English
Поиск по сайту
Новости AKTAKOM(535)
Новости Anritsu(116)
Новости Fluke(134)
Новости Keithley(78)
Новости Keysight Technologies(619)
Новости Metrel(22)
Новости National Instruments(265)
Новости NIST(0)
Новости Pendulum(20)
Новости Rigol(86)
Новости Rohde & Schwarz(521)
Новости Tektronix(210)
Новости Texas Instruments(21)
Новости Yokogawa(105)
Новости Росстандарта(139)
АКТАКОМ
Anritsu
FLUKE
Keithley Instruments
Keysight Technologies
METREL
NI
NIST
RIGOL
Rohde & Schwarz
Spectracom
Tektronix
Texas Instruments
Yokogawa
Росстандарт
Авторизация
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?
Зарегистрироваться
Реклама на сайте
АКТАКОМ - Измерительные приборы, виртуальные приборы, паяльное оборудование, промышленная мебель
АКТАКОМ – победитель конкурса "Best in Test"!

IP-адрес (Internet Protocol Address)

Об Энциклопедии измерений
Поиск:  

IP-адрес (Internet Protocol Address)

IP-адрес (Internet Protocol Address) — уникальный сетевой адрес узла в компьютерной сети, построенной по протоколу IP. В сети Интернет требуется глобальная уникальность адреса, в случае работы в локальной сети требуется уникальность адреса в пределах сети.

Internet Protocol — межсетевой протокол. Относится к маршрутизируемым протоколам сетевого уровня семейства TCP/IP.

Форматы адреса

IPv4 (Internet Protocol version 4) — четвёртая версия IP протокола, первая широко используемая.

IPv4 использует 32-битные адреса, ограничивающие адресное пространство 232 возможными уникальными адресами.

Представление адреса

Для удобства работы с IP – адресами 32- разрядную последовательность обычно разделяют на 4 части по 8 бит (на октеты), каждый октет переводят в десятичное число и при записи разделяют эти числа точками. В таком виде (это представление называется «dotted-decimal notation») IP.

Значение крайнего правого бита в октете – 1, значения остальных, справа налево – 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 128.

Чтобы определить значение октета, нужно сложить значения позиций, где присутствует двоичная единица.

Таким образом, значение каждого из четырех октетов находится в диапазоне от 0 до 255. IP адрес делится а две части: идентификатор сети и узла (определяет узел TCP/IP).

Формат IP-адреса

Иерархическая структура IP-адресов представлена ниже:

Классы IP – адресов и маски подсети по умолчанию

IP-адрес и маска подсети совместно определяют то, какая часть IP-адреса является сетевой, а какая – соответствует адресу узла.

IP-адреса разделяются на 5 классов: A, B, C, D, E.

У адресов класса A старший бит установлен 0. Длина сетевого префикса - 8 бит. Для номера узла выделяется 3 байта (24 бита).

Адреса класса A

У адресов класса B два старших бита установлены в 1 и 0 соответственно. Длина сетевого префикса - 16 бит. Поле номера узла тоже имеет длину 16 бит. Класс B предназначен для применения в сетях среднего размера.

Адреса класса B

У адресов класса C три старших бита установлены в 1, 1 и 0 соответственно. Префикс сети имеет длину 24 бита, номер узла - 8 бит. Класс C предназначен для сетей с небольшим количеством узлов.

Адреса класса C

Адреса класса D представляют собой специальные адреса, не относящиеся к отдельным сетям. Первые 4 бита этих адресов равны 1110. Таким образом, значение первого октета этого диапазона адресов находится в пределах от 224 до 239. Адреса класса D используются для многоадресатных пакетов, с помощью которых во многих разных протоколах данные передаются многочисленным группам хостов. Эти адреса можно рассматривать как заранее запрограммированные в логической структуре большинства сетевых устройств.

Адреса класса D

Адреса в диапазоне 240.0.0.0 - 255.255.255.255 называются адресами класса E. Первый октет этих адресов начинается с битов 1111. Эти адреса зарезервированы для будущих дополнений в схеме адресации IP. Но возможность того, что эти дополнения когда-либо будут приняты, находится под вопросом, поскольку уже появилась версия 6 протокола IP (IPv6).

Адреса класса E

Характеристики адресов разного класса

Класс адреса Формат записи (N-сеть, H-узел) Старшие биты Границы адресов Маска подсети по умолчанию Количество битов в адресе сети/ узле Максимальное количество сетей Максимальное количество узлов Максимальное количество узлов

A

N.H.H.H

0

1.0.0.0 - 127.0.0.0

255.0.0.0

8/24

27-2

224-2

224-2

B

N.N.H.H

10

128.0.0.0 - 191.255.0.0

255.255.0.0

16/16

214

216-2

216-2

C

N.N.N.H

110

192.0.0.0 - 223.255.255.0

255.255.255.0

24/8

221

28-2

28-2

D

-

1110

224.0.0.0 - 239.255.255.255

-

-

-

-

-

E

-

11110

240.0.0.0 - 254.255.255.255

-

-

-

-

-

Классовая и бесклассовая адресация

Классовая IP адресация — это метод IP-адресации, который не позволяет рационально использовать ограниченный ресурс уникальных IP-адресов, т.к. не возможно использование различных масок подсетей. В классовом методе адресации используется фиксированная маска подсети, поэтому класс сети (см. выше) всегда можно идентифицировать по первым битам.

Бесклассовая IP адресация (Classless Inter-Domain Routing – CIDR) — это метод IP-адресации, который позволяет рационально управлять пространством IP адресов. В бесклассовом методе адресации используются маски подсети переменной длины (variable length subnet mask — VLSM).

Возможные значения масок подсети при бесклассовом методе адресации (широко применяется в современных сетях):

Всего адресов битов Префикс Класс Десятичная маска

1

0

/32


255.255.255.255

2

1

/31


255.255.255.254

4

2

/30


255.255.255.252

8

3

/29


255.255.255.248

16

4

/28


255.255.255.240

32

5

/27


255.255.255.224

64

6

/26


255.255.255.192

128

7

/25


255.255.255.128

256

8

/24

1C

255.255.255.0

512

9

/23

2C

255.255.254.0

1024

10

/22

4C

255.255.252.0

2048

11

/21

8C

255.255.248.0

4096

12

/20

16C

255.255.240.0

8192

13

/19

32C

255.255.224.0

16384

14

/18

64C

255.255.192.0

32768

15

/17

128C

255.255.128.0

65536

16

/16

1B

255.255.0.0

131072

17

/15

2B

255.254.0.0

262144

18

/14

4B

255.252.0.0

524288

19

/13

8B

255.248.0.0

1048576

20

/12

16B

255.240.0.0

2097152

21

/11

32B

255.224.0.0

4194304

22

/10

64B

255.192.0.0

8388608

23

/9

128B

255.128.0.0

16777216

24

/8

1A

255.0.0.0

33554432

25

/7

2A

254.0.0.0

67108864

26

/6

4A

252.0.0.0

134217728

27

/5

8A

248.0.0.0

268435456

28

/4

16A

240.0.0.0

536870912

29

/3

32A

224.0.0.0

1073741824

30

/2

64A

192.0.0.0

2147483648

31

/1

128A

128.0.0.0

4294967296

32

/0

256A

0.0.0.0

Адреса одноадресных, широковещательных и многоадресных рассылок

Помимо классов, IP-адреса делятся на категории, предназначенные для одноадресных, широковещательных или многоадресных рассылок. С помощью IP-адресов узлы могут обмениваться данными в режиме «один к одному» (одноадресная рассылка), «один ко многим» (многоадресная рассылка) или «один ко всем» (широковещательная рассылка).

Одноадресная рассылка

Пакет с одноадресным назначением предназначен конкретному узлу. Пример: узел с IP-адресом 192.168.1.5 (источник) запрашивает веб-страницу с сервера с IP-адресом 192.168.1.200 (адресат).

Для отправки и приема одноадресного пакета в заголовке IP-пакета должен указываться IP-адрес назначения. Кроме того, в заголовке кадра Ethernet должен быть MAC-адрес назначения. IP-адрес и MAC-адрес – это данные для доставки пакета одному узлу.

Широковещательная рассылка

В пакете широковещательной рассылки содержится IP-адрес назначения, в узловой части которого присутствуют только единицы (1). Это означает, что пакет получат и обработают все узлы в локальной сети (домене широковещательной рассылки).

В сети класса C 192.168.1.0 с маской подсети по умолчанию 255.255.255.0 используется адрес широковещательной рассылки 192.168.1.255. Узловая часть – 255 или двоичное 11111111 (все единицы).

В сети класса B 172.16.0.0 с маской подсети по умолчанию 255.255.0.0 используется адрес широковещательной рассылки 172.16.255.255.

В сети класса A 10.0.0.0 с маской подсети по умолчанию 255.0.0.0 используется адрес широковещательной рассылки 10.255.255.255.

Для сетевого IP-адреса широковещательной рассылки нужен соответствующий MAC-адрес в кадре Ethernet. В сетях Ethernet используется MAC-адрес широковещательной рассылки из 48 единиц, который в шестнадцатеричном формате выглядит как FF-FF-FF-FF-FF-FF.

Многоадресная рассылка

Адреса многоадресных рассылок позволяют исходному устройству рассылать пакет группе устройств.

Устройства, относящиеся к многоадресной группе, получают ее IP-адрес. Диапазон таких адресов – от 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Поскольку адреса многоадресных рассылок соответствуют группам адресов (которые иногда называются группами узлов), они используются только как адресаты пакета. У источника всегда одноадресный адрес.

Как и одноадресным или широковещательным адресам, IP-адресам многоадресной рассылки нужен соответствующий MAC-адрес, позволяющий доставлять кадры в локальной сети. MAC-адрес многоадресной рассылки – это особое значение, которое в шестнадцатеричном формате начинается с 01-00-5E. Нижние 23 бита IP-адреса многоадресной группы преобразуются в остальные 6 шестнадцатеричных символов адреса Ethernet. Пример: шестнадцатеричное значение 01-00-5E-0F-64-C5. Каждому шестнадцатеричному символу соответствует 4 двоичных бита.

Структура пакета

Пакет IP содержит 14 полей, из которых 13 являются обязательными. Четырнадцатое поле предназначено для необязательных опций. Поля используют порядок байтов от старшего к младшему, старшие биты идут первыми. Первый бит имеет номер 0. Таким образом, например, поле с версией находится в четырех старших битах первого байта.

Смещение в битах 0–3 4–7 8–13 14-15 16–18 19–31

0

Версия

Размер заголовка

Differentiated Services Code Point

Explicit Congestion Notification

Размер пакета

32

Идентификатор

Флаги

Смещение фрагмента

64

Время жизни

Протокол

Контрольная сумма заголовка

96

Адрес источника

128

Адрес назначения

160

Опции (если размер заголовка > 5)

160
или
192+


Данные

Версия

Первым полем пакета является версия протокола размером в четыре бита. Для IPv4 это 4.

Размер заголовка

Следующие четыре бита содержат размер заголовка пакета в 32-х битных словах. Поскольку число опций не постоянно, указание размера важно для отделения заголовка от данных. Минимальное значения равно 5 (5×32=160 бит, 20 байт), максимальное — 15 (60 байт).

Differentiated Services Code Point (DSCP)

Изначально называлось «тип обслуживания» (Type of Service, ToS), в настоящее время определяется RFC2474 как «Differentiated Services». Используется для разделения трафика на классы обслуживания, например для установки чувствительному к задержкам трафику, такому как VoIP большего приоритета.

Указательперегрузки (Explicit Congestion Notification, ECN)

Предупреждение о перегрузке сети без потери пакетов. Является необязательной функцией и используется только если оба хоста ее поддерживают.

Размер пакета

16-битный полный размер пакета в байтах, включая заголовок и данные. Минимальный размер равен 20 байтам (заголовок без данных), максимальный — 65535 байт. Хосты обязаны поддерживать передачу пакетов размером не менее 576 байт, но современные реализации обычно поддерживают гораздо больший размер. Пакеты большего размера, чем поддерживает канал связи, фрагментируются.

Идентификатор

Преимущественно используется для идентификации фрагментов пакета если он был фрагментирован. Существуют эксперименты по его использованию для других целей, таких как добавление информации о трассировке пакета для упрощения отслеживания пути пакета с подделанным адресом источника.

Флаги

Поле размером три бита содержащее флаги контроля над фрагментацией. Биты, от старшего к младшему, означают:

  • 0: Зарезервирован, должен быть равен 0.
  • 1: Не фрагментировать
  • 2: У пакета еще есть фрагменты

Если установлен флаг «не фрагментировать», то в случае необходимости фрагментации такой пакет будет уничтожен. Может использоваться для передачи данных хостам, не имеющим достаточных ресурсов для обработки фрагментированных пакетов.

Флаг «есть фрагменты» должен быть установлен в 1 у всех фрагментов пакета, кроме последнего. У нефрагментированных устанавливается в 0 — такой пакет считается собственным последним фрагментом.

Смещение фрагмента

Поле размером в 13 бит, указывает смещение текущего фрагмента от начала передачи фрагментированного пакета в блоках по 8 байт. Позволяет 213×8=65536 байт смещения, что превышает максимальный размер пакета.

«Время жизни» (Time to Live, TTL) пакета.

Позволяет предотвратить закольцовывание пакетов в сети путем уничтожения пакетов, превысивших время жизни. Указывается в секундах, интервалы менее секунды округляются до одной секунды. На практике каждый маршрутизатор уменьшает время жизни пакетов на единицу (что справедливо при существующих типичных задержках в сети). Пакеты, время жизни которых стало равно нулю уничтожаются, а отправившему посылается сообщение ICMP Time Exceeded. На отправке пакетов с разным временем жизни основана трассировка их пути прохождения.

Протокол

Указывает, данные какого протокола содержит пакет (например, TCP или ICMP).

Контрольная сумма заголовка

16-битная контрольная сумма, используемая для проверки целостности заголовка. Каждый хост или маршрутизатор сравнивает контрольную сумму заголовка со значением этого поля и отбрасывает пакет, если они не совпадают. Целостность данных IP не проверяет — она проверяется протоколами более высоких уровней (такими, как TCP или UDP), которые тоже используют контрольные суммы.

Поскольку TTL уменьшается на каждом шаге прохождения пакета, сумма тоже должна вычисляться на каждом шаге. Метод пересчета контрольной суммы определен в RFC1071.

Адрес источника

32-х битный адрес отправителя пакета. Может не совпадать с настоящим адресом отправителя из-за трансляции адресов.

Адрес назначения

32-х битный адрес получателя пакета.

Опции

За адресом назначения может следовать поле дополнительных опций, но оно используется редко. Размер заголовка в этом случае должен быть достаточным чтобы вместить все опции (с учетом дополнения до целого числа 32-х битных слов).

Если список опций не является концом заголовка, он должен оканчиваться опцией 0x00. Опции имеют следующий формат:

Поле Размер в битах Описание
Копировать

1

Устанавливается в 1, если требуется копировать опции в заголовки всех фрагментов.
Класс опции

2

0 для «управляющих» опций и 2 для опций «измерений и отладки». 1 и 3 зарезервированы.
Номер опции

5

Указывает опцию.
Размер опции

8

Указывает размер опции (с учетом этого поля). Может не указываться для опций без аргументов.
Аргументы опции

Переменный

Дополнительные данные, используемые опцией.
  • Замечание: Размер заголовка более 5 указывается на присутствие опций и необходимость их обработки.
  • Замечание: Поля «копировать», «класс опции» и «номер опции» иногда называют одним восьмибитным полем «тип опции».

Сравнение протоколов IP версии 4 (IPv4) и IP версии 6 (IPv6)

Более двадцати лет назад в IPv4 была предложена стратегия адресации, которая, будучи вполне подходящей для того времени, привела к неэффективному распределению адресов.

Адреса классов А и В покрывают 75% всего адресного пространства IPv4, но относительное число организаций, которые могли бы использовать сети этих классов, не превышает 17000. Сетей класса С значительно больше, чем сетей классов А и В, но количество доступных IP-адресов ограничивается всего 12,5% от их общего числа, равного 4 млрд.

В сетях класса С не может быть более 254 узлов, что не соответствует потребностям достаточно крупных организаций, но которые вместе с тем не настолько велики, чтобы получить адреса классов А и В. Даже если бы существовало больше адресов сетей классов А, В и С, слишком большое их число привело бы к тому, что маршрутизаторы сети Internet были бы вынуждены обрабатывать огромное количество таблиц маршрутизации, хранящих маршруты ко всем сетям.

За последние два десятилетия был разработан ряд технологий, расширяющих IPv4 и направленных для модернизации существующей 32-битовой схемы адресации. Две наиболее значительные из них — это маски подсетей и маршрутизация CIDR (Classless InterDomain Routing — бесклассовая междоменная маршрутизация).

Приблизительно в то же время была разработана и одобрена еще более расширяемая и масштабируемая версия технологии IP — IP версии 6 (IPv6). Протокол IPv6 использует для адресации 128 битов вместо 32-х битов в IPv4 (см. рис. ниже). В стандарте IPv6 используется шестнадцатеричная запись числа для представления 128-битовых адресов, и он позволяет использовать 16 млрд. IP-адресов. Эта версия протокола IP должна обеспечить необходимое количество адресов как на текущий момент, так и в будущем.

Для представления 128-битового адреса в протоколе IPv6 используется запись из восьми шестнадцатибитовых чисел, представляемых в виде четырех шестнадцатеричных цифр, как это показано на рис. ниже. Группы из четырех шестнадцатеричных цифр разделены двоеточиями, нули в старших позициях могут быть опущены.

В перспективе стандарт IPv6 должен заменить IPv4 в качестве доминирующего протокола в сети Internet.

Источники информации:

  1. К. Е. Самуйлов, Д. С. Кулябов Учебно-методическое пособие по курсу “Сети и системы телекоммуникаций”, М. Издательство Российского университета дружбы народов, 2002г
  2. Основы компьютерных сетей
  3. Таненбаум Э. Компьютерные сети. - Спб.: Питер, 2003
  4. Википедия - свободная энциклопедия

Возврат к списку

Свежий номер
№ 4 Август 2020
КИПиС 2020 № 4
Тема номера:
Современная измерительная техника
Подписаться на журнал
WEB-приложение для подписчиков журнала
События из истории измерений
01.10.1900
Дата основания
Конвертер единиц измерения