Файл: Ipадресация и ipv4.docx

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

РГР

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Информационные сети»

на тему: IP-адресация и IPv4.

Факультет: АВТ Преподаватель: Мищенко П.В.
Группа:
Студент:

Новосибирск 2023 г.

Содержание

Введение

Интернет прочно вошел в повседневную жизнь современного человека. С его помощью всегда можно отыскать нужную информацию, сделать в любое время видеозвонок, оплатить различные услуги. Благодаря Интернету появились практически безграничные возможности во всех областях жизни.

IP-адрес используется в Интернете непосредственно для связи между различными устройствами. Например, между сайтом Яндекса и вашим компьютером. Или между вами и другим игроком в Minecraft.

IP-адрес назначается каждому сетевому устройству, и делает это ваш провайдер. Разумеется, для того, чтобы назначить IP-адрес, надо как-то отличить ваше устройство от устройства вашего соседа, и вот тут как раз нам необходим MAC-адрес, который зашил в устройство производитель.

Проще говоря, IP-адрес – это надстройка над MAC-адресом, которую делает ваш оператор для обеспечения вас связью. И если в теории ваш MAC-адрес с вами навсегда (пока не смените свой ноутбук, компьютер или телефон), то ваш IP-адрес, как правило, постоянно меняется. Он меняется в зависимости от места подключения, времени подключения и условий подключения, и, конечно, вашего оператора.

Цель работы: изучить IP-адресацию и IPv4.

Задачи работы:

• 
  изучить понятие IP-сети и их особенности и механизм адресации
  
• 
  изучить маски подсети: назначение и применение;
  
• 
  изучить интернет протокол версии 4, выявить основные неполадки и разработать некоторые рекомендации по их устранению.
  

---

1. IP-сети: устройство, адресация и особенности

1.1 Понятие и особенности

IP-адрес – это уникальный адрес, идентифицирующий устройство в интернете или локальной сети 4. IP означает «Интернет-протокол» – набор правил, регулирующих формат данных, отправляемых через интернет или локальную сеть.

По сути, IP-адрес – это идентификатор, позволяющий передавать информацию между устройствами в сети: он содержит информацию о местоположении устройства и обеспечивает его доступность для связи. IP-адреса позволяют различать компьютеры, маршрутизаторы и веб-сайты в интернете и являются важным компонентом работы интернета.

IP-адрес – это строка чисел, разделенных точками. IP-адреса представляют собой набор из четырех чисел, например, 192.158.1.38. Каждое число в этом наборе принадлежит интервалу от 0 до 255. Таким образом, полный диапазон IP-адресации – это адреса от 0.0.0.0 до 255.255.255.255.

IP-адреса не случайны: они рассчитываются математически и распределяются Администрацией адресного пространства Интернета (Internet Assigned Numbers Authority, IANA), подразделением Корпорации по присвоению имен и номеров в Интернете (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers, ICANN).

ICANN – это некоммерческая организация, основанная в США в 1998 году с целью поддержки безопасности интернета и обеспечения его доступности для всех пользователей 1. Каждый раз, когда кто-либо регистрирует домен в интернете, он пользуется услугами регистратора доменных имен, который платит ICANN небольшой сбор за регистрацию домена.

Компьютерам, серверам и роутерам в интернете нужно понимать, куда отправлять данные, чтобы они не потерялись в паутине проводов и прочих вайфаев по пути с какого-нибудь американского хранилища «Ютуба» в браузер в Новосибирске. Один из помощников в этом деле — IP-адрес. Он представляет собой что-то вроде дорожного указателя, маяка, который содержит данные о месте конкретного устройства в структуре Глобальной сети.

Чтобы узнать IP-адрес вашего устройства, можно открыть терминал и ввести ipconfig в Windows или ifconfig в macOS и Linux (рисунок 1).



Рисунок 1 – Терминал Windows
Чаще всего это четыре числа, которые разделены между собой точками (такой формат поддерживается в протоколе IPv4).

---

Каждое из чисел в адресе — это восьмизначное двоичное число, или октет. Оно может принимать значения от 0000 0000 до 1111 1111. Или же от 0 до 255 в десятичной системе счисления — то есть 256 разных значений.

Получается, диапазон IP-адресов стартует с 0.0.0.0 и заканчивается 255.255.255.255. Если посчитать количество всех адресов в этом диапазоне, получится 4 294 967 296.

Формат адресов IPv4 — не единственный, хоть и один из самых популярных в интернете. Есть ещё стандарт IPv6 — его адреса состоят уже из 128 битов (в IPv4 — 32 бита). Таким образом, IPv6 позволяет пронумеровать 2128 устройств (по 300 миллионов на каждого жителя Земли).

Ниже будет говориться только об IPv4, однако эти принципы хорошо ложатся и на IPv6.

1.2 Механизм адресации

На самом деле IP-адрес — это чуть больше, чем просто набор чисел. Он всегда состоит из двух частей: номера хоста (устройства) и номера сети.

Например, IPv4-адрес 192.168.1.34 состоит из таких смысловых частей (рисунок 2).



Рисунок 2 – Описание смысловой части IP
В нём первые три числа означают номер сети, а четвёртое — номер хоста (то есть вашего устройства). Все устройства, идентификаторы которых начинаются с 192.168.1, находятся в одной сети (рисунок 3).



Рисунок 3 – Схема одной сети
Устройство, идентификатор которого начинается, например, с 192.168.2, будет принадлежать к другой сети и не сможет связываться с устройствами из сети 192.168.1. Чтобы это сделать, понадобится роутер, который соединит две сети между собой.

Он будет мостом, по которому данные переходят из одной сети в другую. Если же говорить техническим языком, то роутер — это сеть более высокого уровня, которая объединяет несколько подсетей. Со стороны это будет выглядеть так, будто у роутера есть устройства, которым он передаёт данные и которые могут связываться между собой (рисунок 4).



Рисунок 4 – Схема двух сетей
Номер сети может храниться не только в первых трёх октетах, но и в первых двух или даже в одном. Остальные числа — это номера устройств в сети.

Чтобы компьютер понимал, какие октеты обозначают сеть, а какие — компьютеры и роутеры, используют несложный механизм. Первые несколько битов в двоичном представлении IP-адреса фиксируются, считываются компьютером и автоматически распознаются — это похоже на конструкцию switch вязыках программирования:

---

1. Если первый бит — это 0, значит, компьютер имеет дело с большой сетью, на которую указывает только одно, самое первое число 11.

При этом первый бит у нас уже зарезервирован под такой «свитч», поэтому всего таких сетей может быть 128 (от нуля до 127), а устройств в них — более 16 миллионов (рисунок 5).



Рисунок 5 – IP-адреса большой сети
2. Если первые два бита — это 10 (то есть 2 в десятичной системе счисления), значит, IP-адрес принадлежит к средней сети и использует два числа как указатель на неё 11.

У такого адреса уже зарезервировано два первых бита, а значит, для номера сети остаётся только 14 битов — это более 16 тысяч сетей и более 65 тысяч устройств (рисунок 6).



Рисунок 6 - IP-адреса средней сети
3. Если первые три бита — это 110, значит, компьютеру попался IP-адрес из маленькой сети, в качестве указателей на которую используются только три первых числа.

Всего таких сетей существует более двух миллионов, а подключаемых устройств в каждой — 256. Диапазон значений — от 192.0.0.0 и до 223.255.255.0 (223 — потому что у нас зарезервировано три бита).

Все эти виды IP-адресов имеют свои названия: класс A, B и C 10. Класс А — это большие сети, B и C — средние и маленькие 10. Кроме них существуют ещё сети класса D и E. В них входят зарезервированные адреса — например, 127.0.0.0 или 192.168.X.X. Первый указывает сам на себя — когда он отправляет данные по этому адресу, они тут же приходят обратно (его ещё называют localhost). А второй — это стандартный идентификатор интернет-модемов и Wi-Fi-роутеров.

Бывает, что хостов в сети больше, чем доступных IP-адресов, — в современном интернете дела обстоят именно так. В этом случае интернет-провайдеры выдают устройствам адреса формата IPv6. При этом адрес IPv4 можно легко переделать в формат IPv6, а вот в обратную сторону это уже не работает.

Однако не все интернет-провайдеры перешли на новую версию IP-адресов, и это создало новую проблему: невозможно напрямую отправлять данные с устройств, поддерживающих IPv4, на устройства с IPv6. Проблему решили с помощью туннелирования — создали специальный канал между двумя устройствами, по которому обмениваются информацией между сетями с разными версиями протокола.

2. 
   Маска подсети: назначение и применение
   

---

Маска подсети — это более удобный способ разделить IP-адрес на номер сети и номер хоста 3. Она пришла на смену алгоритму, который был описан выше. Маска подсети состоит из тех же четырёх чисел и похожа на IP-адрес (рисунок 7).



Рисунок 7 – Пример маски подсети
В двоичном представлении такая маска выглядит как 1111 1111 0000 0000. Нули показывают, где находится номер хоста, а единицы — номер сети.

Чтобы применить маску, нужно воспользоваться логическими операторами «И» и «НЕ». Первый работает по следующим правилам (рисунок 8).



Рисунок 8 – Правила логического оператора «И» и «НЕ»
Оператор «НЕ» просто меняет все нули на единицы, а единицы на нули. И делает он это справа налево (рисунок 9).



Рисунок 9 – Пример работы логического оператора «НЕ»
Применим к IP-адресу 192.168.1.34 маску подсети 255.255.255.0 (рисунок 10).



Рисунок 10 – Пример работы маски подсети
На рисунке 10 показано, как мы сначала перевели IP-адрес и маску подсети в двоичную систему счисления. А затем побитово справа налево применили операцию логического «И». Маска помогла удалить ненужную часть адреса, и мы выделили номер сети — 192.168.1.0.

Чтобы выделить номер хоста, нужно сначала применить операцию логического «НЕ» к маске подсети, а затем — операцию логического «И» к IP-адресу и полученной маске (рисунок 11).



Рисунок 11 – Применение логического «НЕ» к маске подсети
Так мы получили маску для выделения номера устройства. А теперь применим операцию логического «И» (рисунок 12). У нас получился адрес 0.0.0.34. Это и есть номер хоста.



Рисунок 12 - Применение логического «И» к маске подсети
Обычно маска задаётся программистами в настройках серверов или пользователями в настройках системы. Например, на MacBook маску подсети можно посмотреть в разделе «Сеть» → «Дополнительные настройки» (рисунок 13).

---