Stawiajc krzyyk w odpowiedniej wartoci mona zapisa dowolnego binarnego reprezentanta liczby dziesitnej x x x x x

Transkrypt

1 ADRESOWANIE IP, PODSIECI, MASKI ADRES IP Kady host w sieci TCP/IP jest identyfikowany przez logiczny adres IP. Unikalny adres IP jest wymagany dla kadego hosta i komponentu sieciowego, który komunikuje si uywajc TCP/IP. Adres IP identyfikuje połoenie systemu w sieci w ten sam sposób jak numer ulicy identyfikuje dom. Tak jak numer ulicy musi identyfikowa niepowtarzalny dom, tak adres IP musi by globalnie niepowtarzalny i mie jednorodny format. Kady adres IP okrela adres sieci i adres hosta. Adres sieci identyfikuje system, który jest zlokalizowany w tym samym fizycznym segmencie. Wszystkie systemy w tym samym fizycznym segmencie musz mie ten sam adres sieci. Adres sieci musi by unikalny w intersieci. Adres hosta identyfikuje stacj robocz, serwer, router, lub inny host TCP/IP wewntrz segmentu. Adres dla kadego hosta musi by unikalny dla adresu sieci. ADRES SIECI I ADRES HOSTA Kady adres IP składa si z dwóch czci. Pierwsza cz okrela sie na którym rezyduje host, natomiast druga cz identyfikuje szczegółowy host na danej sieci. Wszystkie hosty na danej sieci maj ten sam adres sieciowy, ale musz mie unikalny adres hosta. Podobnie, dwa komputery na rónych sieciach musz mie inne adresy sieciowe, ale mog mie ten sam adres komputera. Kady adres IP ma długo 32 bitów i jest złoony z czterech 8-bitowych pól, zwanych oktetami (lub bajtami). Oktety s oddzielone kropkami. Jeden oktet reprezentuje liczb dziesitn z zakresu Ten format jest nazywany notacj dziesitn z kropkami. Czyli np. 32-bitowy adres: jest zapisywany jako KONWERSJA ADRESÓW IP Z NOTACJI BINARNEJ NA DZIESITN Zauwaono, e mona zapisa kad liczb naturaln za pomoc sum czciowych cigu binarnego 1, 2, 4, 8, 16,..., 256. Wartoci 1, 2, 4, 8, 16,..., 256 s potgami liczby Stawiajc krzyyk w odpowiedniej wartoci mona zapisa dowolnego binarnego reprezentanta liczby dziesitnej x x x x x Sumujemy wartoci z krzyykami: =173. Kad tak komórk, w której moe by postawiony krzyyk nazywamy bitem. W elektronice i informatyce krzyyk reprezentowany jest liczb 1, a brak krzyyka liczb /10

2 KLASY ADRESÓW Adresy IP s podzielone na odpowiednie klasy adresowe, przystosowane do obsługi sieci duych, rednich i małych. Rónica midzy klasami tkwi w liczbie bitów przydzielonych adresowi sieci i adresowi hosta. Wyróniamy 5 klas adresowych IP: A, B, C, D i E. Oprogramowanie rozpoznaje klas, a wic i struktur adresu na podstawie wartoci kilku pierwszych jego bitów. KLASA ADRES IP ADRES SIECI ADRES HOSTA A w.x.y.z w x.y.z B w.x.y.z w.x y.z C w.x.y.z w.x.y z Klasy D i E nie s stosowane do adresowania sieci hostów jak klasy A, B i C. KLASA A Pierwszy bit adresu sieci klasy A ma warto 0. Wtedy on definiuje jego klas, kolejnych siedem okrela sie, a ostatnie 24 host. Adres klasy A pozwala nam zdefiniowa maksymalnie 126 (2 7-2) sieci. Od 128 odejmujemy 2, poniewa adres jest zarezerwowany dla okrelenia domylnej trasy, a adres jest wykorzystywany do wewntrznych testów TCP/IP. Kada sie moe składa si z (2 24-2) hostów. Przy obliczaniu liczby hostów odejmujemy 2 adresy, poniewa cz adresu identyfikujca komputer z wszystkimi 0 okrela adres sieci, a cz adresu hosta z wszystkimi 1 okrela adres rozgłoszeniowy. KLASA B W adresie klasy B pierwsze 2 bity (10) definiuj klas, nastpne 14 bitów definiuje sie, a 16 ostatnich - host. W klasie tej moe maksymalnie (2 14 ) sieci moe zosta zdefiniowanych z (2 16-2) hostami dla kadej sieci. Adresy klasy B mog mieci si w zakresie od do KLASA C Kady adres klasy C ma 24 bitowy prefix sieciowy w którym 3 pierwsze bity (110) okrelaj typ sieci, nastpne 21-bitów okrela adres sieci, a ostatnie 8 bitów definiuje adres hosta. Sieci typu C mona stworzy (2 21 ), a adna z nich nie moe składa si wicej ni 254 hostów (2 8-2). Adresy klasy C mog mieci si w zakresie od do KLASA D Adres IP klasy D: Pierwsze cztery bity adresu klasy D to Adresy te s wykorzystywane do multicastingu, ale ich zastosowanie jest ograniczone. Adres grupowy (multicast) jest unikatowym adresem sieci, kierujcym pakiety do predefiniowanych grup adresów IP. Jedna stacja moe przesła jeden strumie datagramów kierowany do wielu odbiorców jednoczenie (zwrómy uwag, e nie koniecznie do wszystkich). Jest to bardziej wydajny 2/10

3 mechanizm ni tworzenie oddzielnego strumienia dla kadego odbiorcy. Adresy klasy D mog pochodzi z zakresu do KLASA E Faktycznie - zdefiniowano klas E adresu IP, ale InterNIC zarezerwował go dla własnych bada. Tak wic adne adresy klasy E nie zostały dopuszczone do zastosowania w Internecie. Pierwsze cztery bity oktetu wynosz 1111, co daje nam zakres poprawnych adresów od do Ponisza tabela przedstawia zakresy wartoci odpowiadajce poszczególnym klasom adresu: Klasa Najniszy adres Najwyszy adres A B C D E ADRESY SPECJALNE Adres sieci 127 jest niedostpny ten numer jest zarezerwowany dla funkcji ptli zwrotnej. (Adres mimo e ma warto z zakresu odpowiadajcego klasie A, jest zarezerwowany dla ptli zwrotnej, słucej do testowania TCP/IP i do komunikacji midzyprocesorowej lokalnej dla danego komputera. Gdy program uywa adresu ptli zwrotnej jako adresu odbiorcy, oprogramowanie protokołu komunikacyjnego przekazuje dane komputerowi bez wysyłania ich do sieci. Pakiety wysyłane do sieci nie powinny nigdy zosta przekazane do adnej sieci.) Wszystkie bity adresu hosta nie mog by ustawione na 1 (dziesitnie 255). Taki adres to adres rozgłoszeniowy (broadcast). Wszystkie bity adresu hosta nie mog by ustawione na 0. Taki adres oznacza adres sieci. Adres hosta musi by unikalny w sieci. ADRESY NIEPUBLICZNE (PRYWATNE) Adresów niepublicznych, inaczej zwanych nierutowalnymi nie mona uywa w Internecie. S one przeznaczone do budowy sieci lokalnych. Jeli sie publiczna korzysta z adresów niepublicznych, a hosty maj mie dostp do sieci globalnej Internet, musi zosta zastosowane maskowanie adresów niepublicznych inaczej te zwane NATowaniem. Z klas A, B, C wydzielono odpowiednio pule adresowe i przeznaczono je na adresy niepubliczne: A B C /10

4 PODSIECI Jedn z metod umoliwiajc wykorzystanie jednego adresu sieci dla wielu sieci fizycznych jest adresowanie z uwzgldnieniem podsieci (ang. subnet addressing). Najłatwiej bdzie zrozumie adresowanie podsieci, gdy wyobramy sobie, e orodek ma jeden adres IP sieci klasy B (np ), ale 3 sieci fizyczne. Wszystkie routery w tej intersieci z wyjtkiem routera M, działaj tak jakby cało była jedn sieci fizyczn. Natomiast pakiety docierajce do routera M musz zosta przekazane do właciwej sieci fizycznej. Aby ułatwi operacj wyboru odpowiedniej sieci fizycznej przyjmujemy, e trzeci oktet adresu słuy do rozróniania sieci. Administrator sieci przydziela komputerom jednej sieci fizycznej adresy postaci Y, drugiej Y, a trzeciej Y, gdzie Y oznacza liczb słuc do identyfikacji konkretnego komputera. Router M wybiera właciw sie, sprawdzajc trzeci oktet adresu odbiorcy. W adresowaniu z uwzgldnieniem podsieci zamiast podziału 32-bitowego adresu IP na cz identyfikujc sie i cz identyfikujc komputer, adres dzielimy na cz okrelajc sie i cz lokaln. Interpretacja czci identyfikujcej sie pozostaje taka sama, jak w przypadku sieci nie uywajcych podziału na podsieci, natomiast cz lokaln dzielimy na numer podsieci i numer komputera. MASKI PODSIECI Maska podsieci mówi nam ile bitów z identyfikatora hosta zostało wydzielonych do dodatkowej identyfikacji sieci. Istniej standardowe maski dla kadej z klas adresowych. MASKI DOMYLNE KLASA ADRESU Przykład dla klasy B: BITY UYTE DLA MASKI PODSIECI NOTACJA DZIESITNA Z KROPKAMI A B C Adres IP Maska podsieci Adres sieci Adres hosta y.z w.x Wybór schematu adresowania podsieci jest równoznaczny z wyborem podziału lokalnej czci adresu IP na cz identyfikujc podsie i cz identyfikujc komputer. Standard okrela, e wykorzystujc podział na podsieci trzeba okreli 32-bitow mask podsieci dla kadej sieci. Bity równe 1 w masce podsieci odpowiadaj bitom adresu IP uywanym jako cz adresu sieci, a bity równe 0 - bitom tworzcym identyfikator komputera. Nastpujca 32-bitowa maska: oznacza, e pierwsze trzy oktety identyfikuj sie, a czwarty oktet identyfikuje komputer w tej sieci. Podawanie masek podsieci w postaci binarnej jest niewygodne i moe łatwo prowadzi do błdów. Z tych powodów wikszo oprogramowania umoliwia podawanie ich w innej postaci. Popularnym sposobem zapisywania masek podsieci jest zapis dziesitny z kropkami. I tak maska postaci: jest zapisywana jako /18. 4/10

5 ADRESOWANIE BEZKLASOWE Due odstpy midzy klasami adresów marnuj znaczn liczb potencjalnych adresów. Rozwamy dla przykładu rednich rozmiarów przedsibiorstwo, które potrzebuje 300 adresów IP. Adres klasy C (254 adresy) jest niewystarczajcy. Wykorzystanie dwóch adresów klasy C dostarczy wicej adresów ni potrzeba, ale w wyniku tego w ramach przedsibiorstwa powstan dwie odrbne domeny. Z kolei zastosowanie adresu klasy B zapewni potrzebne adresy w ramach jednej domeny, ale zmarnuje si w ten sposób = adresy. Na szczcie nie stanowi to ju dłuej problemu. Został opracowany nowy, midzydomenowy protokół trasujcy, znany jako bezklasowe trasowanie midzydomenowe (ang. CIDR - Classless Interdornain Routing), umoliwiajcy wielu mniejszym klasom adresowym działanie w ramach jednej domeny trasowania. Adresowanie IP wymaga, by kady komputer miał własny, unikalny adres. Maski podsieci mog kompensowa ogromne odstpy midzy klasami adresowymi, dostosowujc długo adresów hosta i/lub sieci. Za pomoc tych dwóch adresów mona trasowa dowolny datagram IP do miejsca przeznaczenia. Ze wzgldu na zapotrzebowanie na adresy IP, maska podsieci moe by definiowana w sposób bezklasowy, umoliwiajc w ten sposób dopasowanie do konkretnych potrzeb. Przykład dla klasy C: MASKA (dziesitnie) MASKA (binarnie) Ilo podsieci Ilo komputerów w podsieci Host jest zatem okrelany przez adres IP i mask podsieci. Jeli stacja sieciowa otrzymała zlecenie wysyłania porcji informacji do innej stacji o okrelonym adresie, pierwsz czynnoci jak wykonuje, jest sprawdzenie, czy adres docelowy znajduje si w jej sieci. ADRES SIECI Aby okreli adres nazywany numerem sieci, naley wykona funkcj AND pomidzy adresem komputera (hosta, dla którego okrelamy sie), a jego mask sieci. AND Kombinacja bitów Warto 1 AND AND AND AND 1 0 Przykład 1: Adres IP Maska sieci Adres sieci /10

6 Mask podsieci moemy wykorzysta równie do ustalenia czy hosty znajduj si w tej samej podsieci. Przykład 2: Zakładamy, ze dysponujemy dwoma maszynami o adresach odpowiednio M1: i M2: , maska podsieci MS jest ustawiona na Wida, e s to adresy klasy C i w dodatku niepubliczne. WY jest wynikiem operacji AND (mnoenia logicznego). Przeliczamy adresy i mask podsieci z systemu dziesitnego na dwójkowy. M AND MS WY M AND MS WY Jeeli wyniki obu operacji AND s identyczne oznacza to, e oba hosty M1 i M2 s w tej samej podsieci o masce ADRES ROZGŁOSZENIOWY (BROADCAST) Adres rozgłoszeniowy jest specjalnym adresem IP. Wszystkie komputery w sieci nasłuchuj pakietów kierowanych na ten adres. Jeeli chcemy wysła pakiet adresowany do wszystkich komputerów w danej sieci, korzystamy włanie z adresu rozgłoszeniowego. S to informacje dotyczce np. routingu. W niektórych przypadkach jako adresu rozgłoszeniowego uywa si adresu sieci. Aby prawidłowo utworzy adres Broadcast, naley do zanegowanego adresu maski sieci doda binarnie numer sieci (suma logiczna OR). OR Kombinacja bitów Warto 1 OR OR OR OR 1 1 NOT Warto Negacja /10

7 Przykład Adres sieci Zanegowana maska sieci NOT Broadcast DZIELENIE SIECI Po co stosujemy podsieci? W celu wykorzystania adresów IP o identycznym numerze sieci w kilku rónych sieciach połczonych routerami. Pierwotnie adresowanie IP wymagało by kada sie miała unikaln cz adresujc sie. Dla przykładu: adres X jest adresem klasy C, gdzie X jest liczba z zakresu Nawet jeli w naszej sieci (w sali laboratoryjnej) mamy np. tylko 40 komputerów to bez stosowania podsieci wszystkie adresy byłyby zarezerwowane dla naszej sali i w ten sposób zmarnowalibymy =216 adresów! Dziki zastosowaniu podsieci nasza sie wykorzystuje tylko adresy z zakresu (jest ich 64: zmarnowalimy zaledwie 64-40=24 adresy) a pozostałe adresy o przedrostku s mog wykorzystane przez inne sale na uczelni. Przykład 1 Podział sieci klasy C na cztery podsieci po 64 komputery kada. Mamy przyznany adres IP klasy C: X. Adres komputera w sieci klasy C jest jednobajtowy, w zapisie binarnym jest to osiem zer lub jedynek: Poniewa chcemy mie cztery podsieci to do adresowania podsieci musimy uy dwóch bitów (na dwóch bitach mamy cztery róne liczby). Bity do adresowania podsieci zawsze ucinamy z przodu (tj. najbardziej znaczce): (2 bity na podsie + 6 bitów na komputer). Zapiszmy teraz liczb majc w postaci binarnej z przodu tyle jedynek ile mamy bitów podsieci i reszt zer: = 192. Zatem podział sieci klasy C na cztery podsieci po 64 komputery ma mask Oto adresy w poszczególnych podsieciach: Adres dwójkowy podsieci Adres dziesitny podsieci Numer podsieci Adres pocztkowy Adres kocowy Adres rogłoszeniowy Podsie Podsie Podsie Podsie Algorytm: - Jaki adres (jakiej klasy) mamy podzieli? W przykładzie: adres klasy C. - Na ile podsieci chcemy go podzieli? W przykładzie: na cztery. 7/10

8 - Ile komputerów maksymalnie moe mie podsie? W przykładzie: 64. Dlaczego? Adres klasy C X umoliwia adresowanie 256 komputerów. Zatem w kadej z czterech podsieci mamy 256/4=64 komputerów. - Ile bitów potrzeba na ustalenie adresu podsieci? Jeli chcemy mie cztery podsieci to potrzebujemy dwóch bitów. - Zapisz liczb binarna: tyle jedynek ile potrzeba na adres podsieci i reszta zera (w sumie 8 bitów dla klasy C). U nas = 192. Maska wynosi Ustal adresy komputerów w podsieciach. Przykład 2 Podział adresu klasy C X na 16 podsieci po 16 komputerów. Na szesnacie podsieci potrzebujemy 4 bity. Zatem poniewa = 240, to maska podsieci wynosi: Adresy kolejnych segmentów to: W podsieci 1: (ostatni bajt ) podsie 0 W podsieci 2: (ostatni bajt ) podsie 1 W podsieci 3: (ostatni bajt ) podsie 2 W podsieci 4: (ostatni bajt ) podsie 3 W podsieci 5: (ostatni bajt ) podsie 4 W podsieci 6: (ostatni bajt ) podsie 5 Itd. OKRELANIE DOPUSZCZALNOCI ADRESU Po podjciu decyzji o stosowaniu maski podsieci trzeba obliczy, które adresy IP s dopuszczalne, a które nie. Adresy IP s niedopuszczalne, gdy maj wszystkie bity zerowe lub wszystkie bity jedynkowe w czci hosta. Podobnie jest przy tworzeniu podsieci. Przykład 1 Rozwamy adres klasy C sieci o ID oraz masce podsieci Przekształcamy skrajn praw jedynk maski podsieci na ekwiwalent binarny. Otrzymamy w ten sposób punkt startowy. W przykładzie jest to 16. Oznacza to, e niedopuszczalne s adresy od 0-16 oraz wielokrotnoci tej liczby, czyli liczby: 16, 32, 48, 64, 80, 96, 112, 128, 144, 160, 176, 192, 208, 224, 240. Podobnie wartoci o jeden mniejsze, które reprezentuj ostatni adres podsieci s niewane, czyli s to: 15, 31, 47, 63, 79, 95, 111, 127, 143, 159, 175, 191, 207, 223, 239. Wreszcie odrzucane s te ostatnie adresy od 240 do 255. Wyliczenia te prezentuje tabela: Niewane adresy Zakres dopuszczalnych adresów /10

9 Przykład 2 Mamy adres o ID sieci: i dzielimy go na dwie podsieci za pomoc maski Binarny zapis ostatniego oktetu tej maski to , zatem skrajna prawa jedynka to liczba 64. Niedopuszczalne bd adresy od 0-64, wielokrotnoci tej liczby, czyli 64, 128, 192, liczby od nich o jeden mniejsze, czyli 63, 127 i 191, a take kocówka, od Zostaj dwie podsieci z numerami komputerów od oraz Niewane adresy Zakres dopuszczalnych adresów Przykład 3 Zastosujemy mask Jej ostatni oktet w zapisie binarnym to: , czyli skrajna prawa jedynka jest liczb 32. Niedopuszczalne bd 0-32, 32, 64, 96, 128, 160, 192, 224, oraz 31, 63, 95, 127, 160, 191, 223. Natomiast dopuszczalnymi bd adresy: 33-62; 65-94; ; ; ; Daje to 6 podsieci z 30 wzłami w kadej, czyli razem 180 komputerów w tej sieci. 9/10

10 Na podstawie: 1. Sieci komputerowe TCP/IP. Zasady, protokoły i architektura Douglas E. Comer 2. Domowe sieci komputerowe. wiczenia praktyczne Jacek Zieliski, Tomasz Rak, HELION /10