Adresy IPv4 Marek Kozłowski Wydział Matematyki i Nauk Informacyjnych Politechnika Warszawska Warszawa 2014/2015
Typy adresów IP W adresacji IP w wersji 4. (IPv4) występują trzy rodzaje adresów: unicast to adres związany z konkretnym interface m sieciowym. Niektóre implementacje stosu TCP/IP dopuszczają stworzenie kilku interface ów logicznych dla jednego interface u fizycznego i stworzenie dwóch lub więcej sieci TCP/IP na jednym segmencie fizycznym, broadcast to adres wszystkich stacji dołączonych do danej sieci, multicast to identyfikator grupy hostów należących do tej samej grupy multicastowej. Zazwyczaj hosty należące do danej grupy multicastowej to hosty świadczące tę samą, określoną usługę sieciową. W IPv6 występują także adresy anycastowe. Anycasty podobnie jak multicasty i broadcasty wskazują grupę hostów, lecz pakiet dostarczany jest tylko do jednego najbliższego (najlepszego) w danej chwili hosta.
Topologia logiczna vs topologia fizyczna
Jeszcze o adresach MAC... Ethernetowy adres MAC dla multicastu składa się z 1 bitu wskazującego multicast, 23 bitów identyfikujących organizację i 24-bitowego identyfikatora grupy przypisanego przez tę organizację. Bit multicastu jest skrajnie prawym bitem pierwszego oktetu. Np. identyfikator OUI dla IEEE 802.1 to 00-80-C2, zaś pakiety BPDU (IEEE 802.1d) adresowane są do 01-80-C2-00-00-00. Zapamiętaj: definiując programowo adres MAC dla urządzenia należy ustawić najmniej znaczący bit pierwszego oktetu równy 0. Adresom broadcastowym odpowiadają adresy MAC postaci: FF-FF-FF-FF-FF-FF.
Adres logiczny Unicastowy adres logiczny składa się z dwóch części identyfikatora sieci i identyfikatora hosta unikalnego w obrębie sieci. Adres IPv4 złożony jest z czterech oktetów. Pierwotnie, w czasach sieci ARPANET, 32-bitowy adres IP składał się z 8-bitowego numeru sieci i 24 bitów identyfikujących hosta. Wkrótce zmieniono sposób adresacji, wprowadzając klasy adresów IP. W rozwiązaniu tym wartość pierwszego bajtu stanowi, ile bajtów (1-3) określa numer sieci, a ile (3-1) hosta. Rozwiązanie to umożliwiło tworzenie sieci o różnej wielkości i zwiększyło liczbę adresowalnych sieci do ponad 2M; wiązało się z rozwojem sieci lokalnych (LAN). Standard CIDR (Classless Inter-Domain Routing, 1993) bazuje na VLSM (Variable Length Subnet Mask). Explicite określamy, ile pierwszych bitów identyfikuje sieć, a ile hosta.
Klasy adresów IP (RFC 791) Klasa A: [0... ], tj. 1-127.x.x.x. Pierwszy bajt to numer sieci, a trzy kolejne identyfikują hosta. Klasa B: [10... ], tj. 128-191.x.x.x. Pierwsze dwa bajty to numer sieci, a pozostałe dwa hosta. Klasa C: [110... ], tj. 192-223.x.x.x Numer sieci jest trzybajtowy, a hosta jednobajtowy. Klasa D: [1110... ], tj. 224-239.x.x.x. Adresy klasy D to adresy multicastowe. Klasa E: [1111... ], tj. 240-255.x.x.x. Adresy klasy E są zastrzeżone.
Adresy IP specjalnego przeznaczenia (RFC 3232) Jeśli wszystkie bity w części specyfikującej hosta są równe 0, wówczas adres IP jest numerem sieci. Oznaczenia: sieć o numerze 10.0.0.0 i sieć o numerze 10 są równoważne. Jeśli wszystkie bity porcji hosta równe są 1, wówczas adres traktowany jest jako adres broadcastowy danej sieci. Adres 255.255.255.255 to broadcast do wszystkich hostów danej sieci lokalnej (ang. limited broadcast). Sieć 127.0.0.0 to sieć tzw. loopbackowa. Odwołanie do hosta o numerze 127.x.x.x zawsze oznacza odwołanie do hosta lokalnego. Adres 127.0.0.1 skojarzony jest z nazwą localhost i pseudo-interface m lo.
Numery sieci o zmiennej długości (RFC 950) W VLSM z każdym adresem IP skojarzona jest maska. Maska to ciąg 32 bitów, z których pierwsze n bitów ma wartość 1, a kolejne 32 n bitów ma wartość 0. Maskę przedstawiamy w takiej samej notacji jak adres IP, decymalnie lub heksadecymalnie. numer sieci = (adres IP) AND (maska) numer hosta = (adres IP) AND (NOT(maska)) Przykłady: IP: 148.91.25.5 maska: 255.255.0.0 sieć: 148.91.0.0 IP: 142.91.25.5 maska: FF.FF.F8.00 sieć: 142.91.24.0 IP: 121.91.25.5 maska: 255.240.0.0 sieć: 121.80.0.0 Domyślne maski są następujące: dla adresów klasy A: FF.00.00.00 (255.0.0.0) dla adresów klasy B: FF.FF.00.00 (255.255.0.0) dla adresów klasy C: FF.FF.FF.00 (255.255.255.0)
Wyznaczanie numeru sieci - przykład IP 10 148 91 25 5 maska 16 FF FF F8 0 IP 2 10010100 01011011 00011001 00000101 maska 2 11111111 11111111 11111000 00000000 sieć 2 10010100 01011011 00011000 00000000 sieć 10 148 91 24 0
Komunikacja wewnątrz sieci Jeżeli odbiorca jest w tej samej sieci co nadawca, wówczas nadawca wysyła zapytanie broadcast ARP o jego adres MAC (o ile nie przechowuje tej wartości w cache), a otrzymawszy odpowiedź adresuje ramkę bezpośrednio do odbiorcy. Jeśli odbiorca jest w innej sieci niż nadawca, wówczas nadawca wysyła zapytanie o adres MAC routera, a następnie przekazuje pakiet do routera. Jeśli maska nadawcy ma pierwsze n bitów równych 1, to nadawca uznaje, że odbiorca przynależy do tej samej sieci wówczas, gdy pierwsze n bitów w adresach IP nadawcy i odbiorcy jest identyczne. UWAGA: Błędne skonfigurowanie maski może uniemożliwić poprawną komunikację z innymi hostami.
Komunikacja między sieciami Nagłowek IP zawiera adresy IP nadawcy i odbiorcy. Nie zawiera jednak żadnych informacji dotyczących dotychczasowej ani dalszej trasy pakietu. Jeśli host docelowy jest dołączony do tej samej sieci co router, wówczas pakiet przekazywany jest odbiorcy. W przeciwnym przypadku router odbierający pakiet decyduje na podstawie posiadanej wiedzy o topologii sieci (tzw. tablicy routingu), do którego z sąsiednych routerów przekazać pakiet.
Classless Inter-Domain Routing (RFC 4632) Standard CIDR upraszcza routing poprzez grupowanie adresów o identycznej pewnej liczbie początkowych bitów i tworzenie dla nich pojedynczych wpisów w tablicy routingu. Adres VLSM interface u, tj. adres IP i maskę można równoważnie przedstawić w formacie CIDR. Adres w zapisie CIDR składa się z adresu IP, po którym następuje slash i liczba określająca długość tzw. bloku CIDR. Dla interface u długość bloku jest równa długości maski.
CIDR a numery telefoniczne analogia +48 22 234 7 988 Polska Warszawa Politechnika MiNI Dziekanat
CIDR - przykład Organizacja IANA przyznała organizacji RIPE blok 74.0.0.0/8. RIPE delegowała Telekomunikacji Rurytańskiej S.A. blok 74.64.0.0/10. TR S.A. delegowała firmie Sokhatshev Internet Providers blok 74.65.160.0/20. Tania Sieć Osiedlowa uzyskała od SIP blok 74.65.161.0/24. Routery poza Telekomunikacją Rurytańską S.A. powinny umieć przekierować pakiet adresowany do hosta 74.65.161.63 do sieci 74.64.0.0/10. Nie muszą jednak dysponować informacjami o istnieniu sieci Sokhatshev Internet Providers, Taniej Sieci Osiedlowej ani poddelegacji bloków w TR S.A.
Numeracja podsieci Politechnika dysponowała kiedyś blokiem 148.81/16 (pula klasy B). Wskazane było zastąpienie jednej sieci o 65534 hostach pewną liczbą mniejszych sieci. Stworzono 256 podsieci (używających maski 24-bitowej) po 256 adresów każda. Np. sieć MiNI (FTiMS) uzyskała numer 148.81.80/24. Podsieci te numerowano kolejno: 148.81.128/24 148.81.64/24 148.81.192/24 148.81.32/24 148.81.160/24 Taka numeracja sprawi, że w adresach IP, blisko granicy oddzielającej porcję sieci i porcję hosta będą występować bity równe 0. Oznacza to, że późniejsze nieznaczne skrócenie (wydłużenie) maski nie pociągnie za sobą konieczności zmiany numerów IP.
Adresy prywatne (RFC 1918) Następujące bloki adresowe wyłączone są z publicznej przestrzeni adresowej: blok CIDR zakres adresów klasa 10.0.0.0/8 10.0.0.0 10.255.255.255 jedna klasa A 172.16.0.0/12 172.16.0.0 172.31.255.255 16 klas B 192.168.0.0/16 192.168.0.0 192.168.255.255 256 klas C
Zeroconf (RFC 3927) i inne zarezerwowane bloki (RFC 6890) Jeśli interface nie jest skonfigurowany statycznie ani za pośrednictwem protokołu dynamicznej konfiguracji (np. DHCP), wówczas automatycznie konfiguruje się z prefiksem 169.254/16. Dokument BCP RFC 6890 wymienia także kilka innych bloków wyłączonych z publicznej przestrzeni adresowej przez IANA. Niektóre z nich, zarezerwowane na potrzeby eksperymentów, są następnie przywracane do puli publicznej (np. 39.0.0.0/8 zarezerwowany w 1995 na potrzeby projektu Class A Subnet Experiment opisanego w RFC 1797).
Organizacje IETF (Internet Engineering Task Force, http://www.ietf.org) publikuje dokumenty RFC (Request For Comments, http://www.rfc-editor.org). Dokumenty RFC mają różny status, m.in. są to: standardy, propozycje standardów, opisy best current practice, dokumenty informacyjne. IANA (Internet Asigned Numbers Authority) zarządza m.in: adresami multicastowymi, krótkimi blokami CIDR delegowanymi dla RIR (Regional Internet Registries): RIPE (Europa, Bliski Wschód i Środkowa Azja), ARIN (Ameryka Północna), APNIC (Azja i Pacyfik), LACNIC (Ameryka Południowa), AfriNIC.