АДРЕСАЦІЯ КОМП'ЮТЕРІВ

Адресація комп'ютерів.

На відміну від фізичних MAC–адрес, формат яких залежить від конкретної мережної архітектури, IP–адреса будь–якого вузла мережі є чотирибайтовим числом. Записуються IP–адреси чотирма числами в діапазоні від 0 до 255, які представляються в двійковій, вісімковій, десятковій або шістнадцятковій системах числення та розділяються крапками (наприклад 192.168.40.250). Для більш ефективного використання єдиного адресного простору Internet введено класи мереж:

Мережі класу A ( 1–126) мають 0 в старшому біті адрес. На мережну адресу відводиться 7 молодших бітів першого байта, на гост–частину – 3 байти. Таких мереж може бути 126 з 16 мільйонами вузлів у кожній.
Мережі класу B (128–191) мають 10 у двох старших бітах адрес. На мережну адресу відводиться 6 молодших бітів першого байта та другий байт, на гост–частину – 2 байти. Таких мереж може бути близько 16 тисяч з 65 тисячами вузлів в кожній.
Мережі класу C (192–223) мають 110 у трьох старших бітах адрес. На мережну адресу відводиться 5 молодших бітів першого байта та другий і третій байт, на гост–частину – 1 байт. Таких мереж може бути близько 2 мільйонів з 254 вузлами в кожній.
Мережі класу D (224–239) мають 1110 у чотирьох старших бітах адрес. Решта біт є спеціальною груповою адресою. Адреси класу D використовуються у процесі звернення до груп комп'ютерів.
Мережі класу E (240–255) зарезервовані на майбутнє.

Для зменшення трафіка в мережах з великою кількістю вузлів застосовується розділення вузлів за підмережами потрібного розміру. Адреса підмережі використовує кілька старших бітів гост–частини IP–адреси, решта молодших бітів – нульові. В цілому IP–адреса складається з адреси мережі, підмережі та локальної гост–адреси, яка є унікальною для кожного вузла. Для виділення номерів мережі, підмережі та госта (вузла) використовується маска підмережі – бітовий шаблон, в якому бітам, що використовуються для адреси підмережі, присвоюються значення 1, а бітам адреси вузла – значення 0. Розглянемо адресу 192.168.40.252 та значення маски 255.255.255.0. У цьому випадку маємо адресу підмережі 192.168.40 та адресу госта – 252. При цьому всі гости підмережі 192.168.40 мають встановити ту ж саму маску підмережі. Отже, мережа 192.168 може мати 256 підмереж з 254 вузлами в кожній. Використання ж маски 255.255.255.192 дасть змогу мати 1024 підмережі з 60 вузлами в кожній.
Комбінації всіх нулів або всіх одиниць у мережній, підмережній або гост–частині зарезервовані для загальних (broadcast) повідомлень та службових цілей. Наприклад, адреса 192.168.40.255 використовується для загального повідомлення всім вузлам підмережі 192.168.40. Кожен xост може мати не тільки IP–адресу, але й ім'я (Host name). Як і цифрові IP–адреси, імена вузлів діляться на частини, що розділяються крапками. Починають запис від імені комп'ютера, далі йдуть імена локальних доменів (груп комп'ютерів) і закінчується ім'я вказанням імен вищих доменів (організаційних та територіальних). Список цих імен зберігається в спеціальній базі даних доменів служби імен DNS (Domain Name System).

Наприклад, ім'я blues.franko.lviv.ua відповідає серверу з іменем Blues у домені franko.lviv.ua комп'ютерів кампусної мережі Львівського державного університету ім. І.Франка. Звертаючись до вузла, з однаковим успіхом можна використати як IP–адресу, так і його ім'я.

Стек TCP/IP

Маршрутизація в IP–мережах

Термін маршрутизація (routing) означає передавання дейтаграм від одного вузла іншому. "Пряма" маршрутизація (direct routing) здійснюється між вузлами однієї підмережі. В цьому випадку вузол–відправник знає конкретну фізичну адресу отримувача й інкапсулює IP–дейтаграму у відповідний фрейм мережі. "Непряма" маршрутизація (indirect routing) означає передавання дейтаграм між вузлами різних (під)мереж, що здійснюється маршрутизатром. Виявивши розходження немаскованої (мережної) частини IP–адрес, вузол–відправник направляє фрейм з IP–дейтаграмою за фізичною адресою маршрутизатора.

Маршрутизатор (спеціалізований пристрій або комп’ютер) зберігає таблиці маршрутизації за допомогою яких, якщо відома адреса призначення пакета, можна визначити адресу іншого маршрутизатора або іншої (під)мережі. Після аналізу IP–адреси отримувача маршрутизатор направляє дейтаграму в одну з безпосередньо під'єднаних до нього (під)мереж, або ж – наступному маршрутизатору. Для забезпечення міжмережного обміну всі вузли мережі (зокрема і маршрутизатори) повинні мати списки IP–адрес доступних маршрутизаторів.
Розташовані на межі локальної (кампусної) та глобальної мереж маршрутизатори називають граничними (Border Gateway). Його таблиці маршрутизації містять інформацію як про внутрішні, так і про зовнішні мережі. Використання граничних маршрутизаторів дає змогу зменшити розміри таблиць внутрішніх маршрутизаторів та підвищити ефективність їхньої роботи. Протоколи маршрутизації бувають статичними та динамічними. У статичних протоколах зміни в таблицях маршрутизації робить адміністратор мережі, у динамічних цей процес відбувається автоматично.

Ще однією новою проблемою, яку треба враховувати при об'єднанні трьох і більше комп'ютерів, є проблема їх адресації.

До адреси вузла мережі і схемі її призначення можна пред'явити декілька вимог.

1. Адреса повинна унікально ідентифікувати комп'ютер у мережі будь-якого масштабу.

2. Схема призначення адрес повинна зводити до мінімума ручну працю адміністратора та ймовірність дублювання адрес.

3. Адреса повинна мати їєрархічну структуру, зручну для побудування великих мереж. Цю проблему добре ілюструють міжнародні поштові адреси, які дозволяють поштовій службі, яка організує доставку листів між країнами, користуватися тільки назвою країни адресату і не враховувати назву його міста , а тим більш вулиці. У великих мережах, що складаються з багатьох тисяч вузлів, відсутність ієрархії адреси може привести до значних витрат - кінцевим вузлам і комунікаційному обладнанню прийдеться оперувати із таблицями адрес, які складаються з тисяч записів.

4. Адреса повинна бути зручною для користувачів мережі, а це значить, що вона повинна мати символьне представлення наприклад, Server3 або www.cisco.com.

5. Адреса повинна мати по можливості компактне зображення, щоб не перевантажувати пам'ять комунікаційної апаратури - мережних адаптерів, маршрутизаторів і т. ін.

Так як всі перелічені вимоги важко поєднати у рамках однієї схеми адресації, то на практиці звичайно використовуються водночас декілька схем адресації, так що комп'ютер одночасно має декілька адрес-імен. Кожна адреса використовується у тій ситуації, коли відповідний вид адресації найзручніший. А щоб не виникало путанини і комп'ютер завжди однозначно визначався своєю адресою, використовуються спеціальні допоміжні протоколи, які по адресі одного типу визначають адреси інших типів. Найбільшого розповсюдження отримали три схеми адресації вузлів.

Схеми адресації вузлів

Апаратна адреса(hardware). Ці адреси призначені для мережі невеликого або середнього розміру, тому вони не мають ієрархічної структури. Така адреса звичайно використовується тільки апаратурою, наприклад, у мережні адаптери вбудовують шестибайтну, так звану МАС-адресу, під час виготовлення. При установці у комп'ютер декількох адаптерів, він матиме декілька апаратних адрес. Отже апаратна адреса адресує певний інтерфейс підключення до мережі, яка змінюється при заміні мережного адаптера.

Символьні адреси або імена. Ці адреси призначені для запам'ятовування людьми і тому звичайно несуть змістове навантаження. Символьні імена легко використовувати як у невеликих, так і у великих мережах. Для роботи у великих мережах символьне ім'я може мати складну ієрархічну структуру, напрклад, www.cisco.com.

Числові адреси(складені). Символьні імена зручні для людей, але з-за змінного формату і потенціально великої довжини їх передача по мережі не дуже економна. Тому у багатьох випадках для роботи у великих мережах в якості адрес вузлів використовують числові складені адреси фіксованого і компактного форматів. Типовими представниками адрес цього типу є ІР- та ІРХ-адреси. В них підтримується двохрівнева ієрархія, адреса поділяється на старшу частину - номер мережі та молодшу - номер вузла. Такий поділ дозволяє передавати повідомлення між мережами тільки на підставі номера мережі, а номер вузла використовується тільки після доставки повідомлення у потрібну мережу. В останній час, щоб зробити маршрутизацію у крупних мережах більш ефективною, пропонується більш складні варіанти числової адресації, у відповідності з якими адреса має три і більше складових. Такий підхід реалізований у новій версії протоколу IPv6, призначеного для роботи у мережі Internet.

У сучасних мережах для адресації вузлів застосовуються, як правило, одночасно всі три схеми адресації. Користувачі адресують комп'ютери символьними іменами, які автоматично замінюються у повідомленнях, що передаються по мережі, на числові номери. За допомогою цих числових номерів повідомлення передаються з однієї мережі до іншої, а після доставки повідомлення у мережу призначення замість числового номера використовується апаратна адреса комп'ютера. Сьогодні така схема характерна даже для невеликих автономних мереж, де, здавалося б, вона явно зайва - це робиться для того, щоб при під'єднанні цієї мережі до великої мережі не треба було б змінювати склад операційної системи.