Text
                    3
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тихоокеанский государственный университет»
Адресация в
IP
-
сетях
Методические указания к практическому занятию по дисциплине
«
Сети ЭВМ и телекоммуникации» для студентов всех форм обучения
по направлению 522800 «Информатика и вычислительная техника» и
подготовке дипломированных специалистов
:
Специальность 230101.65
«Вычислительные машины, комплексы, системы и с
е
ти»
Специальность
230105.65
«Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных
си
с
тем»
Хабаровск
Издательство ТОГУ
2007


4 УДК 681.3 Адресация в IP - сетях: Методические указания к практическому зан я- тию по дисциплине «Сети ЭВМ и телекоммуника ции» для студентов всех форм обуч е ния по направлениям «Информатика и вычислительная техника»: 65460 – подготовка дипломированных специалистов; 522800 – подготовка б а калавров / сост. Шоберг А.Г.. – Х а баровск: Изд - во Тихо - океан. гос. ун - та, 2007. – 16 с. Рассматривается р ешение задачи формирования внутреннего адресного пространства сети предприятия на основе маскирования. Рассматриваются в о- просы использования логических адресов ( ip - адресов). Производятся расчеты адр е сов подсетей, количества компьютеров в н их, широковещательные адреса и др. согласно принятым методикам. Расчеты производятся в двоичном и двои ч- но - десятичном представлении ip - адресов. Методические указания составлены на кафедре «Вычислительная те х- ника» и разработаны в соответст вии с программой дисциплины и требов а- ния ми государственных образовательных стандартов высшего професси о- нального образования. Печатается в соответствием с решение кафедры «Вычислительная техн и- ка» и учебно - методической комиссии 220100 «Вычислительны машины, ко м- плексы, сис темы и сети». Главный редактор Л. А. Суевалова Редактор Т. А. Шейкина Компьютерная верстка Л. В. Зелев Подписано в печать. Формат 60х84 1/16. Бумага писчая. Печать цифровая. Гарнитура «Таймс». Усл. печ. л. 0,93. Тираж экз. Заказ Издательство Тихоокеан ского государственного университета. 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136. Отдел оперативной полиграфии издательства Тихоокеанского государственного университета. 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136. © Тихоокеанский государственный университет, 2007 
5 1. Адресация в сетях TCP/IP К аждый компьютер в сетях TCP/IP имеет адреса трех уровней: символ ь- ный (DNS - имя) , сетевой (IP - адрес) и физич е ский (MAC - адрес) . Символьный адрес, или DNS - имя, например, WWW . KHSTU . RU . Этот а д- рес назначается админ истратором и состоит из нескольких частей, например, им е ни машины, имени организации, имени домена. Такой адрес используется на прикладном уровне, например, в прот о колах HTTP , FTP или др . Сетевой, или IP - адрес, состоящий из 4 байт, например, 1 30 . 67 . 102 . 1 0 . Этот адрес используется на сетевом уровне. Он назначается администрат о ром во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP - адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран а д- министратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Network Information Center, NIC), если сеть должна р а- ботать как составная часть Internet. Обычно провайдеры услуг Internet получ а- ют диапазоны адресов у подразделений NIC, а затем распределяют и х между своими абонентами. Номер узла в протоколе IP назначается независимо от л о- кального адреса узла. Деление IP - адреса на поле номера сети и номера узла - гибкое, и гр а ница между этими полями может устанавливаться произвольно. Узел может входить в нескол ько IP - сетей. В этом случае узел должен иметь н е- сколько IP - адресов, по числу сетевых связей. IP - адрес характеризует не отдел ь- ный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соедин е ние. Физический, или локальный адрес узла, определяемый технологией, с помо щью которой построена сеть, в которую входит узел. Для узлов, входящих в локальные сети - это МАС – адрес сетевого адаптера или порта маршрутизат о- ра, например, 13 - BC - 19 - 3 A - 63 - 0 3 . Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адре сами, так как управляются центр а- лизовано. Для всех существующих технологий локальных с е тей МАС – адрес имеет формат 6 байтов: старшие 3 байта - идентификатор фирмы производит е- ля, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производит е- лем. 2. Адреса ция в IP сетях При изучении стека протоколов TCP/IP важнейшим элементом является IP - адресация. IP - адрес представляет собой числовой идентификатор, присва и- ваемый каждому компьютеру сети IP . Такие адреса должны быть уникал ь ными, т.е. у различных компьютеров не должно быть одинак о вых адресов. IP - адрес 
6 является програм мным, а не аппаратным . Он может быть изменен при необх о- димости. IP - адреса позволяют ре а лизовать взаимодействие между объектами различных с е тей. 3. Хосты и маршрутизаторы Хостами называются узлы IP - сети, не являющиеся маршрутизаторами. Обычно хост имеет один IP - интерфейс (н а пример, связанный с сетевой картой Ethernet или с модемом), хотя может иметь и несколько. В большинстве случаев хосты это компь ю теры. Маршрутизаторы – коммуникационное оборудован ие. Исх о дя из этого, должны иметь как минимум 2 IP - интерфейса (для приема из одной сети и п е- редачи в другую). 4. Пл оская и иерархическая адресация В настоящее время наиболее широко используется протокол IP версии 4 (записывается IPv 4). Этот протокол испол ьзует 32 - битовый адрес. Ч исло во з- можных адресов составляет значение 2 32 или 4.2 миллиарда адресов. Схема адр е- сации в таком случае является плоской , т.е. неиерархич е ской. При данной схеме затруднен поиск пути к требуемому ко м пьютеру. Иерархическая адресация более удобна. Адрес делится на части , что п о- зволяет значительно быстрее найти ма р шрут к адресату. Удобство иерархической адресации можно пояснить на простом примере. Найти человека г о раздо проще по адресу – Страна, город, улица, дом, чем по идентификацион ному н о меру. 5. Запись IP адресов Для упрощения записи IP адреса используется деся тично – точечная н о- тация, в соответствии с которой адрес делится на четыре части по 8 бит. Ка ж- дый 8 - битовый двоичный номер представляется в десятичном формате одним чи с лом от 0 до 255. Например, двоичный адрес 110000001 00011001 00000010 00000011 в десятичной точечной форме будет представлен как 193.25.2.3. С о- ответственно адрес 128.257.3.3 не сущ е ствует. 6. Двухуровневая иерархия адресов Двухуровневая иерархия состоит из номера (адр еса) сети и номера (адр е- са) компьютера (хоста). Разделение сетевого адреса на 2 части позволяет маг и- стральным маршрутизаторам значительно сократить размер своих таб лиц, фо р- 
7 мируя их на основании только сетевой части адреса назнач е ния. Величина номера сети и номера хоста в двоичных ра з рядах неодинакова. Для удовлетворения потребностей адр е сации сетей различного масштаба были введены несколько классов сетей, отличающиеся размером полей, отводимых для указания номера сети и номера хоста. При этом, размер поля п олного адр е- са всегда равен 32 битам. Структура адресов сетей разных классов привед е на на Р ис 1 . Кроме того, существуют еще два класса адресов D и E . У класса D три старших разряда единицы, а четвертый ноль. Он используется для реализации так наз ы- ваемого широковещания (broadcast) . У класса E четыре старших разряда един и- цы, а пятый ноль. Класс Е зарезервирован для исследовательских целей. Эти два класса и с пользуются нечасто, поэтому далее будут упоминаться лишь по необходим о сти. Адрес сети однознач но определяет сеть. В IP - адресах всех машин, по д- клю ченных к одной сети, указыв а ется один и тот же адрес сети. Адрес хоста присваивается каждой машине сети. В отличие от адреса с е- ти, описывающего группу устройств, адрес узла уникален и однозначно опред е- ляет конкретную машину сети. 7. Диапазоны сетевых адресов Класс А в адресе сети имеет первый бит 0 , т.е. все варианты номеров с е- тей определяются следующими значени я ми – 0ХХХХХХХ. Следовательно диапазон адресов класса А следующий: 00000000 2 = 0 10 01111111 2 = 127 1 0 . Исходя из выше сказанного, в сего может быть 128 сетей класса А ( Примеч а ние: Точное число сетей этого класса рассчитывается с учетом удаления из диап а- зона особых а д ресов. См. раздел «Особые адреса» ). Класс В содержит в старших двух битах 10 2 . Диапазон а дресов по ста р- Рис. 1 . Классификация IP адр е сов Класс А Класс C Адрес хоста Адрес хоста 1 1 0 0 0 8 16 31 Адрес сети Адрес хоста 1 0 Адрес сети Адрес сети Класс B 24 Адрес сети Адрес сети 
8 шему байту следующий: 10000000 2 = 128 10 10111111 2 = 191 10 . Так как для класса В в адресе сети испол ь зуются 2 байта, то номера сетей лежат в диапазоне: 10000000 00000000 2 = 128.000 10111111 11111111 2 = 191.255 . Класс С содержит в трех старших битах 110 2. Диапазон адресов по ста р- шему байту следующий: 11000000 2 = 192 10 11011111 2 = 223 10 . Для класса С в адресе сети используются 3 байта и номера сетей лежат в диап а- зоне: 11000000 00000000 00000000 2 = 192.000.000 11011111 11111111 11111111 2 = 223.2 55.255 . Адреса классов D и E по старшему байту находятся в диапазоне 224 – 255. Исходя из выше сказанного, класс А содержит мало сетей, но с большим количеством компьютеров . Под номер компьютера отводится 3 байта. Всего компьютеров может быть 2 24 - 2=16 777 214 ( Примечание: Почему удаляются 2 номера из общего количества см. раздел «Особые адреса» ) . Таким образом, с е- ти класса А – это большие сети. Класс В – средние сети. Количество компьютеров в каждой из них 2 16 - 2=65 534. Класс С – малые сети. Количество ко мпьютеров в ка ж дой из них 2 8 - 2=254. 8. Разрядность адреса сети Чтобы упростить восприятие адреса сети используют следующий способ записи. После IP - адреса после косой черты записывают длину адреса сети в б и- тах. Для класса А – 8. Для класса В – 16. Для класса С – 24. Пример: 130.1.1.17/16. 9. Особые адреса Существуют IP - адреса , зарезервированные для специальных целей , и их не следует использовать в своих сетях для общих целей. В таблице 1 перечисл е- 
9 ны некоторые специальные адреса и причины их попадания в список ис ключ е- ний. Таблица 1 Адреса Функция Примечание Сетевой адрес из всех нулей 0.Х.Х.Х – класс А 0.0.Х.Х – класс В 0.0.0.Х – класс С Эта сеть или этот се г- мент Означает, что данные будут адресованы ко м- пьютеру в этой же сети без указания точного её номера . Сете вой адрес из всех единиц Все сети Данные должны быть отправлены во все сети. Адрес хоста из всех н у- лей Этот хост Этот хост Адрес хоста из всех н у- лей Все хосты данной сети Используется для шир о- ковещания ( broadcast ). Да н ные будут переданы всем компьютерам да н- ной сети. Весь IP - адрес из нулей (0.0.0.0) Выбор адреса пр и нятого по умолч а нию Может использ о ваться в маршрут и заторах Весь IP - адрес из единиц (255.255.255.255) Широковещательная п е- редача всем компьют е- рам данной сети Используется для пер е- дачи данных в сем ко м- пьютерам данной сети Особая сеть 127.Х.Х.Х Кольцевое тестир о вание ( Loopback) Данные будут пер е даны самому себе без генер а- ции с е тевого трафика. Используется для тест и- рования сетевых прил о- жений ( при разработке, отладке и т.п.). Напр и- мер, 127.0.0.1 10. Допустимые значения адресов хостов С учетом вышесказанного, не следует назначать IP - адрес интерфейсу , с о- стоящий из всех нулей или единиц. Рассмотрим пример для сети класса С. Допустим сетевой адрес будет 
10 195.208.228. Следовательно, допустимые значения мож но выбирать из диап а- зона: 195.208.228.1 – 195.208.228.254. 11. Трехуровневая иерархия адресов Практика последнего времени показала, что при дву х уровневой иерархии адреса используются очень неэффективно. Например, достаточно крупная ко м- пания, имеющая 5000 ком пьютеров подключенных к сети, получает один адрес сети класса В. При этом более шестидесяти тысяч номеров хостов не будут и с- пользоваться. Точное значение 65534 – 5000 = 60534. Таким образом , неэффективное использование адресов совместно с быс т- рым ростом к оличества сетей , особенно малого и среднего размера , выяв и ли недостатки д вухуровневой классовой модели. Было предложено ввести понятие подсеть и появился д о полнительный уровень иерархии адресов – сеть, подсеть, хост. 12. Выделение подсетей Выделение подсетей – означает разделение одной большой сети на несколько м а- леньких. Такое деление делает систему более эффе к тивной за счет следующих факторов: 1. Повышения производительности сети . Оптимизация существу ю щего трафика происходит из - за того, что часть данных, предна значенная для компьютеров, пр и- надлежащих той же подсети, не выходит за её пределы. 2. Повышения управляемости. Устранение неисправностей легче реализовать в н е- большой сети. Кроме того , неисправность в одной сети может значительно меньше влиять на функцион и ров ание других сетей. 13. Маска подсети IP - адрес имеет фиксированное число разрядов. Таким образом, формировать адрес подсети можно лишь за счет отбора разр я дов у адреса хоста. В различных случаях число этих разрядов также индивидуально. Решить данную проблему по зволяет маска подсети. Маска подсети – это 32 - разрядное двоичное число позволяющее отд е- лить адрес сети с подсетью от адреса хоста. Маска подсети создается одна для всех подсетей данной сети и записывается на каждом компьютере , принадл е- жащем этой сети . Еди ницы в маске подсети отмечают разряды отн о сящиеся к адресу сети и подсети, а нули отмечают разряды относящиеся к адресу хоста. 14. Маски подсетей по умолчанию Подсети требуются не всегда. В таком случае использ у ются маски по 
11 умолчанию. В таблице 2. представле ны маски для классов А, В и С. Таблица 2 Класс Формат Маска А Сеть.Узел.Узел.Узел 255.0.0.0 В Сеть.Сеть.Узел.Узел 255.255.0.0 С Сеть.Сеть.Сеть.Узел 255.255.255.0 Программное обеспечение проверяет ввод маски. Поэтому недопустимы следующие маски: 1) 192.0 .0.0 для класса А; 2) 255.0.0.0 для класса В и т.п. Кроме того недопустима маска 255.255.255.255, так как это широковещател ь- ный адрес. 15. Назначение маски подсети В данном разделе рассматривается присвоение маски подсети конкретной сети. Биты подсети уста навлив аются в единичное состояние слева направо без про пусков ра з рядов. В двоичном виде это выглядит следующим образом: 00000000 2 = 0 10 1000000 0 2 = 128 10 1100000 0 2 = 192 10 1110000 0 2 = 224 10 1111000 0 2 = 240 10 1111100 0 2 = 248 10 1111110 0 2 = 252 10 1 1111110 2 = 2 54 10 11111111 2 = 255 10 . Установив маску подсети, следует определить количество подсетей, хо с- тов и широковещательные адреса. Для этого следует ответить на несколь ко в о- просов: 1) Сколько подсетей формируется с помощью данной ма с ки? 2) Сколько хостов будет в каж дой подсети? 3) Каковы правильные адреса подсетей? 4) Каковы правильные адреса хостов в каждой подсети? 5) Каковы широковещательные адреса в подсетях? 
12 16. Пример анализа выделения подсетей в классе С Допустим , организации выделена сеть 195.208.228 .Х. А д рес начинаетс я со 195 и занимает 3 байта. Под хосты выделен 1 байт. Это сеть класса С. Маска по д- сети 255.255.255.240. Отвечаем на поставленные вопросы. 1) 240 в двоичном виде равно 11110000. 4 старших разряда занимают един и- цы. 2 4 - 2=14. Следовательно, может быть адр е сован о 14 подсетей. 2) Под адреса хостов остаются 4 младших разряда после д него байта. 2 4 - 2=14. Следовательно, каждая подсеть может иметь по 14 хостов. 3) Определим адреса подсетей. 256 - 240=16 =00010000 2 . 16+16=32 =00100000 2 . 32+16=48 =00110000 2 . 48+16=64 =01000000 2 . 64+16=80 =01010000 2 . 80+16=96 =01100000 2 . 96+16=112 =01110000 2 . 112+16=128 =10000000 2 . 128+16=144 =10010000 2 . 144+16=160 =10100000 2 . 160+16=176 =10110000 2 . 176+16=192 =11000000 2 . 192+16=208 =11010000 2 . 208+16=224 =11100000 2 . Это адреса подсетей. Следующи й адрес должен быть 224+16=240, но 240 совпадает с маской, следовательно , адресом быть не может. Таким образом, а д- реса подсетей следующие: 195.208.228 .16, 195.208.228 .32 и далее до а д реса 195.208.228 .224. 4) Определим адреса хостов. Выберем первую подсеть с номером 16. Сл е- дующая подсеть 32. Допустимые адреса хостов находятся в диапазоне 16+1 до 32 - 2. 16+1=17= 00010001 2. 16+2=18= 00010010 2. ……… 16+14=30= 0001 11 10 2. Следовательно , диапазон адресов хостов в первой подсети с номером 16 таков: от 
13 195.208.228.17 до 195.208.228.30. Для остальных подсетей диапазоны адресов представлены в табл и це 3. 5) Определим широковещательный адрес для первой подсети. 00011111 2 =3 1 10. Полный широковещательный адрес 195.208.228.31. Для остал ь- ных подсетей широковещательные адреса предста влены в та б лице 3. Таблица 3 17. Пример анализа выделения подсетей в классе В Предположим нам следует выделить 2 подсети из имеющейся в нашем ра с- поряжении сети с номером 151.15.0.0. Так как 2 чис ла использоваться не будут, всего должно быть досту п но 4 варианта. Такое количество кодируется 2 битами в старших разрядах третьего байта ( 11000000 2 =192 10 ). Следовательно, маска подс е- ти будет 255.255.192.0. Далее проведем анализ, как и в анализе выделения подс е- тей в классе С. 1) Выделено 2 подсети (2 2 - 2=2). 2) Под адреса хостов выделено 16 - 2=14 битов. Всего может быть 2 14 - 2=16382 хоста в каждой из подсетей. 3) Определяем адреса подсетей. 256 - 192=64. 64+64=128. 4) и 5) пункты оформим в виде таблицы 4. Таблица 4 Номер подс е ти 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Адрес подс е ти 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 Первый хост 17 33 49 65 81 97 113 129 145 161 177 193 209 225 Последний хост 30 46 62 78 94 110 126 142 158 174 190 206 222 238 Широковещательный адрес 31 47 63 79 95 111 127 143 159 175 191 207 223 239 Номе р подс е ти 1 2 Адрес подс е ти 151.15.64.0 151.15.128.0 Первый хост 151.15.64.1 151.15.128.1 Последний хост 151.15.127.254 151.15.191.254 Широковещательный адрес 151.15.127.255 151.15.191.255 
14 18. Пример анализа выделения подсетей в классе А Предположим, из вестны следующие сведения о выд е лении подсетей. Данные представлены в таблице 5. Таблица 5 Какова маска подсети? Маска подсети будет 255.255.0.0. В каждой подсети будет по 2 16 - 2= 65534 хоста. Зная длину последовательности единиц в маске л ю- бой из представленных IP - адресов хостов можно представить в сокращенном в и- де . Например, 10.1.0.1/16. 19. З адания для выполнения Н иже представлены задания для решения. Конкретные значения м о- гут быть выданы ведущим преподавателем. 1. K какому классу принадлежат IP адреса: a) 81.252.16.3 b) 193.225.9.4 c) 131.225.9.120 Напишите адреса с етей, которым принадлежат эти IP адреса. 2. Для IP адреса 13.13.15.6/24 найти адрес сети, broadcast адрес. Сколько ма к- симально компьютеров может быть в такой сети? 3. Сколько компьютеров может быть в сети /28 ? Как записывается эта ма с ка в десятичной нота ции? 4. Для IP адреса 81.35.13.44/27 найти адрес сети, broadcast адрес. Сколько ма к- симально компьютеров может быть в такой сети? 5. В одной или в разных сетях находятся следующие пары компьютер: а) 178.15.3.15 и 178.15.4.234 – классовая адресация с е тей; Номер подс е ти Первая Последняя Адрес подс е ти 10.1.0.0 10.254.0.0 Первый хост 10.1.0.1 10.254.0.1 Последний хост 10.1.255.254 10.254.255.254 Широковещательный ад рес 10.1.255.255 10.254.255.255 
15 b) 113.11.64.5/16 и 113.13.64.6/16 – бесклассовая адрес а ция сетей; c) 89.14.13.7/24 и 89.14.13.234/24 – бесклассовая адрес а ция сетей; d) 115.16.8.11/21 и 115.16.13.12/21 – бесклассовая адр е сация сетей. 6. Вам выдали IP адреса из сети 81.16.3.32/27 . Сколь ко IP адресов в Вашем ра с- поряжении? Предположим, что необходимо построить 3 локальных сети с и с- пользованием отведенного Вам диапазона IP адресов: в первой сети 10 компь ю- теров, во второй 4, в третьей 2 компьютера. Выберите адреса с е тей и присвойте IP адреса компьютерамя в этих сетях. В ы пишите IP адреса и маски всех 16 компьютеров Вашей организации, покажите в каких сетях они ра с положены. 7. Маска сети используется для определения к какой подс е ти принадлежит ip адрес. Обычно ip адрес интерфейса маршрутизатор а является первым ip адр е- сом в подсети. Организация имеет сеть 20 1.101 .0.0 . Необходимо разд е лить ее на 3 подсети. Сколько бит необходимо занять из а д реса хоста, чтобы выполнить данное условие? Выполнить следующие зад а ния:  Напишите маску подсети.  Напишите а дреса трех подсетей, не используя первую и последнюю по д- сети.  Используя рисунок, напишите адрес интерфейса А.  Используя рисунок, напишите адрес интерфейса B.  Используя рисунок, напишите адрес интерфейса C.  Напишите адрес для хоста X подсети А.  Напишите адр ес для хоста Z под сети С. 
16 Рис. 2 . 8. Дана сеть 205. 0. 0. 0. Необходимо ее разбить следующим обр а зом:  4 подсети, в каждой из которых можно использ о вать по 2 IP - адреса;  5 подсетей, в каждой должно использоваться как мин и мум 5 а дресов;  6 подсетей, в каждой из которых должно использ о ваться 14 адресов; 3 подсети, в каждой должно использоваться 25 а д ресов. Заполните таблицу таким образом, чтобы подсети не перес е кались. Первая и последние подсети не использую т ся. Таблица 6 № Адрес с е ти Маска подс е ти Адрес подс е ти Диапазон во з можных ip - адресов 1. … …… …… …… …… N . Маршрутизатор Коммутатор 1 Коммутатор 2 Коммутатор 3 Хост А Хост D Хост F IP - адрес интерфейс а А ____________________ Адрес подсети ЛВС № 3 ____________________ IP - адрес Хоста D ____________________ 
17 19. Контрольные вопросы 1. Функции протокола IP. 2. Какие существуют виды адресации в IP - сетях? 3. Какой протокол необходим для определения локального а д реса по IP - адресу? 4. Какой протокол необходим для определения IP - адреса по локальному адр е- су? 5. Какой протокол используется для управления сообщениями Интерн е та? Список литературы 1. Олифер В.Г., Олифер Д.А. Компьютерные сети: принципы и технологии. СПб:Питер. , 1999 г., 544 с. 2. Столингс В. Компьютерные системы передачи данных. ИД «Вильямс», 2002 г., 920 с. 3. Куроуз Д.Ф., Росс К.В. Компьютерные сети, СПб: Питер, 2004 г., 764 с. 4. Столингс В. Компьютерные сети, протоколы и технологии Интернета. СПб: БХВ - Петербург, 2 005 г., 817 с.