Адресное пространство, его плоская и иерархическая организация

5.2.1 Адресное пространство может иметь плоскую (линейную) или иерархическую организацию. В первом случае множество адресов никак не структурировано, они одноранговые. Все адреса имеют простые порядковые номера i {1…N}. Их можно представить в виде списка или таблицы (Рис. 5.1).

Во втором случае (Рис.5.2) множество адресов выстроено по принципу соподчиненности (старшинству) т.е. по иерархическому принципу. На рисунке 5.2 схематично показана трехуровневая структура адресного пространства, при которой адрес конечного узла задается тремя составляющими: идентификатором группы (K), в которую входит та или иная подгруппа, идентификатором подгруппы (L) и, наконец, идентификатором узла (n), однозначно определяющим его в подгруппе L.

В этом примере все IP-адресное пространство разделено на К_i (i= var) ‒ групп i интерфейсов (крупных сетей), адресуемых на уровне провайдера, L_j (j=var) ‒ множество подгрупп j, которые представляют собой отдельные сети, а n ‒ номер одного из адресуемых интерфейсов в отдельной сети.

Иерархическая система адресации организована в виде вложенных друг в друга подгрупп идентификаторов (числовых или символьных), которые, последовательно детализируя адресуемую область, в итоге определяют отдельный сетевой интерфейс.

Рисунок 5.1 ‒ Плоское адресное пространство

Иерархическая адресация во многих случаях оказывается более рациональной, чем плоская. В больших сетях, состоящих из многих тысяч узлов, использование плоских адресов может привести к большим издержкам ‒ конечным узлам и коммуникационному оборудованию придется работать с таблицами адресов, состоящими из тысяч записей (по количеству плоско адресуемых узлов). Иерархическая же система адресации позволяет при перемещении данных до до определенной точки топологической структуры пользоваться только старшей составляющей адреса, затем для дальнейшей локализации адресата следующей по старшинству частью, и в конечном счете ‒ младшей частью. Примером иерархически построенных адресов служат обычные почтовые адреса: страна, край, город, улица, номер дома, номер квартиры, ФИО адресата.

Рисунок 5.2 ‒ Иерархическая структура адресного пространства

5.2.2 К адресу сетевого интерфейса и схеме его назначения (его структуре и способу присвоения) можно предъявить несколько требований:

а) адрес должен уникально идентифицировать сетевой интерфейс в сети любого масштаба;

б) схема назначения адресов должна сводить к минимуму ручной труд администратора и вероятность дублирования адресов;

в) желательно, чтобы адрес имел иерархическую структуру, удобную для построения больших сетей;

г) адрес должен быть удобен для пользователей сети, а это значит, что он должен допускать символьное представление, например Server3 или www.cisco.com;

д) адрес должен быть по возможности компактным, чтобы не перегружать память коммуникационной аппаратуры ‒ сетевых адаптеров, маршрутизаторов и т.п.

Не трудно заметить, что эти требования противоречивы ‒ например, адрес, имеющий иерархическую структуру, скорее всего, будет менее компактным, чем плоский. Символьные имена удобны, но из-за переменного формата и потенциально большой длины их передача по сети не очень экономична. Так как все перечисленные требования трудно совместить в рамках какой-либо одной системы адресации, на практике обычно используется сразу несколько схем построения, когда соответствующий вид адресации наиболее удобен.

5.2.3 Примером плоского числового адреса является МАС-адрес, который используется для однозначной идентификации сетевых интерфейсов в локальных сетях. Такой адрес обычно применяется только на аппаратном уровне взаимодействия узлов сети, поэтому его стараются сделать по возможности компактным и записывают в виде двоичного или шестнадцатеричного значения, например 0081005e24a8.

Обычно МАС-адреса встраиваются в аппаратуру компанией-изготовителем. Их еще называют аппаратными (hardware) адресами. Вручную при этом ничего делать не нужно.

Использование плоских адресов является жестким решением, т.к. при замене аппаратуры, например, сетевого адаптера компьютера, изменяется и адрес сетевого интерфейса компьютера.

5.2.4 Альтернативой плоским адресам являются иерархические числовые адреса, например, сетевые IP-и IPX-адреса. В них поддерживается двухуровневая иерархия. Такой адрес делится на старшую часть ‒ номер сети и младшую ‒ номер узла. Подобное разделение позволяет передавать сообщения между сетями только на основании номера сети, а номер узла пользователя сети (МАС-адрес) используется после доставки сообщения в нужную сеть.

В последнее время предлагаются более сложные варианты числовой адресации, в соответствии с которыми адрес имеет три и более составляющих. Такой подход, в частности, реализован в новой версии протокола маршрутизирования пакетов ‒ IPv6, которая существенно расширяет адресное пространство.