 и его расположение внутри кадра.

IPv6 (англ. Internet Protocol version 6) — новая версия интернет протокола (IP), являющаяся результатом развития IPv4. Протокол был создан IETF в 1996 году. Описан в спецификации RFC 2460.

Основной причиной для создания новой версии протокола послужил факт скорого исчерпания пула IPv4 адресов (по разным оценкам последние выделенные IANA адреса будут заняты в период с 2016 по 2020 года).

Основные отличия IPv6 от IPv4:

В IPv6 заголовок имеет фиксированную длину 40 октетов.
Поле общей длины заменено полем длины области данных.
В IPv6 предусмотрена передача пакетов, длины которых превышают 64 кбайт.
Заголовки надстроек.
Поле времени жизни заменено полем ограничения количества переходов.
Многие дополнения IPv4 были оформлены как отдельные протоколы.

IPv4 использует 32-битные адреса, ограничивающие адресное пространство 4 294 967 296 (2 32 ) возможными уникальными адресами. У каждого хоста и маршрутизатора в Интеренете есть IP-адрес. IP-адрес не имеет отношения к хосту. Он имеет отношение к сетевому интерфейсу, поэтому иногда хост или маршрутизатор могут иметь несколько IP-адресов.

IP-адреса имеют иерархическую организацию. Первая часть имеет переменную длину и задает сеть, а последняя указывает на хост.

Обычно IP-адреса записываются в виде 4 десятичных чисел, каждое в диапозоне от 0 до 255, разделенными точками (dot-decimal notation). Каждая часть представляет один байт адреса. Например, шестнадцатиричный адрес 80D00297 записывается как 128.208.2.151.

Префикс задается наименьшим IP-адресом в блоке и размером блока. Размер определяется числом битов в сетевой части, оставшиеся биты в части хоста могут варьироваться. Таким образом, размер является степенью двойки. Он записывается после префикса IP-адреса в виде слэша и длины сетевой части в битах. В предыдущем примере префикс содержит 2 8 адресов и поэтому для сетевой части отводится 24 бита. Записывается так: 128.208.2.0/24.

IP адрес может означать одно из трех:

Адрес IP сети (группа IP устройств, имеющих доступ к общей среде передаче - например, все устройства в сегменте Ethernet). Сетевой адрес всегда имеет биты интерфейса (хоста) адресного пространства установленными в 0 (если сеть не разбита на подсети);
Широковещательный адрес IP сети (адрес для 'разговора' со всеми устройствами в IP сети). Широковещательные адреса для сети всегда имеют интерфейсные (хостовые) биты адресного пространства установленными в 1 (если сеть не разбита на подсети).
Адрес интерфейса (например Ethernet-адаптер или PPP интерфейс хоста, маршрутизатора, сервера печать итд). Эти адреса могут иметь любые значения хостовых битов, исключая все нули или все единицы - чтобы не путать с адресами сетей и широковещательными адресами.

Адрес в IPv6 представляется как восемь групп из четырех шестнадцатеричных чисел, разделенных двоеточиями. При записи адреса используются следующие правила:

Если одна и более групп, идущих подряд, равны 0000, то они опускаются и заменяются на двойное двоеточие.
Незначащие старшие нули в группах опускаются.
Для записи встроенного или отображенного IPv4 адреса последние две группы цифр заменяются на IPv4 адрес.
При использовании IPv6 адреса в URL он помещается в квадратные скобки.
Порт в URL пишется после закрывающей квадратной скобки.

Одноадресный (Unicast) - для отправки пакет на конкретный адрес устройства.
- Global unicast - глобальные адреса. Могут находиться в любом не занятом диапазоне.
- Link loсal - локальный адрес канала. Позволяет обменивать данными по одному и тому же каналу (подсети). Пакеты с локальным адресом канала не могут быть отправлены за пределы этого канала.
- Unique local - уникальный локальные адреса. Используются для локальной адресации в пределах узла или между ограниченным количеством узлов.
- Assigned - назначенные адреса. Зарезервированные для определённых групп устройств Multicast адреса.
- Solicited - запрошенные адреса. Остальные адреса, которые устройства могут использовать для прикладных задач.
Большинство каналов передачи данных устанавливают максимальную длину пакета (MTU). В случае, когда длина пакета превышает это значение, происходит фрагментация.

Протокол IP требует, чтобы в маршрутизации участвовали все узлы (компьютеры). Длина маршрута, по которому будет передан пакет, может меняться в зависимости от того, какие узлы будут участвовать в доставке пакета. Каждый узел принимает решение о том, куда ему отправлять пакет на основании таблицы маршрутизации (routing tables).

Длина префикса не выводится из IP-адреса, поэтому протоколу маршрутизации вынуждены передавать префиксы на маршрутизаторы. Иногда префиксы задаются с помощью указания длины.

То есть маска подсети определяет как будут локально интерпретироваться IP адреса в сегменте IP сети, что для нас весьма важно, поскольку определяет процесс разбивки на подсети.

Стандартная маска подсети - все сетевые биты в адресе установлены в '1' и все хостовые биты установлены в '0'. Выполненение операции И между маской и IP-адресом позволяет выделить сетевую часть.

О маске подсети нужно помнить три вещи:
- Маска подсети предназначена только для локальной интерпретации локальных IP адресов (где локальный значит - в том же сетевом сегменте);
- Маска подсети - не IP адрес - она используется для локальной модификации интерпретации IP адреса.
Изначально использовалась классовая адресация (INET), но со второй половины 90-х годов XX века она была вытеснена бесклассовой адресацией (CIDR), при которой количество адресов в сети определяется маской подсети.

Таблицы маршрутизации со временем сильно растут, и с этим нужно что-то делать. Маршрутизатор может узнавать о расположении IP-адресов по префиксам различной длины. Но вместо того чтобы разделять сеть на подсети, мы объединим несколько коротких префиксов в один длинный. Этот процесс называется агрегацией маршрута (route aggregation). Длинный префикс, полученный в результате, иногда называют суперсетью (supernet), в противоположность подсетям с разделением блоков адресов.

При агрегации IP-адреса содержатся в префиксах различной длины. Один и тот же IP-адрес может рассматриваться одним маршрутизатором как часть блока /22 (содержащего 2 10 адресов), а другим — как часть более крупного блока /20 (содержащего 2 12 адресов). Это зависит от того, какой информацией обладает маршрутизатор. Такой метод называется CIDR (Classless InterDomain Routing — бесклассовая междоменная маршрутизация).

Также префиксы могут пересекаться. Согласно правилу, пакеты передаются в направлении самого специализированного блока, или самого длинного совпадающего префикса (longest matching prefix), в котором находится меньше всего IP-адресов.

По сути CIDR работает так:
- Когда прибывает пакет, необходимо определить, относится ли данный адрес к данному префиксу; для этого просматривается таблица маршрутизации. Может оказаться, что по значению подойдет несколько записей. В этом случае используется самый длинный префикс. То есть если найдено совпадение для маски /20 и /24, то для выбора исходящей линии будет использоваться запись, соответствующая /24.
- Однако этот процесс был бы трудоемким, если бы таблица маршрутизации просматривалась запись за записью. Вместо этого был разработан сложный алгоритм для ускорения процесса поиска адреса в таблице (Ruiz-Sanchez и др., 2001).
- В маршрутизаторах, предполагающих коммерческое использование, применяются специальные чипы VLSI, в которые данные алгоритмы встроены аппаратно.
Раньше использовали классовую адресацию.

Сколько бит используется сетевым ID и сколько бит доступно для идентификации хостов (интерфейсов) в этой сети, определяется сетевыми классами.

Всего 5 классов IP-адресов: A, B, C, D, E.

Их структура и диапазоны указаны на рисунке.

Существует также специальные адреса, которые зарезервированы для 'несвязанных' сетей - это сети, которые используют IP, но не подключены к Internet. Вот эти адреса:

Для безотказного функционирования глобальной сети необходимо, чтобы каждый сервер в интернете имел собственный адрес. Ранее это обеспечивалось протоколом IPv4/. Теперь активно внедряется его более совершенная версия — протокол IPv6. Чтобы полноценно пользоваться интернетом необходимо знать, как они функционируют и чем отличаются друг от друга.

Представление адреса

Всемирная сеть содержит гигантский объем информации. Данные расположены на огромном количестве серверов. Каждый из них имеет свой уникальный домен в сети интернет, с помощью которого его легко найти. Несмотря на то, что серверов в сети насчитываются миллиарды, каждый из них можно разыскать с его помощью. Адресация в интернете это важная часть его функционирования.

Когда пользователь в строке браузера набирает буквенный адрес (доменное имя), компьютер обращается к DNS-серверу, чтобы узнать о том, какой IP-адрес ему соответствует. После того, как ответ получен, браузер осуществляет переход и позволяет пользователю ознакомиться с содержимым страницы.

Роль и назначение протокола IP в модели TCP/IP

Работа интернета основана на использовании модели TCP/IP. Она включает в себя семь уровней.

Протокол IP действует на сетевом уровне.

Эти семь уровней расположены иерархически таким образом, что каждый из них предоставляет услуги вышестоящему (если такой имеется) и использует работу нижестоящего (при его наличии).

Протокол IP выполняет следующие функции:
1. Обеспечивает уникальность выдаваемых публичных адресов в сети интернет.
2. Этот протокол обеспечивает доставку сетевых пакетов между серверами, создавая маршрут между ними через промежуточные точки.
3. Для работы использует нижестоящий (канальный) уровень.
4. Поддерживает работу вышестоящего (транспортного) уровня.
Он предусматривает два основных типа интернет-адресов: публичные и частные. Первые должны быть уникальны во всем мире. Именно их рассматривают в качестве IP-адресов. Надо заметить, что далеко не всегда возникает необходимость в наличии такой уникальности онлайн. Например, если компьютеры входят в локальную сеть, им необходимо общаться только в пределах этой сети. Такие адресные обозначения называются частными. Их важной особенностью является то, что в пределах всей всемирной сети они могут повторяться любое количество раз. Дело в том, что каждый из них будет использоваться только в пределах своей локальной сети.

Хосты и подсети

На практике адресация в сети интернет предусматривает деление на подсети. То есть каждый IP-адрес идентифицирует сеть и входящий в нее компьютер (его называют хост).

Для того, чтобы разобраться в том, какая часть адреса относится к подсети, а какая к хосту, применяется маска подсети.

IP-адрес состоит из четырех чисел от 0 до 255. Каждое из этих значений можно выразить с помощью байта, состоящего из восьми битов. Таким образом речь идет о записи числа в двоичной форме. Расположив двоичные значения четырех байтов одно за другим, можно получить четыре байта или 32-разрядное двоичное число.

При этом определенное количество битов будет относиться к адресу подсети, а оставшиеся — адрес хоста, предназначенный для идентификации компьютера внутри подсети.

Для наглядности адресация в интернете будет пояснена на примере:

Рассмотрим адрес 01011101.10111011.01001000.00110000. В десятичном виде он выглядит следующим образом: 93.187.72.48. Предположим, что маска подсети равна 11111111.11111111.11111111.00000000. В этом случае IP адрес подсети — 01011101.10111011.01001000.00000000 или 93.187.72.0. В маске часть адреса, соответствующая хосту, выделена с помощью нулей. Она равна 0.0.0.48. Таким образом будет идентифицирован адрес хоста — компьютера внутри сети.

Назначения подсетей

В глобальной компьютерной сети предусмотрены различные виды адресов в интернете. Они называются классами и делятся в зависимости от их первых битов. Каждому из них соответствует определенный размер маски подсети.

В интернете уникальными должны быть только цифры, адресующие подсеть.

В дальнейшем для адресации стала использоваться бесклассовая система, в которой адрес подсети мог иметь любую разумную длину.

Подсети предназначены для того, чтобы давать адреса компьютерам, которые в них входят. В каждой из них имеется шлюз, куда поступают пакеты из внешнего мира. Затем информация передается компьютеру, находящемуся внутри сети. Отправка данных в интернет происходит в обратном порядке.

Важно! Когда в квартире или офисе установлен роутер, он фактически организует собственную подсеть. Когда провайдер раздает интернет, он в некоторых случаях рассматривает компьютер данного клиента в качестве входящего в большую подсеть интернета.

Структура заголовка пакета

Передача информации в интернете происходит путем отправки и получения пакетов. Каждый из них движется по определенному маршруту до того, как достигнет точки назначения. Пакет информации, согласно документации организован строго определенным образом.

Он делится на две части: заголовок и данные.

Он состоит из большого количества служебных полей. Далее описываются основные из них:

В пакете также имеются другие данные, необходимые для организации передачи сетевого пакета потребителю.

Версии протокола IP: IPv4 и IPv6

В настоящее время существуют два варианта протокола интернета: IPv4 и IPv6. Второй из них можно рассматривать в качестве более высокой ступени развития первого.

Преимущества IPv6

Этот протокол известен тем, что имеет следующие преимущества:
1. В нем отсутствует необходимость использовать трансляцию сетевых адресов (NAT).
2. Здесь имеется столько адресов, что нет необходимости делить их на публичные или частные.
3. Механизм маршрутизации был доработан и стал более простым и эффективным.
4. При использовании этого протокола применяется автоконфигурирование.
5. Формат заголовка был упрощен.
При работе с этим протоколом поддержка конфиденциальности является встроенной.

Основные различия протоколов

Адрес в IPv4 является 32-битным и записывается в виде четырех целых чисел, не превосходящих 255. В IPv6 его записывают в виде восьми четырехзначных шестнадцатеричных цифр. Вот пример: 3ffe:1904:4546:3:201:f8ff:fe22:68cf.

Различия не только в разрядности и форме записей. Изменился механизм функционирования. Он стал не только более качественным и надежным, но и более простым.

Процедура того, как дается адрес в интернете при этом не изменилась.

Исчерпание адресного пространства

Протокол версии IPv4 способен адресовать огромное количество серверов. Однако интернет развивается настолько стремительно, что этих возможностей уже недостаточно. В ответ на возросшие требования был разработан IPv6, который существенно расширяет адресное пространство. При его использовании исчерпание адресного пространства в ближайшие годы не ожидается.

Работа с IPv6

Для того, чтобы выполнить подключение, нужно открыть Панель управления, перейти в сетевые настройки и выбрать нужное сетевое подключение.

Как включить

Если зайти в свойства подключения, нужно на первой странице убрать галочку с IPv4 и поставить в строке IPv6. Выбрав эту строку нужно перейти в Свойства. Если провайдер использует статический адрес, нужно отметить это в списке и ввести параметры, потом подтвердить их.

После этого соединение с протоколом IPv6 начнет работать.

Автонастройка

Некоторые провайдеры автоматически предоставляют данные для подключения. Чтобы этим воспользоваться, нужно на странице, где вводят параметры соединения, в списке указать, что адрес будет получен в автоматическом режиме. Затем нажимают OK для подтверждения.

Альтернативная конфигурация

При установке параметров соединения нужно решить, как будут выбраны DNS-серверы. Они могут быть получены автоматически или в качестве альтернативной конфигурации указаны пользователем.

Проверка IPv6

После того, как настройки сделаны, можно проверить наличие подключения. Для этого можно запустить консоль и набрать следующую команду.

Затем нужно нажать Enter. После этого будет выдана информация о наличии подключения.

В кавычках указывают название подключения, которое проверяется.

IPv6 и VPN

Протокол IPv6 способен работать с большинством существующих сетей VPN. Для этого можно использовать как платные, так и бесплатные сети.

Использование частных приватных сетей позволит использовать преимущества этого протокола интернета при доступе к ним.

Адресация интернета с помощью протоколов IPv4 и IPv6 обеспечивает безотказное функционирование глобальной сети. Внедрение более совершенной версии позволит устранить риск исчерпания адресов серверов.

Подгорнов Илья Владимирович Всё статьи нашего сайта проходят аудит технического консультанта. Если у Вас остались вопросы, Вы всегда их можете задать на его странице.

IP расшифровывается как Internet Protocol, часто его называют протокол интернет. Но строго говоря это не совсем так, правильный перевод межсетевой протокол или протокол межсетевого взаимодействия.

p, blockquote 1,0,0,0,0 -->

p, blockquote 2,0,0,0,0 -->

Протокол Ip возник задолго до того, как появилась и стала набирать популярность сеть, которую мы называем интернет. В англоязычной терминологии internetworking означает объединение сетей, и цель протокола ip как раз объединить сети, построенные с помощью разных технологий канального уровня. У этой терминологии словом internet называлась объединенная сеть, а subnet — подсеть или отдельная сеть. Словом Internet с большой буквы сейчас называется самая крупная объединенная сеть построенная по протоколу ip.

p, blockquote 3,0,0,0,0 -->

Место в моделях OSI и TCP/IP

В модели взаимодействия открытых систем и в модели TCP/IP протокол IP, находится на одном и том же уровне — сетевом.

p, blockquote 4,0,0,0,0 -->

p, blockquote 5,0,0,0,0 -->

Сетевой уровень стека протоколов TCP/IP включая также и другие протоколы кроме ip. Это ARP, DHCP и ICMP, но для передачи данных используется только протокол ip, остальные протоколы служат для обеспечения корректной работы крупной составной сети.

p, blockquote 6,0,1,0,0 -->

p, blockquote 7,0,0,0,0 -->

Сервисы IP

p, blockquote 8,0,0,0,0 -->

IP пакет просто отправляется в сеть в надежде, что он дойдет до получателя, если пакет по каким-то причинам не дошел, не предпринимается никаких попыток оповестить отправителя, и также не предпринимается попыток запросить этот пакет снова. Считается, что ошибка должна быть исправлена протоколами, которые находятся на вышестоящих уровнях.

p, blockquote 9,0,0,0,0 -->

Задачей IP является объединение сети, построенных на основе разных технологий канального уровня, которые могут значительно отличаться друг от друга в одну крупную объединенную сеть, в которой компьютеры могут свободно общаться друг с другом не взирая на различия конкретной сетевой технологии. Вторая важная задача протокола IP, это маршрутизация, то есть поиск маршрута от отправителя к получателю в крупной составной сети через промежуточные узлы маршрутизаторы. Также IP обеспечивает необходимое качество обслуживания.

p, blockquote 10,0,0,0,0 -->

Формат заголовка IP-пакета

Для того чтобы понять, как протокол IP реализует эту задачу, рассмотрим формат заголовка IP пакета.

p, blockquote 11,0,0,0,0 -->

p, blockquote 12,0,0,0,0 -->

Номер версии

Первое поле номер версии. Сейчас используется две версии протокола IP 4 и 6. Большая часть компьютеров использует IPv4. Длина адреса в этой версии 4 байта. Формат адреса IP версии 4 мы рассматривали подробно. Проблема в том, что адресов IPv4, четыре с небольшим миллиарда, что уже сейчас не хватает для всех устройств в сети, а в будущем точно не хватит. Поэтому была предложена новая версия IPv6 в которой длина IP адреса составляет 16 байт. Сейчас эта версия вводится в эксплуатацию, но процесс занимает очень долгое время.

p, blockquote 13,1,0,0,0 -->

Длина заголовка

Следующее поле длина заголовка. В отличии от Ethernet заголовок IP включает обязательные поля, а также может включать дополнительные поля, которые называются опции. В поле длина заголовка записывается полная длина, как обязательной части, так и опции.

p, blockquote 14,0,0,0,0 -->

Тип сервиса

Следующее поле тип сервиса. Это поле нужно для обеспечения необходимого качества обслуживания, но сейчас на практике используется очень редко.

p, blockquote 15,0,0,0,0 -->

Общая длина

Следующее поле общая длина. Общая длина содержит длину всего IP пакета, включая заголовок и данные. Максимальная длина пакета 65 535 байт, но на практике такие большие пакеты не используются, а максимальный размер ограничен размером кадра канального уровня, а для Ethernet это 1 500 байт. В противном случае для передачи одного IP пакета необходимо было бы несколько кадров канального уровня что неудобно.

p, blockquote 16,0,0,0,0 -->

Идентификатор пакета

Поля идентификатор пакета, флаги и смещение фрагмента используются для реализации фрагментации.

p, blockquote 17,0,0,0,0 -->

Время жизни

Дальше идет поле время жизни. Время жизни Time To Live или TTL — это максимальное время в течение которого пакет может перемещаться по сети. Оно введено для того чтобы пакеты не гуляли по сети бесконечно, если в конфигурации сети возникла какая-то ошибка. Например, в результате неправильной настройке маршрутизаторов в сети, может образоваться петля. Раньше, время жизни измерялось в секундах, но сейчас маршрутизаторы обрабатывают пакет значительно быстрее чем за секунду, поэтому время жизни уменьшается на единицу на каждом маршрутизаторе, и оно измеряется в количествах прохождения через маршрутизаторы по-английски (hop) от слова прыжок. Таким образом название время жизни сейчас стало уже некорректным.

p, blockquote 18,0,0,0,0 -->

Тип протокола

После времени жизни, указывается тип протокола следующего уровня. Это поле необходимо для реализации функции мультиплексирования и демультиплексирования, то есть передачи с помощью протокола IP данных от разных протоколов следующего уровня. В этом поле указывается код протокола следующего уровня, некоторые примеры кодов для TCP код 6, UDP — 17 и ICMP — 1.

p, blockquote 19,0,0,1,0 -->

Контрольная сумма

Затем идет контрольная сумма, которая используется для проверки правильности доставки пакета, если при проверке контрольные суммы обнаруженные ошибки, то пакет отбрасывается, никакой информации отправителю пакета не отправляется. Контрольная сумма рассчитывается только по заголовку IP пакета и она пересчитывается на каждом маршрутизаторе из-за того что данные в заголовке меняются. Как минимум изменяется время жизни пакета, а также могут измениться некоторые опции.

p, blockquote 20,0,0,0,0 -->

IP адрес получателя и отправителя

После контрольной суммы идут IP адрес отправителя, и IP адрес получателя. В IPv4 длина IP адреса четыре байта, 32 бита на этом обязательная часть IP заголовка заканчивается, после этого идут не обязательные поля которые в IP называются опции.

p, blockquote 21,0,0,0,0 -->

Опции

Некоторые примеры опций. Для диагностики работы сети используется опция — записать маршрут, при которой в IP пакет записывается адрес каждого маршрутизатора через которую он проходит.

p, blockquote 22,0,0,0,0 -->

И опция — временные метки, при установке которой, каждый маршрутизатор записывает время прохождения пакеты.

p, blockquote 23,0,0,0,0 -->

Также опции позволяют отказаться от автоматической маршрутизации, и задать маршрут отправитель:
- Это может быть жесткая маршрутизация, где в пакете явно указывается перечень маршрутизаторов через которые необходимо пройти.
- И свободные маршрутизации в этом случае указываются только некоторые маршрутизаторы, через которые пакет должен пройти обязательно, также при необходимости он может пройти через другие маршрутизаторы.
Опции в заголовке IP может быть несколько и они могут иметь разный размер. В то же время длина IP заголовка должна быть кратна 32, поэтому при необходимости, в конце IP заголовок заполняются нулями до выравнивание по границе 32 бита. Следует отметить, что сейчас опции в заголовке IP почти не используются.

p, blockquote 25,0,0,0,0 --> p, blockquote 26,0,0,0,1 -->

В статье был рассмотрен протокол IP (Internet Protocol) — протокол межсетевого взаимодействия. Протокол IP является основой интернета. В OSI находится на сетевом уровне.

Аннотация: Ниже мы исследуем такие принципиально важные понятия компьютерных сетей, такие, как IP-адрес, Маска подсети, Шлюз, DNS-сервер и ряд других. В лекции есть ряд практических заданий и упражнений, подкрепленных и дополненных скринкастами.

Сетевые протоколы

Сетевой протокол — набор правил, позволяющий осуществлять обмен данными между составляющими сеть устройствами, например, между двумя сетевыми картами ( рис. 6.1).

TCP/IP

Стек протоколов TCP / IP — это набор протоколов, его название происходит от двух наиболее важных протоколов, являющиеся основой связи в сети Интернет . Протокол TCP разбивает передаваемую информацию на порции (пакеты) и нумерует их. С помощью протокола IP все пакеты передаются получателю. Далее с помощью протокола TCP проверяется, все ли пакеты получены. При получении всех порций TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое. В сети Интернет используются две версии этого протокола:

IP-адреса стандарта IPv6 имеют длину 128 бит и поэтому в четыре раза длиннее, чем IP-адреса четвертой версии. IP-адреса версии v6 записываются в следующем виде:X:X:X:X:X:X:X:X, где X является шестнадцатеричным числом, состоящим из 4-х знаков(16 бит), а каждое число имеет размер 4 бит. Каждое число располагается в диапазоне от 0 до F. Вот пример IP-адреса шестой версии: 1080:0:0:0:7:800:300C:427A. В подобной записи незначащие нули можно опускать, поэтому фрагмент адреса: 0800: записывается, как 800:.

Для взаимодействия сетевых устройств друг с другом необходимо, чтобы у передающего устройства был IP - и MAC -адреса получателя. Набор протоколов TCP / IP имеет в своем составе специальный протокол, называемый ARP (Address Resolution Protocol — протокол преобразования адресов), который позволяет автоматически получить MAC - адрес по известным IP -адресам

DHCP-протокол

Распределением IP -адресов для подключения к сети Интернет занимаются провайдеры, а в локальных сетях – сисадмины. Назначение IP -адресов узлам сети при большом размере сети представляет для администратора очень утомительную процедуру. Поэтому для автоматизации процесса разработан протокол Dynamic Host Configuration Protocol ( DHCP ) , который освобождает администратора от этих проблем, автоматизируя процесс назначения IP -адресов всем узлам сети.

FTP протокол

FTP протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.

POP протокол

POP стандартный протокол получения почтового соединения. Серверы POP обрабатывают входящую почту, а протокол POP предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ.

SMTP протокол

IP адрес по протоколу IPv4

Одной из самых важных тем при рассмотрении TCP / IP является адресация IP . Адрес IP — числовой идентификатор , приписанный каждому компьютеру в сети IP и обозначающий местонахождение в сети устройства, которому он приписан. Адрес IP - это адрес программного, а не аппаратного обеспечения. IP - адрес узла идентифицирует точку доступа модуля IP к сетевому интерфейсу, а не всю машину.

IP - адрес — сетевой (программный) адрес узла в компьютерной сети, построенной по протоколу IP .

Каждый из 4х октет десятичной записи IP адреса может принимать значение в диапазоне от 0 до 255 и в теории такой адрес в десятичной форме записи может быть в диапазоне от 0.0.0.0 до 255.255.255.255. IP адрес - двоичное число, но для человека вместо записи в 32 бит 11000000.10101000.00000000.00000001 удобнее запись в 4 байта вида 192.168.0.1.

Задание 1. Определить IP адрес вашего ПК

Узнать свой собственный IP адрес вы можете, если запустите в ОС Windows XP на выполнение команду Пуск – Программы – Стандартные – Командная Строка и наберете в ней ipconfig ( рис. 6.2).

Ту же команду можно выполнить в командной строке Windows 7 ( рис. 6.3).

Задание 2 (скринкаст). Перевод чисел из двоичной системы в десятичную и наоборот

При работе с IP -адресами может возникнуть необходимость перевода двоичных чисел в десятичные и наоборот. Это можно сделать, например, так, как учат в школе:

10110110₂ = (1•2 7 )+(0•2 6 )+(1•2 5 )+(1•2 4 )+(0•2 3 )+(1•2 2 )+(1•2 1 )+(0•2 0 ) = 128+32+16+4+2 = 182₁₀ Но, удобнее это делать на Windows -калькуляторе. Выполните в Windows -7 команду Пуск-Программы-Стандартные-Калькулятор, потом Вид-Программист ( рис. 6.4 и 5).

Читайте также: