Классы адресов
По традиции все IP-адреса подразделены на пять классов, показанных на рис. 2.4. Адреса класса D используются для группового вещания, а класс Е зарезервирован для будущих расширений. Остальные классы - А, В и С – предназначены для адресации отдельных сетей и хостов.
Рис. 2.4. Классы IP - адресов
Класс адреса определяется числом начальных единичных битов. У адресов класса А вообще нет бита 1 в начале, у адресов класса В - один такой бит, у адресов класса С - два и т.д. Идентификация класса адреса чрезвычайно важна, поскольку от этого зависит интерпретация остальных битов адреса.
Остальные биты любого адреса классов А, В и С разделены на две группы. Первая часть любого адреса представляет собой идентификатор сети, вторая -идентификатор хоста внутри этой сети.
Примечание: Биты идентификации класса также считаются частью идентификатора сети. Так, 130.50.10.200 - это адрес класса В, в котором идентификатор сети равен 0x8232.
Смысл разбивки адресного пространства на классы в том, чтобы обеспечить необходимую гибкость, не теряя адресов. Например, класс А позволяет адресовать сети с огромным (16777214) количеством хостов.
Примечание: Существует 224, или 16777216 возможных идентификаторов хостов, но адрес 0 и адрес, состоящий из одних единиц, имеют специальный смысл. Адрес из одних единиц - это широковещательный адрес. IP-датаграммы, посланные по этому адресу, доставляются всем хостам в сети. Адрес 0 означает «этот хост»и используется хостом как адрес источника, которому в ходе процедуры начальной загрузки необходимо определить свой истиннный сетевой адрес. Поэтому число хостов в сети всегда равно 2^n - 2, где n - число бит в части адреса, относящейся к хосту.
Поскольку в адресах класса А под идентификатор сети отводятся 7 бит, то всего существует 128 сетей класса А.
Примечание: Как и в случае идентификаторов хостов, два из этих адресов зарезервированы. Адрес 0 означает «эта сеть» и, аналогично хосту 0, используется для определения адреса сети в ходе начальной Р загрузки. Адрес 127 - это адрес «собственной» сети хоста. Датаграммы, адресованные сети 127, не должны покидать хост отправитель. Часто этот адрес называют «возвратным» (loopback) адресом, поскольку отправленные по нему датаграммы «возвращаются» на тот же самый хост.
На другом полюсе располагаются сети класса С. Их очень много, но в каждой может быть не более 254 хостов. Таким образом, адреса класса А предназначены для немногих гигантских сетей с миллионами хостов, тогда как адреса класса С - для миллионов сетей с небольшим количеством хостов.
В табл. 2.1 показано, сколько сетей и хостов может существовать в каждом классе, а также диапазоны допустимых адресов. Будем считать, что сеть 127 принадлежит классу А, хотя на самом деле она, конечно, недоступна для адресации.
Таблица 2.1. Число сетей, хостов и диапазоны адресов для классов А, В и С
|
Класс |
Сети |
Хосты |
Диапазон адресов |
|
A |
127 |
16777214 |
0.0.0.1-127.255.255.255 |
|
B |
16384 |
65534 |
128.0.0.0-191.255.255.255 |
|
C |
2097252 |
254 |
192.0.0.0-223.255.255.255 |
Примечание: В действительности, как отмечается в работе [Huitema 1995], в исходном проекте фигурировали только адреса, которые теперь относятся к классу А. Подразделение на три класса былосделано позже, чтобы иметь более 256 сетей
Появление дешевых, повсеместно применяемых персональных компьютеров привело к значительному росту числа сетей и хостов. Нынешний размер Internet намного превосходит ожидания его проектировщиков.
Такой рост выявил некоторые недостатки классов адресов. Прежде всего, число хостов в классах А и В слишком велико. Вспомним, что идентификатор сети, как предполагалось, относится к физической сети, например локальной. Но никто не станет строить физическую сеть из 65000 хостов, не говоря уже о 16000000. Вместо этого большие сети разбиваются на сегменты, взаимосвязанные маршрутизаторами.
В качестве простого примера рассмотрим два сегмента сети, изображенной
на рис. 2.5.
Рис. 2.5. Сеть из двух сегментов
Если хосту H1 нужно обратиться к хосту Н2, то он получает физический адрес, соответствующий IP-адресу Н2 (используя для этого метод, свойственный данной реализации физической сети), и помещает датаграмму «на провод».
А если хосту H1 необходимо обратиться к хосту Н3? Напрямую послать датаграмму невозможно, даже если известен физический адрес получателя, поскольку H1 и Н3 находятся в разных сетях. Поэтому H1 должен отправить датаграмму через маршрутизатор R1. Если у двух сегментов разные идентификаторы сетей, то H1 по своей маршрутной таблице определяет, что пакеты, адресованные сегменту 2, обрабатываются маршрутизатором R1, и отправляет ему датаграмму в предположении, что тот переправит ее хосту Н3.
Итак, можно назначить двум сегментам различные идентификаторы сети. Но есть и другие решения в рамках системы адресных классов. Во-первых, маршрутная таблица хоста H1 может содержать по одному элементу для каждого хоста в сегменте 2, который определит следующего получателя на пути к этому хосту - R1. Такая же таблица должна размещаться на каждом хосте в сегменте 1. Аналогичные таблицы, описывающие достижимость хостов из сегмента 1, следует поместить на каждом хосте из сегмента 2. Очевидно, такое решение плохо масштабируется при значительном количестве хостов. Кроме того, маршрутные таблицы придется вести вручную, что очень скоро станет непосильной задачей для администратора. Поэтому на практике такое решение почти никогда не применяется
Во-вторых, можно реализовать ARP-прокси (proxy ARP) таким образом, что - бы R1 казался для хостов из сегмента 1 одновременно Н3, Н4 и Н5, а для хостов из сегмента 2 – H1, H2 и R2.
Примечание: Агента ARP в англоязычной литературе еще называют promiscuous ARP (пропускающий ARP) или ARP hack (трюк ARP).
Это решение годится только в случае, когда в физической сети используется протокол ARP (Address Resolution Protocol - протокол разрешения адресов) для отображения IP-адресов на физические адреса. В соответствии с ARP хост, которому нужно получить физический адрес, согласующийся с некоторым IP-адресом, должен послать широковещательное сообщение с просьбой хосту, обладающему данным IP-адресом, выслать свой физический адрес. ARP-запрос получают все хосты в сети, но отвечает только тот, IP-адрес которого совпадает с запрошенным.
Если применяется агент ARP, то в случае, когда хосту H1 необходимо послать IP-датаграмму НЗ, физический адрес которого неизвестен, он посылает ARP-запрос физического адреса Н3. Но Н3 этот запрос не получит, поскольку находится в другой сети. Поэтому на запрос отвечает его агент - R1, сообщая свой собственный адрес. Когда R1 получает датаграмму, адресованную Н3, он переправляет ее конечному адресату. Все происходит так, будто Н3 и H1 находятся в одной сети.
Как уже отмечалось, агент ARP может работать только в сетях, которые используют протокол ARP и к тому же имеют сравнительно простую топологию. Подумайте, что случится при наличии нескольких маршрутизаторов, соединяющих сегменты 1 и 2.
Из вышесказанного следует, что общий способ организовать сети с несколькими сегментами - это назначить каждому сегменту свой идентификатор сети. Но у этого решения есть недостатки. Во-первых, при этом возможна потеря многих адресов в каждой сети. Так, если у любого сегмента сети имеется свой адрес класса В, то большая часть IP-адресов просто не будет использоваться.
Во-вторых, маршрутная таблица любого узла, который направляет датаграммы напрямую в комбинированную сеть, должна содержать по одной записи для каждого сегмента. В указанном примере это не так страшно. Но вообразите сеть из нескольких сотен сегментов, а таких сетей может быть много. Понятно, что размеры маршрутных таблиц станут громадными.
Примечание: Эта проблема более серьезна, чем может показаться на первый взгляд. Объем памяти маршрутизаторов обычно ограничен, и нередко маршрутные таблицы размещаются в памяти специального назначения на сетевых картах. Реальные примеры отказа маршрутизаторов из-за роста маршрутных таблиц рассматриваются в работе [Huitema 1995].
Обратите внимание, что эти проблемы не возникают при наличии хотя бы одного идентификатора сети. IP-адреса не остаются неиспользованными, поскольку при потребности в новых хостах можно всегда добавить новый сегмент. С другой стороны, так как имеется лишь один идентификатор сети, в любой маршрутной таблице необходима всего одна запись для отправки датаграмм любому хосту в этой сети.
