Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Наконец, параметр Временной штамп действует полностью аналогично параметру Запомнить маршрут, но кроме 32-разрядного IP-адреса, каждый маршрутизатор также записывает 32-разрядную запись о текущем времени. Этот параметр также применяется в основном для измерения параметров сети.

В последнее время необязательные поля оказываются не в почете. Маршрутизаторы либо игнорируют их, либо обрабатывают неэффективно, отодвигая в сторону как нечто необычное. Иными словами, они поддерживаются лишь частично и используются достаточно редко.

5.6.2. IP-адреса

Определяющим признаком IPv4 является его 32-битный адрес. У каждого хоста и маршрутизатора в Интернете есть IP-адрес, который может использоваться в полях Адрес отправителя и Адрес получателя IP-пакетов. Важно отметить, что IP-адрес, на самом деле, не имеет отношения к хосту. Он имеет отношение к сетевому интерфейсу, поэтому хост, соединенный с двумя сетями, должен иметь два IP-адреса. Однако на практике большинство хостов подключены к одной сети, следовательно, имеют один адрес. Маршрутизаторы, наоборот, обычно имеют несколько интерфейсов и, следовательно, несколько IP-адресов.

Префиксы

В отличие от Ethernet-адресов IP-адреса имеют иерархическую организацию. Первая часть 32-битного адреса имеет переменную длину и задает сеть, а последняя часть указывает на хост. Сетевая часть совпадает для всех хостов одной сети (например, ЛВС Ethernet). Таким образом, сети соответствует непрерывный блок пространства IP-адресов. Этот блок называется префиксом( prefix).

IP-адреса обычно записываются в виде четырех десятичных чисел (которые соответствуют отдельным байтам), разделенных точками (dotted decimal notation). Например, шестнадцатеричный адрес 80D00297 записывается как 128.208.2.151. Префикс задается наименьшим IP-адресом в блоке и размером блока. Размер определяется числом битов в сетевой части; оставшиеся биты в части хоста могут варьироваться. Таким образом, размер является степенью двойки. По традиции он пишется после префикса IP-адреса в виде слэша и длины сетевой части в битах. В нашем примере префикс содержит 2 8адресов и поэтому для сетевой части отводится 24 бита. Пишется это так: 128.208.2.0/24.

Поскольку длина префикса не выводится из IP-адреса, протоколы маршрутизации вынуждены передавать префиксы на маршрутизаторы. Иногда префиксы задаются с помощью указания длины (например, «/16»). Длина префикса соответствует двоичной маске, в которой единицы указывают на сетевую часть. Такая маска называется маской подсети( subnet mask). Выполнение операции И между маской и IP-адресом позволяет выделить сетевую часть. В нашем примере (рис. 5.42) маска подсети выглядит так: 255.255.255.0. У

Рис. 5.42. Префикс IP-адреса и маска подсети

У иерархических адресов есть существенные преимущества и недостатки. Важное преимущество префиксов состоит в том, что маршрутизаторы могут направлять пакеты, используя только сетевую часть адреса, поскольку каждой сети соответствует свой уникальный адресный блок. Маршрутизатору не нужно учитывать часть адреса, задающую хост, так как пакеты для всех хостов одной сети передаются в одном направлении. Пакеты направляются на хосты только после того, как попадают в соответствующую сеть. В результате таблицы маршрутизации становятся гораздо меньше. Притом что число хостов в Интернете приближается к миллиарду, это очень существенное преимущество, так как иначе таблицы маршрутизации были бы невероятно большими. Но благодаря иерархии им приходится хранить маршруты лишь для 300 000 префиксов.

Хотя иерархия упрощает маршрутизацию в Интернете, она обладает двумя недостатками. Во-первых, IP-адрес хоста зависит от его местоположения в сети. Адреса Ethernet можно использовать в любой точке мира, а IP-адрес принадлежит конкретной сети, и поэтому маршрутизаторы могут доставить пакет, предназначенный для данного адреса, только в данную сеть. Для того чтобы хосты могли перемещаться из одной сети в другую, сохраняя свой IP-адрес, необходимы новые решения, такие как мобильный IP.

Второй недостаток состоит в том, что неправильная иерархия может привести к неэффективному использованию адресов. Если адреса приписываются сетям (слиш-

ком) крупными блоками, большое количество адресов будет выделено, но не будет использоваться. Если бы адресов было много, этот факт не имел бы такого значения. Однако уже более десяти лет назад стало ясно, что свободное адресное пространство в Интернете заполняется с невероятной скоростью. Протокол IPv6 решил эту проблему, но до тех пор, пока он не будет применяться повсеместно, эффективное выделение адресов будет вызывать серьезные затруднения.

Подсети

Во избежание конфликтов, номера сетям назначаются некоммерческой корпорацией по присвоению имен и номеров, ICANN( Internet Corporation for Assigned Names and Numbers). В свою очередь, ICANN передала полномочия по присвоению некоторых частей адресного пространства региональным органам, занимающимся выделением IP-адресов провайдерам и другим компаниям. Таким образом компании получают блоки IP-адресов.

Однако с этого история только начинается, так как с ростом компаний им требуются новые IP-адреса. Как мы уже говорили, маршрутизация по префиксу требует, чтобы у всех хостов сети был один и тот же номер сети. Это свойство IP-адресации может вызвать проблемы при росте сети. Например, представьте, что университет создал сеть с префиксом /16 из нашего примера, используемую факультетом информатики в качестве Ethernet. Год спустя факультету электротехники понадобилось подключиться к Интернету, а затем и факультету искусств. Какие IP-адреса будут использовать эти факультеты? Если запросить дополнительные блоки, то получится, что новые сети не будут частью сети университета; к тому же, это может быть дорого и неудобно. Более того, префикс /16 позволяет подключить более 60 000 хостов. Возможно, такой префикс был выбран с учетом того, что сеть может вырасти. Но пока этого не произошло, выделять университету новые блоки будет неэффективно. Требуется новая архитектура.

Проблема решилась предоставлением сети возможности разделения на несколько частей с точки зрения внутренней организации. Это называется разбиением на подсети( subnetting). Сети, полученные в результате разбиения крупной сети (например, локальные сети в сети Ethernet), называются подсетями( subnets). Как уже упоминалось в главе 1, подобное использование этого термина конфликтует со старым понятием «подсети», обозначающим множество всех маршрутизаторов и линий связи в сети.