Адреса и маски
Существует два варианта протокола IP- IPv4 и IPv6, отличающихся разрядностью сетевых адресов и возможностью назначения гибкого приоритета пакета. В одной и той же сети оба протокола могут сосуществовать, но пока таких сетей, где поддерживался бы протокол IPv6, достаточно мало. Более того, сети, с поддержкой и администрированием которых нам придется столкнуться, скорее всего, созданы не сегодня и, следовательно, построены на основе "старого" варианта IP - IPv4. В существующей литературе, если надо подчеркнуть, что речь идет об IPv6, указывают, что это именно этот вариант IP, а если пишут об IPv4, употребляют термин "IP".
Здесь и далее в этой книге речь пойдет об IPv4, но многие из изложенных принципов будут справедливы и тогда, когда все перейдут на IPv6.
Мы будем называть сетевым интерфейсом физическое или виртуальное (т.е. подразумеваемое или программно эмулируемое) устройство, которое способно выполнять функции приема пакетов данных от других подобных устройств и передачи им пакетов данных. Характерным примером сетевого интерфейса являются сетевые адаптеры (сетевые карты) и модемы.
Каждый сетевой интерфейс, осуществляющий прием и передачу пакетов по протоколу IP, должен иметь уникальный сетевой адрес. Под уникальным здесь понимается такой адрес, который в пределах данной IP-сети не принадлежит ни одному другому сетевому интерфейсу. Один интерфейс может иметь несколько IP-адресов, но один и тот же IP-адрес не может принадлежать разным сетевым интерфейсам.
В протоколе IP определено, что IP-адрес состоит из четырех байт и записывается в виде четырех десятичных чисел, отделенных друг от друга точками. Каждое число соответствует значению одного из этих байтов. IP-адреса объединены в блоки, которые называются сетями. В этом значении слово "сеть" употребляется реже, чем в более привычном значении "совокупность компьютеров и других сетевых устройств". Блоки адресов (сети) классифицированы по классам сетей, которые отличаются друг от друга особенностями маршрутизации.
Разбиение всего множества адресов на блоки последовательных адресов (например, 212.133.5.0-212.133.5.255) обусловлено тем, что в каждой точке сети должно быть известно, в каком направлении следует отправить пакет, адресованный сетевому интерфейсу с неким адресом. Промежуточные маршрутизаторы, которые объединяют большие сети и являются своеобразными "вокзалами" для пакетов, следующих из одного региона планеты в другой, не должны хранить записи о местоположении каждого сетевого интерфейса и маршруте следования к нему. Им достаточно знать, предположим, что пакет, следующий по адресу 212.133.5.13, следует отправлять туда же, куда и прочие пакеты из вышеуказанного диапазона адресов. Это же относится и к маршрутизаторам, объединяющим сеть среднего офиса с двумя-тремя диапазонами адресов, но всю тяжесть нагрузки легче представить на примере более загруженных систем.
Мы можем уподобить пакет транзитной посылке, которая следует из одного города в другой на разных поездах с несколькими "пересадками". На каждом из промежуточных вокзалов работники почты знают, в какую сторону следует отправить посылку, когда она проходит мимо них, но их совершенно не заботит, куда ее отправят на следующем вокзале: там об этом позаботятся сотрудники следующего почтового отделения.
Чтобы облегчить маршрутизаторам работу по запоминанию диапазонов адресов, были придуманы маски сетей, определяющие, какую часть IP-адреса занимает номер сети, а какую - номер компьютера1) в этой сети. Фактически, номер компьютера нужен только тому маршрутизатору, к которому непосредственно подключена локальная сеть, в которой находится компьютер - адресат пакета. В отличие от номера компьютера, номер сети используется всеми промежуточными маршрутизаторами, которые передают пакет друг другу от места отправки до места назначения.
Рассмотрим, как используется маска сети, на примере. Представим себе сеть, состоящую из трех сегментов. В каждом из них - по 40 компьютеров. Для того, чтобы снабдить уникальными адресами каждый из них, нам понадобится 120 адресов.
Стало быть, мы можем назначить для каждой подсети свой диапазон адресов. Выберем три диапазона так, чтобы в каждом из них было не менее 40 доступных адресов: 192.168.0.0-192.168.0.63, 192.168.0.64-192.168.0.127 и 192.168.0.128-192.168.0.191. адреса сетей в целом и широковещательные адреса включены в диапазоны.
Компьютерам, которые находятся в одном сегменте, мы присваиваем адреса только из одного диапазона. Теперь наша задача - объяснить маршрутизатору, через какие сетевые интерфейсы следует передавать пакеты в каждый из сегментов, и именно здесь нам поможет маска сети. У нас есть совершенно неизменная часть адресов в нашей сети - 192.168.0. Эти три байта адреса одинаковы для всех компьютеров нашей сети. Видно, что адреса в разных диапазонах отличаются значением последнего байта. Отметим, что адреса первого диапазона в двух старших битах этого байта имеют нули (действительно, двоичное представление чисел до 63 включительно дает значения от 00000000 до 00111111, старшие два бита выделены жирным шрифтом). Во втором диапазоне в упомянутых битах содержится 01: значения от 64 до 127 представляются в двоичном виде числами от 01000000 до 01111111. Аналогично, третий диапазон дает нам двоичные числа от 10000000 до 10111111. Выделенные биты разнятся между диапазонами, но одинаковы в пределах диапазона. Значение этих двух битов (их может быть больше, это зависит от числа диапазонов - подсетей, на которые разбита сеть) принято называть номером подсети; первый диапазон называют нулевой подсетью, второй - первой подсетью и т.д., смотря по значению этих битов.
Для того чтобы сообщить маршрутизатору, что к его первому сетевому адаптеру присоединена нулевая подсеть, ко второму - первая и к третьему - вторая, мы должны всего лишь указать маску сети на каждом из его сетевых интерфейсов. Договорились считать номером сети в IP-адресе значения тех битов, которые в маске имеют двоичное значение "1". стало быть маска сети, разделенной на четыре подсети, будет иметь значение 255.255.255.192.
Почему значение последнего байта маски - 192? Потому, что 11000000 двоичное дает именно десятичное 192. Почему мы делим сеть на четыре подсети, хотя речь шла о трех диапазонах? Дело в том, что сеть можно разделить только на такое количество подсетей, которое кратно степени двойки. Поэтому вместо трех подсетей приходится брать ближайшее большее их количество.
Теперь остается назначить каждому интерфейсу маршрутизатора адреса из диапазона той подсети, которая присоединена к этому интерфейсу, и насладиться его четкой работой по пересылке пакетов между интерфейсами.
