IP-адресация, понятие подсети

Сети LAN или WAN соединяют узлы с помощью маршрутизаторов. Такое соединение можно осуществить, имея уникальные адреса точек соединения (интерфейсов, портов). Такими адре­сами м.б. IP-адреса. Имея их, можно прокладывать путь от точки А до В.

Формат IP-адреса

Длина IP-адреса для IPv4 - 4 байта с адресами сети и узла в сети. Существуют 3 основных класса IP-адресов: А, В, С. Они отличаются границей адреса сети и ПК. Выделяют и 4-й класс D - класс мультикастинга (многоадресной рассылки). Идентификатором класса являются старшие биты 1-го байта. В результате классы имеют формат (рис. 12-8):

- Class А: 0 (ID), 7 бит байта 1 - адреса сети, 3 байта - адреса узлов/хостов. Class А может реализовать 2⁷-2=126₁₀ сетевых адресов (без адресов 0000000 и 1111111) и 2²⁴-2=16777214₁₀ адресов узлов/хостов.

- Class В: 10 (ID), 14 бит (6+8) байтов 1 и 2 - адреса сети, 2 байта (16 бит) - адреса узлов/хостов. В пространстве Class В можно реализовать 2¹⁴-2=16382₁₀ сетевых адресов и 2¹⁶-2=65 534₁₀ адресов узлов/хостов.

- Class С: 110 (ID), 21 бит (5+8+8) байтов 1, 2 и 3 - адреса сети, 1 байт (8 бит) - адреса узлов/хостов. В этом классе можно реализовать 2²¹-2=2097150₁₀ сетевых адресов и 2⁸-2=254₁₀ адресов узлов/хостов.

- Class D: 1110 (ID), 28 бит (4+8+8+8) байтов 1, 2, 3 и 4 - адреса групп мультикастинга. В пространстве Class D можно реализовать 2²⁸-1=268435455₁₀ адресов мультикастинга.

 

Класс сети

Байт-0

Байт-1

Байт-2

Байт-3

А

Адрес сети

Адрес узла (ПК/хоста)

В

Адрес сети

Адрес узла (ПК/хоста)

С

Адрес сети

Адрес узла (ПК/хоста)

D

Адрес мультикастинга

 

Рис.12-8. Распределение адресов сетей и узлов по классам

Нотации IP-адреса

IP-адрес м.б. записан и виде 4-х групп двоичных или десятичных цифр (0-255), разделенных точками. Десятичная запись удобнее и широко используется (напр., 129.192.64.128). Суще- ­ствует альтернативная нотация вида: <p,s> или <префикс, суффикс>, напр. <64,32> - это сеть 64 Class Л, 32-й узел/хост в сети 64. Ряд адресов считаются специально зарезервиро- ­ванными:

 

Класс	Правильные номера сетей/групп	Правильные номера узлов/хостов
А	1-126	1-255.255.254
В	128.1-191.254	1 - 255.254
С	192.0.1-223.255.254	1-254
D	224.0.0.1-239.255.255.255	неприменимо
Е	240-255.255.255.255	зарезервировано

 

Подсети и маски подсетей

Если число адресов сетей в данном классе, мало, его можно расширить, используя биты ад­ресной части узлов/хостов. Рассмотрим это решение для сетей Class В.

Пусть нам выделили только один сетевой адрес Class В - 128.1 и мы имеем 65533 адре­сов хостов (2¹⁶-2). Это соответствует адресам 128.1.0-255.0-254. Можно сформировать до­полнительные подсети, взяв биты адресного поля хостов и сузив его до минимума.

Пусть нам достаточно 254 адреса для хостов (это адресное поле укладывается в четвер- ­тый байт), тогда можно взять взаймы 3-й байт для создания дополнительных адресов подсе- ­тей. Для этого установим новую границу раздела сетевых адресов между 24-м и 25-м битами IP-адреса (рис. 12-9). Эта граница формируется с помощью маски подсети, имеющей адрес 255.255.255.0. Тогда можно сформировать адрес 128.1.1.1, интерпретируемый как сеть но­мер 128.1, подсеть 1, хост 1, а не как сеть 128.1, хост номер 256. Для автоматизации выделе­ния подсети, нужно осуществить побитно операцию AND между адресом 128.1.1.1 и маской подсети 255.255.255.0, что даст адрес подсети 128.1.1.0 в сети 128.1 (рис. 12-9). При этом адрес хоста не меняется (т.е. остается 1, как и указано в 4 байте исходного адреса).

 

Байт-0

Байт-1

Байт-2

Байт-3

Класс В

Адрес сети

Адрес узла/ПК/хоста

IP-адрес

Маска подсети

IP-адрес подсети

Сеть (128.1)

Подсеть(1)

Узел/ПК/хост (1)

Рис.12-9. Пример формирования маски подсети Class В

Адресация мультикастинга обеспечивает механизм для направления IP-дейтаграмм на ПК, формирующие единую группу мультикастинга. Адрес мультикастинга - это адрес класса D, который имеет следующие четыре старших бита адреса: 1110 (224₁₀). Остальные 28 бит назна-. чаются определенным группам мультикастинга (например, 224.0.0.5 - группа протокола OSPF, 224.0.0.9 - группа протокола RIPv2). Это назначение контролируется Администрацией Ин­тернет по присвоению номеров (IANA). В пространстве Class D можно реализовать 2²⁸ -1=268435455₁₀ адресов мультикастинга. Оставшиеся адреса назначаются проходным группам мультикастинга. Диапазон IP-адресов тогда составит 224.0.0.0-239.255.255.255. Отдельные ПК могут принадлежать к нескольким группам мультикастинга.

Проблемы IP-адресации

В 1990-х стало ясно, что адресное пространство IP-протокола версии IPv4 (а это 2³² или 4,3 -10⁹) мало. Вместе с тем, если IP-адреса смежные (напр., 129.1.0.0 и 129.2.0.0), то они не могут группироваться маршрутизаторами в адрес 129.x.0.0 и должны указываться в таблице маршрутизации раздельно, даже если какой-то из адресов больше не используется.

Первое ограничение было снято в новой версии IPv6. Второе - разработкой протокола CIDR, когорый позволяет группировать маршруты. Делается это так. Отдел регистрации сети Интернет (IR) выделяет большие блоки IP-адресов крупным сервис-провайдерам (SP). Они выделяют из них субблоки Интернет-сервис-провайдерам (ISP). Адрес такого субблока может приобрести отдельный пользователь.

CIDR применяет маски, отличные от используемых масок IP-сетей. Он, кроме понятия " подсеть ", поле которой в маске заполнено "1", использует понятие " суперсеть ", поле которой в маске заполнено "0" и расположено слева от поля "подсеть". CIDR допускает агрегирование и повторное использование освободившихся адресов, локализованных в "суперсети" (см. RFC 1517-1519).

IP-телефония

Для превращения IP-сети в ГлС и реализации возможности се взаимодействия с ТфОП нужно было научиться передавать голос по IP-сети и использовать адресацию ТфОП. Кроме того, нужно было совместить различные подходы и сформировать единую технологию. Это было не просто, т.к. даже для обозначения одной технологии IP-тслсфоинн использовались четыре разных термина: компьютерная телефония (СТ), Интернет-телефония (IT), IP-телефония (IPT), голос по IP-сети (VoIP). Мы будем использовать только два последних термина, т.к. два первых относят к ранним системам с мультимедийными ПК (МРС).

Передача речи по IP-сети

Первым коммерческим продуктом IP-телсфоиии был VocalTec Internet Phone компании VocalTec, выпущенный в 1995г. В 1996г. появился первый шлюз IP-телефонии (VTG), разра­ботанный компаниями VocalTec и Dialogic. Эти шлюзы могли связать ТфОП с сетью Интер­нет, т.к. использовали 8-капальпые голосовые платы Dialogic, преобразующие IP-адреса в ад­реса Е. 164 (ТфОП) и обратно.

В то время существовали две схемы связи:

- Два ПК типа МРС связывались через Интернет - обработка велась звуковыми картами МРС (схема, обычная для СТ и IT);

- Два абонента ТфОП связывались через шлюзы на границе облака Интернет - обработка велась шлюзами. включая АЦП сигнала, его сжатие и инкапсуляцию в IP-протокол для формирования IP-пакетов (схема IPT и VoIP, рис.12-10).

На рис.12-10а дана схема IPT с МРС-терминалами, реализующими протокол Н.32 соединенными с IP-сетями и взаимодействующими через ТфОП или ISDN. На рис.12.106 дана схема IPT с абонентами ТфОП или ISDN, взаимодействующими через IP-сеть.

Здесь под Н.323 понимается протокол системы связи на основе пакетной коммутации, используемой для реализации IPT. Шлюзом м.б. концентратор удаленного доступа или мар- шрутизатор с картой VoIP (замененной программным коммутатором - Softswitch).

Шлюзы разных производителей м.б. несовместимы. Карты для МРС выпускали компании Dialogic и др., а шлюзы - компании ACT Networks, Hypercom и VocalTec.

 

Рис.12-10. а) Схема IPT с МРС-терминалами Н.323, связанными с IP-сетями, взаимодействующими через ТфОП/ISDN; б) Схема IPT с абонентами ТфОП/ISDN, взаимодействующими через IP-сеть

 

Основными факторами, сдерживающими внедрение IPT, были: низкое качество речи, не­совершенство шлюзов, отсутствие нужного правового обеспечения в ТфОП.

Принципы кодирования речи