• RFC1180 – A TCP/IP Tutorial.
• RFC1918 – Address Allocation for Private Internets.
• При подключении к Internet необходимо получить идентификатор сети или у провайдера Internet, или в организации IANA (http://www.iana.org/numbers) у одного из пяти региональных операторов.
• Для нашего региона идентификаторы IPv4, IPv6 и ASN можно получить у RIPE NCC (https://www.ripe.net/).
• Вопросами распределения DNS имен для Латвии занимается Latnet (http://www.nic.lv/)

Каждый узел TCP/IP идентифицируется логическим IP-адресом. Эти адреса уникальны для каждого из узлов, общающихся по протоколу TCP/IP. Каждый 32-битный IP-адрес идентифицирует местонахождение узла в сети точно так же, как обычный адрес обозначает дом на улице города.

Аналогично обычному адресу, состоящему из двух основных частей (названия улицы и номера дома), IP-адрес также имеет две части – код (идентификатор) сети и код (идентификатор) узла.

• Код сети, также называемый адресом сети, обозначает один сетевой сегмент в более крупной объединенной сети (сети сетей), использующей протокол TCP/IP. IP-адреса всех систем, подключенных к одной сети, имеют один и тот же код сети. Этот код также используется для уникального обозначения каждой сети в более крупной объединенной сети.
• Код узла, также называемый адресом узла, идентифицирует узел TCP/IP (рабочую станцию, сервер, маршрутизатор или другое TCP/IP-устройство) в пределах одной сети. Код узла уникальным образом обозначает систему в том сегменте сети, к которой она подключена.

Вот пример 32-битного IP-адреса: 10000011 01101011 00010000 11001000

Для облегчения восприятия человеком IP-адреса записываются в точечно-десятичной нотации. 32-битный IP-адрес делится на четыре 8-битных октета. Октеты представляются в десятичной системе счисления (системе с основанием 10) и разделяются точками. Таким образом вышеприведенный IP-адрес в точечно-десятичной нотации выглядит так: 131.107.16.200.

На следующем рисунке показан пример IP-адреса (131.107.16.200), разделенного на код сети и код узла. Часть, соответствующая коду сети (131.107), в данном случае определяется первыми двумя октетами IP-адреса. Часть, задающая код узла (16.200), обозначается последними двумя октетами IP-адреса.

• Поскольку IP-адреса служат для идентификации устройств в сети, каждому устройству в сети должен быть назначен уникальный IP-адрес.
• Многие компьютеры имеют только один сетевой адаптер, поэтому им требуется лишь один IP-адрес. Если же в компьютере установлено несколько сетевых адаптеров, то каждому из них должен быть назначен свой IP-адрес.
• Маршрутизаторы имеют не менее двух сетевых интерфейсов.

Сообщество Интернета определило пять классов IP-адресов — A, B, C, D и E. Адреса классов A, B и C могут назначаться узлам TCP/IP, а также существуют нераспределенные и специальные адреса. Дополнительно о распределении адресов см. на IANA IP Address Allocations http://www.iana.org/numbers.

Класс адреса задает число бит в адресе, которые отводятся под коды сети и узла. Тем самым, класс адреса определяет и то, сколько всего может быть сетей данного класса и узлов в каждой из этих сетей.

В следующей таблице символы w.x.y.z обозначают четыре октета IP-адреса. Эта таблица показывает:

• как значение первого октета (w) любого IP-адреса задает класс этого адреса;
• как октеты адреса данного класса делятся на код сети и код узла;
• число возможных сетей данного класса и число узлов в этих сетях.

Таблица 1. Классы IP-адресов

Необходимо учитывать некоторые особые адреса, при выборе корректных идентификаторов для узлов и сетей, см. http://www.iana.org/assignments/ipv4-address-space/ipv4-address-space.xhtml :

• Идентификатор сети не может равняться 127 (loopback), например, 127.0.0.1. Это значение зарезервировано для локальной заглушки и используется для диагностики стека TCP/IP с исключением из петли сетевой карты, а значит физического и канального уровней модели ISO-OSI.
• Все биты идентификатора сети и узла равняются нулю, например, 0.0.0.0. Такой идентификатор называется неопределенным адресом и обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет. Адрес такого вида в особых случаях помещается в заголовок IP-пакета в поле адреса отправителя.
• Все биты идентификатора сети и узла равняются единице, например, 255.255.255.255. Такой идентификатор означает все узлы в данной IP-сети (локальном сегменте).
• Все биты идентификатора узла равняются нулю, например, 172.20.0.0. Такой идентификатор означает указанную IP-сеть (локальную или удаленную) и применяется для ссылок на всю IP-сеть в целом.
• Все биты идентификатора узла равняются единице (broadcast), например, 172.20.255.255. Такой идентификатор означает все узлы в указанной IP-сети (локальной или удаленной) и применяется для широковещательных сообщений в указанной IP-сети.
• Все биты идентификатора сети равняются нулю, например, 0.0.0.130. Такой идентификатор означает конкретный узел в данной IP-сети (локальной).
• Адреса начинающиеся с 248 – 254 (Unallocated IP Addresses) считаются не распределенными ни в один из классов и не могут использоваться.
• Для взаимодействия друг с другом все узлы одной физической сети должны иметь одинаковый идентификатор сети (подсети);
• Если физическая сеть разделена маршрутизатором, то она разбита на подсети и для каждой нужен свой идентификатор сети (подсети);
• Каждый идентификатор узла должен быть уникален для соответствующего идентификатора сети (подсети).

Для частных TCP/IP-сетей, которые не подключены к Интернету, можно использовать любой допустимый диапазон IP-адресов классов A, B или C. Вы вольны использовать любые корректные IP-адреса, но, всё-таки рекомендуется использовать специально выделенные диапазоны адресов.

Для частных TCP/IP-сетей, которые подключены к Интернету не напрямую, а с помощью преобразователя сетевых адресов (NAT) или шлюза уровня приложения, например прокси-сервера, настоятельно рекомендуется использовать частные IP-адреса.

Для любых узлов локальной сети, непосредственно подключаемых к Интернету, необходимо получить у поставщика услуг Интернета зарегистрированные общие (не частные) IP-адреса.

По соображениям безопасности не рекомендуется подключать к Интернету большое количество систем TCP/IP из локальной сети напрямую, нужно использовать NAT.

Пространство IP-адресов, предназначенных для использования в изолированных сетях было определено в RFC1918 – Address Allocation for Private Internets, February 1996. Эти диапазоны адресов зарезервированы организацией IANA (Internet Assigned Numbers Authority — http://www.iana.org/) для частных TCP/IP-сетей и не используются в Интернете (одна сеть класса А, 16 сетей класса В и 256 сетей класса С).

Обновлённый (более обширный) список подсетей специального назначения определён в RFC 6890.

Таблица 2. Частные IP-адреса

CGN – Carrier-Grade NAT. Подсеть рекомендована для использования в сетях сервис-провайдера в качестве адресов Shared Address Space согласно RFC 6598.

APIPA - Automatic Private IP Addressing. Автоматическая IP-адресация применяется если сетевой интерфейс настроен для автоматической IP-конфигурации по DHCP, но при этом в сети отсутствует сервер DHCP.

Назначение: даже если читатель бездумно введет адреса из примеров в конфигурацию живой сети, это не приведет к глобальному конфликту.

В IPv6 выделен один блок побольше, и авторы сами могут раскроить его по своему усмотрению:

• 2001:DB8::/32 [RFC 3849].

В IPv4 для примеров используют три блока [RFC 5735, RFC 5737]:

• 192.0.2.0/24,
• 198.51.100.0/24
• 203.0.113.0/24.

Несколько блоков понадобилось для удобства составления наглядных примеров взаимодействия разных сетей.

Блок 192.0.2.0/24 был назначен IANA.

Блоки 198.51.100.0/24, 203.0.113.0/24 и 2001:DB8::/32 выделены региональной регистратурой Азии и Океании APNIC.

У IPv4 есть сводный документ, посвященный адресам особого назначения [RFC 5735].

Аналогичный документ есть и у IPv6 [RFC 5156].

Пользователям, находящимся внутри частной сети, как правило, нужен доступ в Internet. Для обеспечения доступа в Internet могут использоваться маршрутизаторы с поддержкой NAT (Network Address Translation), а также прокси-сервера.

Трансляция сетевых адресов NAT основана на замене IP-адреса в заголовке пакета с приватного на реальный и наоборот. В памяти маршрутизатора содержится таблица преобразования адресов (Address translation table), в которой содержится соответствие между реальными и приватными адресами. При отправке пакета маршрутизатор осуществит замену IP-адреса отправителя с приватного адреса на реальный. При получении пакета маршрутизатор осуществит преобразование адреса получателя с реального на приватный, после чего отправит пакет в корпоративную сеть. Таким образом, маршрутизатор с поддержкой NAT прозрачно для конечного пользователя обеспечивает доступ к глобальной сети, см. рис.

Рис. 7.4. Трансляция сетевых адресов

Существует динамический NAT и статический NAT.

В случае статического NAT соответствие между реальным и приватным адресом устанавливается на неограниченный срок. В случае динамического соответствие устанавливается на определённый промежуток времени, после чего этот же реальный адрес может быть поставлен в соответствие другому приватному адресу. Динамический NAT позволяет обеспечить большее количество пользователей для доступа в Internet.

Часто используются решения с PAT (Port Address Translation) и с NAPT (Network Address Port Translation). PAT позволяет обеспечить выход в Internet для нескольких тысяч пользователей с одного реального адреса.

Proxy-сервер (англ. proxy – посредник) – это компьютер, одновременно подключенный к корпоративной и глобальной сетям. Компьютер в корпоративной сети отправляет запрос прокси-серверу, а прокси-сервер со своего реального адреса отправляет этот запрос в глобальную сеть, принимает ответ, при необходимости запоминает (кэширует) результат и отправляет полученный ответ компьютеру в локальной сети. Таким образом, прокси-сервера позволяют предоставить компьютерам корпоративной сети выход в Internet, а также сократить внешний трафик за счёт кэширования.

Коды сетей и коды узлов в IP-адресе можно различить с помощью маски подсети. Каждая маска подсети представляет собой 32-битное число, состоящее из последовательной группы единичных битов для выделения из IP-адреса кода сети, и последовательной группы нулевых битов для выделения кода узла.

Например, вот маска подсети, которая обычно используется с IP-адресом 131.107.16.200:

11111111 11111111 00000000 00000000

Эта маска подсети состоит из 16 единичных битов, за которыми следуют 16 нулевых битов, что означает, что части этого IP-адреса, соответствующие коду сети и коду узла, имеют одинаковую длину в 16 бит. В точечно-десятичной нотации эта маска будет иметь следующий вид: 255.255.0.0.

В следующей таблице показаны маски подсети для A, B и C классов адресов Интернета.

Таблица 3. Стандартные маски

Обычно значения маски подсети по умолчанию используется для сетей в которых каждый сегмент IP-сети соответствует одной физической сети, но в некоторых случаях можно использовать специальные маски подсети для деления сети на IP-подсети.

Дополнительные сведения об использовании специальных масок содержатся в разделе Деление сети на подсети.

Важно! В случае если два компьютера имеют IP-адреса с разными номерами сетей (даже если они принадлежат одной физической сети), то они не смогут общаться друг с другом напрямую: для их взаимодействия необходим маршрутизатор (см. раздел IP-маршрутизация), а также, во избежание неполадок с адресацией и маршрутизацией все компьютеры TCP/IP в одном сегменте сети должны использовать одну и ту же маску подсети.

Длина IP-адреса составляет 32 бита, что позволяет использовать до 2³²=4294967296 уникальных адресов для абстрактной бесклассовой совокупности узлов и сетей. Но из-за случайного распределения адресов без учета географического положения, из-за исчерпания адресов класса В и прекращения выдачи адресов класса А стала проявляться нехватка адресов. Выдача адресов класса С привела к экспоненциальному росту размеров таблиц маршрутизации, что приводило к перегрузкам глобальных маршрутизаторов и замедляло передачу пакетов по Internet.

Динамика количества свободных блоков /8 с 1995 года Исчерпание запаса IP-адресов у RIR в 2011-2014 г.

В 2011 г. компания Microsoft купила 666 624 адресов IPv4 на распродаже Nortel за 7,5 миллионов долларов.

Для решения возникших проблем было предпринято несколько попыток продлить жизнь IPv4 и разработан протокол IPv6. Часть решений по продлению жизни IPv4 уже описана выше (введение классов сетей, Private Addresses, NAT, PAT, Proxy), далее рассмотрены ещё несколько решений (VLSM, CIDR, Address Return).

• RFC 760 первое описание протокола IP. Отсутствует концепция классов, адреса представляли собой 8-битовые идентификаторы сетей, за которыми следовали 24-битовые локальные адреса.
• RFC 791 предложено разбиение адресов на классы. Классы A, B, C, D, E были описаны ранее.
• RFC 950 предложено использование масок и подсетей, что обеспечивает эффективность использования классов адресов и эффективность маршрутизации.
• RFC 1338 использование суперсетей, которые образуются при использовании маски меньших размеров, нежели стандартная маска сетевого IP-адреса класса A, B или C.
• RFC 1517-1520 описывается внеклассовая межрегиональная маршрутизация CIDR (Classless Inter-Domain Routing). Со второй половины 1990-х CIDR маршрутизация вытеснила классовую.
• RFC 1819 IPv5 работает на том же уровне что и IPv4, разработан для приложений реального времени, содержит средства обеспечения QoS (Quality of Service).
• RFC 1883, RFC 2460 IPv6 развитие IPv4. На IPv6 происходит переход с IPv4.
• RFC 1475 IPv7 или TP/IX.

VLSM - Variable Length Subnet Masks. В некоторых случаях можно использовать специальные маски подсети для деления сети на IP-подсети.

Деление сети на IP-подсети (RFC 950) позволяет разделить стандартную часть IP-адреса, соответствующую коду узла, на подсети, которые являются подразделами исходного кода сети, основанного на классе. Это становится возможным за счет увеличения битов маски в сетевой части адреса. Изменяя длину частей маски подсети, можно уменьшить число битов, используемых для кода узла и таким образом регулировать количество возможных подсетей и узлов в каждой из них.

При классической IP-адресации используется следующая схема разбиения IP-адреса на классы.

При использовании подсетей, имеется еще один уровень иерархии – номер подсети, который выделяется в адресной части номера устройства с помощью наложения маски подсети. Та часть IP-адреса в которой маска подсети имеет значение 1 является расширенным префиксом сети, а оставшаяся является номером устройства в этой подсети.

Если распространить ограничения на назначения адресов узлам в сети на подсети (запрещены все 1 или 0), то можно сделать вывод, что в любой подсети минимум два последних бита должны выделяться под номер узла. Отсюда следуют описанные ниже ограничения на описание подсетей с помощью маски.

Сеть класса A с подсетями 10.X.Y.Z

Сеть класса B с подсетями 138.10.Y.Z

Сеть класса C с подсетями 202.10.10.Z

CIDR - Classless Inter-Domain Routing используется в маршрутных таблицах глобальных маршрутизаторов (поддерживается для BGP, OSPF и не поддерживается для RIP и EGP). Вместо обычной классовой маршрутизации используется маршрутизация нескольких смежных сетей как единой сети. Это становится возможным за счет уменьшения битов маски в сетевой части адреса. На стороне вашей локальной сети продолжает использоваться классовая маршрутизация. Позволяет замедлить рост таблиц маршрутизации и уменьшить потребность в выделении новых номеров IP-сетей.

Префиксная нотация используется как для CIDR маршрутизации, так и для более компактной записи маски подсетей в VLSM. Формат IP-адреса заменяется на следующий: <IP-адрес, префикс>. Значение префикса любое от 0 до 32. Префикс означает количество битов, начиная слева, используемых для адреса сети. Префикс не зависит от класса, ниже приводятся примеры префиксов для различных IP-адресов.

• Сети класса A имеют префикс /8.
• Сети класса B имеют префикс /16.
• Сети класса C имеют префикс /24.
• 198.1.192.0/20 – похоже на класс С, но у С префикс /24.
• 128.1.128.0/20 – похож на адрес В, но у В префикс /16.
• 15.1.192.0/20 – похож на адрес А, но у А префикс /8.

Таблица 4. Префиксная нотация масок

Важнейшие инновации IPv6 состоят в следующем:

• упрощен стандартный заголовок IP-пакета
• изменено представление необязательных полей заголовка
• расширено адресное пространство
• улучшена поддержка иерархической адресации, агрегирования маршрутов и автоматического конфигурирования адресов
• введены механизмы аутентификации и шифрования на уровне IP
• введены метки потоков данных IP-пакетов
• расширен QoS

При этом в IPv6 все изменения планировались таким образом, чтобы минимизировать изменения на других уровнях протокольного стека TCP/IP. IPv6 остался расширяемым протоколом, причём поля расширений (дополнительные заголовки) могут добавляться без снижения эффективности маршрутизации.

Предполагается широкое использование IPv6 в сетях мобильной связи 3-го и 4-го поколений.

Самое главное – в IPv6 увеличена длина адреса до 128 бит, что позволяет использовать до 2¹²⁸ адресов.

Вот как выглядит это 128 битное число в сравнении с 32 битной версией IPv4:

340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456 в сравнении с 4 294 967 296

IPv6 адрес записывается в 16-ой форме и состоит из 8 групп по четыре 16-ричные цифры:

XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX.

Адреса получаются очень громоздкие, поэтому очень важно использование более лаконичных имен DNS и сокращений в записи адреса.

Правила сокращения - отбросить можно только одну последовательность нулей и незначимые нули слева.

Например:

1080:0000:0000:0000:0008:0800:200C:417A или 1080:0:0:0:800:200C:417A или 1080::800:200C:417A

FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210 - а этот адрес, сокращенно записать нельзя;

Нотация ::ffff:xx.xx.xx.xx описывает IPv4-адрес отображённый на IPv6. В процессе перехода на Ipv6 создается двойной стек TCP/IP и используется туннелирование протоколов в обе стороны.

При использовании IPv6-адреса в URL необходимо заключать адрес в квадратные скобки, если необходимо указать порт, то он пишется после скобок:

http://[2001:0db8:11a3:09d7:1f34:8a2e:07a0:765d]/ и http://[2001:0db8:11a3:09d7:1f34:8a2e:07a0:765d]:8080/

1. Сети класса А и В из-за своих размеров имеют очевидные проблемы с огромным трафиком через точку входа в сеть и сложность администрирования такими огромными сетями. Управлять каждой отдельной подсетью значительно проще.

2. В подсетях возможно использовать различные технологии организации сетей. Невозможно смешивать технологии Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM и т.п. на одной физической сети - однако они могут быть связаны логически через маршрутизаторы!

3. Удалённое физическое размещение узлов имеет ограничения на длину кабеля, но, связь в организации можно обеспечить через множественные лигические сети используя единственный выданный блок адресов.

4. Разделение на подсети может быть продиктовано соображениями безопасности, т.к. трафик в общей сети может быть перехвачен. Организация подсетей обеспечивает способ, позволяющий предохранить отдел маркетинга от «сующих нос не в свои дела».

5. Сеть перегружена. Ее разбивают на подсети так, чтобы трафик был сосредоточен внутри подсетей, разгружая таким образом всю сеть, без необходимости увеличивать ее общую пропускную способность.

Классовая адресация – неэффективно. Избыточное выделение IP адресов.

CIDR – эффективно. Позволяет заказчикам получить пространство с учётом фактических потребностей.

FVLSM – Fixed. Сети равного размера

VLSM – с подсетями различного размера. Одна подсеть далее разделена на 8 подсетей по 4 узла.

Краткий обзор шагов, необходимых для организации подсетей:

1. Установите физическую связанность (сетевые соединения - типа маршрутизаторов).

2. Решите, какой (большой/маленькой) должна быть каждая подсеть, т.е. какое количество IP-адресов требуется для каждого сегмента.

3. Вычислите соответствующую сетевую маску и сетевые адреса.

4. Установите каждому интерфейсу на каждой сети его собственный IP адрес и соответствующую сетевую маску.

5. Установите направления связи на маршрутизаторах и соответствующих шлюзах, направления связи и/или заданные по умолчанию направления связи на сетевых устройствах.

6. Протестируйте систему, исправьте ошибки.