ЛР2-6_Адресация в IP-сетях_Классы IP-адресов_Ма..


Лабораторная работа № 2-6.
Адресация в IP-сетях. Классы IP-адресов. Маска подсети
Время выполнения – 4 часа.
Цель работы: изучение системы адресации в IP-сетях, системы классов IP-адресов и использования масок.
ЗАДАЧИ РАБОТЫ
Изучить систему адресации в IP-сетях.
Научиться определять номер сети и номер узла по известному IP-адресу в соответствии с системой классов IP-адресов.
Научиться разбивать сеть на подсети с помощью масок.
Научиться определять по IP-адресу и маске номер подсети и номер узла в этой подсети, количество узлов при использовании определенной маски и количество подсетей.
ПЕРЕЧЕНЬ ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ СРЕДСТВ
ПК.
Учебно-методическая литература.
Задания для самостоятельного решения.
ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
1. Адресация компьютеров
Когда один узел сети отправляет другому сообщение, он должен указать, кому именно оно предназначается, т.е. передать вместе с сообщением адрес узла-получателя. Поэтому все узлы сети должны иметь адреса.
Среди требований к сетевому адресу можно отметить такие, как ●уникальность, ●компактность, ●удобство для пользователя. Эти требования противоречивы (например, символьный адрес понятен человеку, но не компактен; числовой составной адрес понятен для сетевых устройств, но не удобен для запоминания человеком). Поэтому применяются различные способы адресации (т.е. один и тот же ПК имеет несколько видов адресов), каждый способ используется в той ситуации, когда он наиболее удобен.
Рассмотрим самые распространенные виды адресов: ■ аппаратный, ■символьный и ■ числовой – составной.
► Аппаратный адрес, называемый также физическим или локальным, используется для передачи данных в локальных сетях. Записывается в виде шестнадцатеричного числа, например «101A173DBC01» или «0081005е24а8» (каждая цифра такого числа может иметь значения от 0 до 15, причем значения от 10 до 15 обозначаются буквами от A до F).
Чаще всего аппаратный адрес – это адрес сетевой карты (т.е. MAC-адрес). Последний состоит из 12 шестнадцатеричных цифр, первые 6 – идентификатор фирмы-производителя, последние 6 – идентификатор карты среди множества карт, выпускаемых этой фирмой. Таким способом достигается уникальность адреса.
Следует также отметить его компактность, так как аппаратный адрес «плоский», т.е. не имеет иерархической структуры. Аппаратные адреса используются такими сетевыми устройствами, как коммутаторы, мосты и конечные узлы для передачи данных внутри локальной сети.
► Символьный адрес в основном предназначен для использования человеком, так как он более понятен пользователю и удобен для запоминания.
Символьный адрес может быть «плоским», т.е. не имеющим структуры, такой вид адреса используется в небольших локальных сетях, например «Kafedra» или «ПК1». Для работы в крупных сетях используются символьные имена, имеющие сложную иерархическую структуру. Например, «PC3.uvcedit.stacker.ru». Этот адрес говорит о том, что имя данного компьютера – «PC3», а находится он в подразделении «УВЦ ЭДИТ» организации «Стакер», расположенной в России. Такой адрес может применяться как в глобальных, так и в локальных сетях. Например, чтобы обратиться к компьютеру «PC3.uvcedit.stacker.ru» из глобальной сети, нужно указать адрес полностью, а в локальной сети достаточно назвать имя – «PC3».
► Для работы в больших сетях в качестве адресов сетевых устройств используются числовые составные адреса. Эти адреса используются такими устройствами, как маршрутизаторы, шлюзы, компьютеры – конечные и промежуточные узлы глобальной сети.
Типичные представители этого вида адресации – это IP- и IPX-адреса. В них поддерживается двухуровневая иерархия, адрес делится на номер сети и номер узла в этой сети. Например, IP-адрес узла195.209.136.11 состоит из двух частей: номера сети (195.209.136) и номера узла в этой сети (11). Такая иерархия позволяет при передаче сообщений между сетями не обращать внимание на номер узла, а, когда сообщение дойдет до нужной сети, «забыть» про номер сети и «помнить» только номер узла этой сети. Это напоминает работу почтовых служб: при доставке письма в страну необязательно знать название улицы и номер дома, требуется лишь доставить ее в нужный город.
В последнее время, чтобы сделать маршрутизацию в крупных сетях более эффективной, предлагаются более сложные варианты числовой адресации, в соответствии с которыми адрес имеет три и более составляющих. Такой подход реализован в новой версии протокола IPv6, предназначенного для работы в сети Internet.
Так как компьютер, подключенный к сети, имеет сразу несколько типов адресов, то необходима схема, по которой будет устанавливаться соответствие адресов, для этих целей используются специальные протоколы, которые по адресу одного типа могут определить адреса других типов.
2. Система доменных имен DNS
Соответствие между доменными именами и IP-адресами может устанавливаться как средствами локального хоста, так и средствами централизованной службы DNS.
Специальная служба DNS (Domain Name System) система доменных имен – это централизованная служба, основанная на распределенной базе отображений: «доменное имя – IP-адрес».
Эта служба использует в своей работе протокол типа «клиент–сервер». В нем определены DNS-клиенты и DNS-серверы.
Служба DNS опирается на иерархию доменов, и каждый сервер службы DNS хранит только часть имен сети, а не все имена. При росте количества узлов в сети проблема масштабирования решается созданием новых доменов и поддоменов имен и добавлением в службу DNS новых серверов.
Для каждого домена имен создается свой DNS-сервер. Этот сервер может хранить информацию о соответствии имен для своего домена, включая все его поддомены. При этом нагрузка на этот сервер после добавления новых поддоменов может превысить его возможности. Поэтому чаще всего сервер домена хранит только те имена, которые заканчиваются на следующем ниже уровне иерархии по сравнению с именем домена.
Каждый DNS-сервер, кроме таблицы отображений имен, содержит ссылки на DNS-серверы своих поддоменов. Эти ссылки связывают отдельные DNS-серверы в единую службу DNS. Ссылки представляют собой IP-адреса соответствующих серверов. Для обслуживания корневого домена выделено несколько дублирующих друг друга DNS-серверов.
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.
5. Порядок распределения IP-адресов. Автоматизация процесса назначения IP-адресов (протокол DHCP)
Номера сетей назначаются либо централизованно, если сеть является частью Internet, либо произвольно, если сеть работает автономно (т.е. не подключена к сети Internet). Номера узлов и в том и в другом случае администратор назначает по своему усмотрению, не выходя при этом из разрешенного диапазона для данного класса сети.
Централизованным распределением IP-адресов занимается государственная организация – Стенфордский международный научно-исследовательский институт (Stanford Research Institute, SRI International) совместно с другими крупными поставщиками услуг Internet. Небольшие локальные сети должны запрашивать для регистрации адресá класса С. Адресá класса В, как правило, применяются в корпоративных сетях средних размеров. Адресá класса А используются в крупных сетях общего пользования, поскольку позволяют создавать системы с большим количеством узлов.
Уже сравнительно давно наблюдается дефицит IP-адресов. Дефицит обусловлен ростом сетей и также тем, что имеющееся множество адресов используется нерационально. Очень часто владельцы сетей расходуют лишь часть из выделенных им IP-адресов.
Для решения проблемы дефицита IP-адресов разработчики стека TCP/IP предлагают различные подходы. Применение масок подсетей позволяет получить в пользование столько адресов, сколько реально необходимо.
Резко расширяет адресное пространство новая версия протокола IP – протокол IPv6, который использует 16-байтные адреса. Существуют и другие методы, которые применяются для снятия дефицита адресов.
Процесс распределения IP-адресов по узлам сети может быть автоматизирован с помощью протокола DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Протокол DHCP может поддерживать способ автоматического динамического распределения адресов, а также более простые способы ручного и автоматического статического назначения адресов.
Протокол DHCP работает в соответствии с моделью «клиент – сервер». Во время старта системы компьютер, являющийся DHCP-клиентом, посылает в сеть широковещательный запрос на получение IP-адреса. DHCP-сервер откликается и посылает сообщение – ответ, содержащий IP-адрес.При динамическом распределении адресов DHCP-сервер выдает адрес клиенту на ограниченное время, называемое временем аренды. Это дает возможность впоследствии повторно использовать данный IP-адрес для назначения другому компьютеру. Динамическое распределение адресов позволяет строить сеть, количество узлов в которой превышает количество имеющихся в распоряжении IP-адресов.
В ручной процедуре назначения статических адресов принимает участие администратор, который предоставляет DHCP-серверу информацию о соответствии IP-адресов физическим адресам или другим идентификаторам клиентов. DHCP-сервер пользуется этой информацией и выдает определенному клиенту назначенный администратором адрес.При автоматическом статическом способе DHCP-сервер присваивает адрес узлу сети самостоятельно, без вмешательства администратора. При этом адреса выбираются из пула наличных IP-адресов и выдаются клиенту в постоянное пользование, т.е. на неограниченное время.
Границы пула назначаемых адресов задает администратор при конфигурировании DHCP-сервера.
DHCP-сервер может назначить клиенту не только IP-адрес, но и другие параметры, необходимые для его эффективной работы, например, маску, IP-адрес маршрутизатора по умолчанию, IP-адрес сервера DNS, доменное имя компьютера и т. п.ЗАДАНИЕ
Решить задачи указанные в индивидуальном задании согласно своему варианту. Варианты заданий выдаются преподавателем.
Задание содержит пять задач следующего характера:
Задача №1. Определить, какие из ниже приведенных адресов не могут быть использованы в качестве IP-адреса конечного узла сети, подключенной к Internet. Для синтаксически правильных адресов определите их класс:
127.0.0.0;6) 154.14.255.255;
202.12.122.244;7) 15.15.15.15;
226.5.38.105;8) 206.0.3.1;
104.26.254.0;9) 193.256.1.16;
10.234.18.25;10) 194.87.45.0.Задача №2. В соответствии с системой классов определить номер сети и номер узла для указанных IP-адресов: 102.24.108.245; 129.67.145.123; 138.223.154.232. Как будут выглядеть номера сетей и номера узлов для этих IP-адресов, если применить к ним маску подсети 255.255.224.0?
Задача №3. IP-адрес некоторого узла подсети равен 192.212.114.62, а значение маски для этой подсети – 255.255.255.240. Определить номер подсети. Какое максимальное число компьютеров может быть в этой подсети? Сколько подсетей можно организовать при помощи данной маски? Укажите широковещательный адрес для данной подсети.
Задача №4. Какое количество подсетей можно организовать при использовании маски, если в вашем распоряжении имеется сеть 138.214.0.0, а размеры требуемых подсетей равны 126 узлов в подсети. Какое значение при этом должна иметь маска?
Задача №5. Поставщик услуг Internet имеет в своем распоряжении IP-адреса сети 174.241.0.0. Определите максимально возможное число абонентов этого поставщика услуг, если размеры требуемых для них сетей соответствуют классу С? Какая маска должна быть установлена на маршрутизаторе поставщика услуг, соединяющем его сеть с абонентами?
ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЧЕТУ
К зачету требуется представить отчет, содержащий все необходимые расчеты, согласно своему варианту задания.
Подготовить ответы на контрольные вопросы.
ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Изучить теоретический материал по данной теме.
Решить задачи своего варианта задания.
Пример решения задачи
Для IP-адреса 129.64.167.5 определить номер сети и номер узла в соответствии с системой классов. Ответить на следующие вопросы.
● Как будет выглядеть номер подсети и номер узла для данного IP-адреса, если применить к нему маску подсети 255.255.224.0?● Какое максимальное число компьютеров может быть в этой подсети?
● Сколько подсетей можно организовать при помощи данной маски?
● Указать широковещательный адрес для подсети.
Решение
IP-адрес 129.64.167.5 является адресом класса В, соответственно номер сети будет 129.64.0.0, а номер узла 0.0.167.5.«Наложим» на данный IP-адрес маску 255.255.224.0, для этого необходимо перевести адрес и маску в двоичный вид, далее определим по маске номер сети, номер узла и широковещательный адрес:
IP-адрес 129.64.167.5 – 10000001010000001010011100000101;
Маска 255.255.224.0 – 11111111111111111110000000000000;
Тогда номер сети – 10000001010000001010000000000000;
Тогда Номер узла – 00000000000000000000011000000101;
Широковещательный ад. – 10000001010000001011111111111111.
В десятичном виде номер подсети имеет вид: 129. 64. 160.0, а номер узла – 0.0.7.5, что получилось в результате «наложения» маски подсети 255.255.224.0 на IP-адрес 129.64.167.5.
Максимальное число адресов для ПК определяется по маске. В маске 255.255.224.0 на адресацию узлов отводится 13 бит (считаем количество нулей в маске, представленной в двоичном виде), значит, количество адресов будет равным 213 (столько комбинаций из нулей и единиц можно составить из 13 бит). Так как один из адресов будет широковещательным (все единицы в двоичном виде) и комбинация из одних нулей не может быть адресом узла, то два адреса исключаются из списка допустимых адресов. Тогда максимально возможное количество адресов для ПК при использовании указанной маски будет равным 213 – 2 = 8 190.
Количество подсетей считается по количеству единиц в маске, при этом необходимо учитывать класс сети. В данном случае для класса В два первые октета уже зарезервированы, начинаем отсчет единиц с третьего октета. В маске 255.255.224.0 – 11111111111111111110000000000000 на адресацию подсетей отводится 3 бита, следовательно, количество подсетей будет равным 23 = 8. С помощью данной маски можно организовать 8 подсетей.
Широковещательный адрес для данной подсети: 129.64.191.255.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Какие виды адресации используются в сетях?
Что представляет собой IP-адрес?
На какие классы делятся IP-адреса?
Как определить по IP-адресу номер сети и номер узла в этой сети в соответствии с системой классов?
Как решается проблема дефицита IP-адресов?
Как с помощью маски определить номер узла и номер сети?
Каким образом с помощью маски можно разбить сеть на определенное количество подсетей?
Как определить возможное количество узлов в подсети по известной маске?
Литература
Олифер Н.А., ОлиферВ.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: учеб. для вузов.– 3-е изд. – СПб.: Питер, 2007. – 958с.Медведская Т.М. Информационные сети: сборник описаний лабораторных работ. – Новосибирск: СГГА, 2010. – 94 с.

Приложенные файлы

  • docx 10163765
    Размер файла: 44 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий