3. Протокол разрешения адреса arp
Для определения локального адреса по известному IP-адресу используется протокол разрешения адреса ARP (Address Resolution Protocol). Протокол ARP работает различным образом в зависимости от того, какой протокол канального уровня работает в данной сети – протокол локальной сети (Ethernet, FDDI) или протокол глобальной сети (X.25, framerelay), который, как правило, не поддерживающий широковещательный доступ ко всем узлам сети, как это делает протокол локальной сети.
Работа протокола ARP начинается с просмотра ARP-таблицы. В такой таблице в первом столбце записываются IP-адреса, во втором столбце записываются соответствующие им МАС-адреса, в третьем отмечается тип записи. Поле «Тип записи» может содержать одно из двух значений: «динамический» или «статический». Статические записи создаются вручную администратором а динамические - модулем протокола ARP, эти записи периодически обновляются. Если запись долгое временя не обновляется, то она удаляется из таблицы. Т.о., в ARP-таблице содержатся записи только о тех узлах сети, которые активно участвуют в сетевых операциях.
В локальных сетях протокол ARP для заполнения и обновления ARPтаблиц пользуется широковещательными возможностями локальных технологий. В глобальных сетях администратору сети чаще всего приходится вручную формировать ARP-таблицы.
Для автоматизации работы протокола ARP в глобальных сетях используются ARP-серверы. При таком подходе среди всех маршрутизаторов, подключенных к сети, выделяется специальный маршрутизатор, который ведет ARP-таблицу для всех остальных узлов и маршрутизаторов этой сети. При таком централизованном подходе для всех узлов и маршрутизаторов вручную нужно задать только IP-адрес и локальный адрес выделенного маршрутизатора. Этот маршрутизатор называют ARP-сервером.
4. IP-адреса и маски подсети
IP-адреса представляют собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передает пакеты между сетями. Адреса назначаются администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов.
Следует отметить, что IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение. И если компьютер входит сразу в несколько сетей, то он должен иметь и несколько IP-адресов, также как и маршрутизатор.
IP-адрес состоит из четырех октетов, по одному байту каждый, разделенных точкой. Например, 128.10.2.30 (в десятичной форме представления). В двоичной форме представления этот же адрес выглядит так: 10000000 00001010 00000010 00011110.
Адрес состоит из двух частей: номера узла и номера сети. IP-адреса делятся на классы, которые различаются диапазонами значений первого октета (табл. 1).
► При этом для класса А номером сети будет первый октет, а номером узла три следующих октета, например запись 124.34.4.2 означает, что номер сети 124.0.0.0, а номер узла 0.34.4.2. Такие адреса используются для сетей больших размеров.
► Для класса В номер сети – два первых октета, а два вторых – номер узла. Например, адрес 157.76.34.124 относится к классу В (см. табл.7.1), и значит номером сети будет 157.76.0.0, а номером узла – 0.0.34.124. Такие адреса используются в сетях средних размеров.
► Маленькие сети получают адреса класса С. Для них первые три октета означают номер сети, а последний октет показывает номер узла (в адресе 198. 125.67.7 номером сети является 198.125.67.0, а номером узла 0.0.0.7).
► Адрес класса D обозначает особый групповой адрес – Multicast (пакет с адресом Multicast должны получить все узлы, которым присвоен этот адрес).
► Адреса класса Е зарезервированы для будущих применений.
Таблица 7.1. Соответствие классов сетей значению первого октета IP-адреса
Класс сети | Диапазон значений первого октета | Возможное количество подсетей | Максимальное число узлов в сети |
А | 1-126 | 126 | 2 -2 (16 777 214) |
В | 128-191 | 16 382 | 2 -2 (65 534) |
С | 192-223 | 2 097 150 | 2 -2 (254) |
D | 224-239 | - | Multicast (2–28) |
Е | 240-247 | - | Зарезервирован (2–27) |
Значение первого октета 127 зарезервировано для служебных целей, в основном для тестирования сетевого оборудования.
Для широковещательной рассылки сообщений используются специальные адреса, если в IP-адресе (в двоичном виде представления) в той части, которая представляет номер узла стоят 1.
Номера сетей назначаются централизованно, если сеть является частью Internet, либо произвольно, если сеть работает без связи с Internet.
В стандартах IP-адресов определено несколько диапазонов адресов, рекомендуемых для локального использования. Эти адреса не обрабатываются маршрутизаторами Internet. Адреса, зарезервированные для локальных целей (без выхода в Internet), выбраны из разных классов:
в классе А – сеть 10.0.0.0;
в классе В – диапазон 172.16.0.0–172.31.0.0 (16 номеров сетей);
в классе С – диапазон 192.168.0.0–192.168.255.0 (255 сетей).
В соответствии с системой адресации для регистрации локальной сети необходимо запрашивать адреса класса А, В и С в соответствии с размером сети. Очень часто владельцы сетей расходуют лишь небольшую часть из имеющихся у них адресов. Нерациональное использование IP-адресов приводит к их дефициту. Уже давно наблюдается дефицит IP-адресов класса А, очень трудно получить адрес класса В.
►Снабжая каждый IP-адрес маской подсети, можно сделать более гибкой систему адресации. Маска подсети – это число, которое используется в паре с IP-адресом; двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые должны интерпретироваться как номер сети в IP-адресе, а нули в маске указывают на адрес узла.
Для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения.
Класс А – 11111111 00000000 00000000 00000000 (255.0.0.0).
Класс В – 11111111 11111111 00000000 00000000 (255.255.0.0).
Класс С – 11111111 11111111 11111111 00000000 (255.255.255.0).
Традиционная схема деления IP-адреса на номер сети и номер узла основана на понятии класса. Если адрес относится к классу В, то номером сети являются первые два октета, дополненные двумя нулевыми байтами, а номером узла – два последних октета. Использование масок позволяет более гибко устанавливать границу между номером сети и номером узла. Рассмотрим это на примере.
Допустим, администратор получил в свое распоряжение адрес класса В: 129.44.0.0 (10000001 00101100 00000000 00000000). Он может организовать сеть с большим числом узлов, номера которых он может брать из диапазона 0.0.0.1–0.0.255.254. Однако ему не нужна одна большая неструктурированная сеть; сеть должна быть разделена на четыре отдельных подсети.
Эту проблему можно решить путем использования масок. Если для данного адреса выбрать маску 255.255.192.0 (11111111 11111111 11000000 00000000), то администратор получит возможность использовать для нумерации подсетей два дополнительных бита. Это позволит ему сделать из одного номера сети четыре:
129.44.0.0 (10000001 00101100 0000000 00000000);
129.44.64.0 (10000001 00101100 0100000 00000000);
129.44.128.0 (10000001 00101100 1000000 00000000);
129.44.192.0 (10000001 00101100 1100000 00000000).
Отсюда видно, что маска позволяет более гибко устанавливать границу между номером сети и номером узла. Технологии масок позволяют разделять одну сеть на несколько подсетей.