Geum.ru

Лекция Функции сетевого уровня

Вид материалаЛекция

Содержание


IP-адресация в компьютерной сети
Использование масок для IP-адресации
IP- маршрутизация
Подобный материал:

Лекция 5. Функции сетевого уровня

Функции протокола IP


Протокол IP (Internet Protocol) входит в состав стека протоколов TCP/IP и является основным протоколом сетевого уровня, использующимся в Интернет и обеспечивающим единую схему логической адресации устройств в сети и маршрутизацию данных.

Для выполнения своих функций протокол определяет свой формат пакета. Основными информационными полями заголовка пакета являются;
  • IP-адреса отправителя и получателя – предназначены для идентификации отправителя и получателя;
  • Время жизни пакета – определяет время, которое IP-пакет может находиться в сети, и предназначено для предотвращения «захламления» в сети «заблудившимися» пакетами;
  • Поля, предназначенные для фрагментации пакета (см. IP-фрагментация);
  • Поля, предназначенные для управления обработкой пакета(длина пакета и заголовка, контрольная сумма заголовка, тип обслуживания).

С точки зрения протокола IP, сеть рассматривается как логическая совокупность взаимосвязанных объектов, каждый из которых представлен уникальным IP-адресом, называемых узлами или хостами. Ключевым здесь является слово «логическая», поскольку одно и тоже физическое устройство (компьютер, маршрутизатор) может иметь несколько IP-адресов, т.е. соответствовать нескольким узлам логической сети.

IP-адресация в компьютерной сети


 Для правильной доставки данных с одного компьютера на другой необходимо знать адреса отправителя и получателя. Одной из главных и важнейших особенностей Интернет является общее адресное пространство, в котором каждый подключаемый компьютер имеет собственный уникальный адрес. Так как в компьютерах вся информация представляется в цифровом виде, то и адрес, который используют компьютеры, является цифровым.

IP-адрес – уникальный числовой адрес компьютера в сети, который имеет длину 32 бита и записывается в виде четырех частей по 8 бит каждая.

По формуле определения количества информации легко подсчитать, что общее количество различных IP-адресов составляет более 4 миллиардов: N=232 =4 294 967 296.

Поскольку двоичное представление IP-адреса для человека крайне не удобно, то на практике используется так называемая десятичная форма записи IP-адреса. В данном представлении IP-адрес записывается в виде четырех десятичных чисел, называемых октетами, разделенных точками:  W.X.Y.Z. Следовательно, каждая часть может быть числом от 0 до 255, а весь IP-адрес имеет вид 192.23.34.45 или 10.2.0.12.

Такие адреса состоят из двух частей – номер сети и номер узла.  Такая схема аналогична схеме почтовых индексов – первые три цифры кодируют регион, а остальные почтовое отделение внутри региона IP – адреса первых трех классов предназначены для адресации отдельных узлов и отдельных сетей… 

Существует 5 классов IP – адресов – A, B, C, D, E. Принадлежность IP – адреса к тому или иному классу, определяется значением первого октета. Адреса разных классов отличаются разрядностью их номеров, что определяет возможный их диапазон значений. Адреса D используются для адресации групп компьютеров, а диапазон адресов E зарезервирован и в настоящее время не используется.



7 бит
24 бита

Класс А
0
Идентификатор сети
Идентификатор хоста











14 бит

16 бит

Класс B
1
0
Идентификатор сети
Идентификатор хоста














21 бит

8 бит

Класс C
1
1
0
Идентификатор сети
Идентификатор хоста

















28 бит

Класс D
1
1
1
0
Идентификатор группы




















27 бит

Класс E
1
1
1
1
0
Зарезервировано для использования




Класс
Диапазон

A
0.0.0.0 - 127.255.255.255

B
128.0.0.0 - 191.255.255.255

C
192.0.0.0 - 223.255.255.255

D
224.0.0.0 - 239.255.255.255

E
240.0.0.0 - 247.255.255.255


В таблице отражены основные характеристики IP – адресов классов A,B,C.


Характеристика
A
B
C

Номер сети
W
W.X
W.X.Y

Номер узла
X.Y.Z
Y.Z
Z

Адрес сети

W.0.0.0
W.X.0.0
W.X.Y.0

широковещательный адрес
W.255.255.255
W.X.255.255
W.X.Y.255

При использовании широковещательного адреса, информация передается всем компьютерам данной сети.

Наряду с традиционной десятичной формой записи IP – адресов, может использоваться и двоичная форма, отражающая непосредственно способ представления адреса в памяти компьютера.

Например, в адресе 190.167.34.2 первые 24 бита могут быть адресом сети, а последние 8 - адресом хоста. Тогда наш адрес будет выглядеть как 10111110101001110010001000000010, где красным цветом выделена часть адреса, адресующая хост внутри локальной сети.

Использование масок для IP-адресации


Для того, чтобы быстро вычислять по IP-адресу адрес сети или хоста, используется понятие маски подсети (subnet mask). Это двоичное число, в котором все биты адреса сетевой части адреса равны 1, а все остальные биты равны нулю.
В нашем случае для адреса
10111110101001110010001000000010
получим маску подсети
11111111111111111111111100000000.
Маску подсети принято записывать в том же десятичном формате, что и IP-адрес. Для этого нужно каждый байт маски перевести в десятичное число и записать полученные десятичные числа через точки.
В нашем случае
111111112=255
111111112=255
111111112=255
000000002=0
Ответ:
255.255.255.0 - маска подсети.
Маску подсети в настоящее время все чаще называют маской сети, что точней отображает ее смысл.

IP- маршрутизация


Маршрутизация (routing) процесс выбора пути для передачи пакета в сети. Под путем (маршрутом) понимается последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет по пути к узлу-назначению.

Маршрутизатор – это специальное устройство, предназначенное для объединения сетей и обеспечивающее определение пути прохождения пакетов в составной сети. Маршрутизатор должен иметь несколько IP-адресов с номерами сетей, соответствующими номерам объединяемых сетей. В качестве маршрутизатора может быть использован компьютер.

Если ваш компьютер, имеющий IP адрес 192.169.204.12 и маску подсети 255.255.192.0 должен отправить информацию компьютеру с адресом 192.169.198.15, то, прежде всего ваш компьютер проверит, находится ли получатель информации в той же сети.
Для этого двоичное представление адреса получателя он побитово умножит на двоичное представление маски подсети, то в результате получится адрес сети:

11000000101010001100011000001100 (адрес компьютера - получателя)
*
11111111111111111100000000000000 (текущая маска подсети)
----------------------------------------------------------
11000000101010001100000000000000 (адрес сети получателя)

Аналогичную процедуру компьютер проделает со своим адресом для того, чтобы узнать адрес своей собственной сети:
11000000101010011100110000001100 (адрес компьютера - отправителя)
*
11111111111111111100000000000000 (текущая маска подсети)
----------------------------------------------------------
11000000101010011100000000000000 (адрес своей собственной сети)
Адрес сети получателя совпадает с адресом собственной сети. Следовательно, получатель находится в локальной сети, и информация может быть послана напрямую. Если бы совпадения не произошло, то информация была бы отправлена маршрутизатору (с адресом, например,192.168.192.2) с указанием адреса получателя 192.169.204.15, а он переслал бы ее в другую сеть. Этот процесс продолжался бы до тех пор, пока информация не дошла бы до получателя.

Выбор пути на маршрутизаторе осуществляется на основе информации, представленной в таблице маршрутизации. Таблица маршрутизации – это пециальная таблица, сопоставляющая IP-адресам сетей адреса следующих маршрутизаторов, на которые следует отправлять пакеты с целью их доставки в эти сети. Обязательной записью в таблице маршрутизации является маршрут по умолчанию, содержащий информацию о том, как направлять пакеты в сети, адреса которых не присутствуют в таблице, поэтому нет необходимости описывать в таблице маршруты для всех сетей.

IP-фрагментация


Иногда на маршрутизаторе может потребоваться разделение IP-пакетов на более мелкие пакеты. Для того, чтобы данные могли быть правильно собраны получателем, в заголовки новых IP-пакетов помещается числовой идентификатор, позволяющий однозначно определить, что эти пакеты являются фрагментами одного большого пакета.