Файл: 1. Технология dns.docx

IPv4 предусматривает назначение каждому устройству 32-битного IP-адреса, что ограничивало максимально возможное число уникальных адресов 4 миллиардами (2^32). В более привычном для человека десятичном виде IPv4 выглядит как четыре блока (октета) чисел от 0 до 255, разделенных тремя точками. Первый октет IP-адреса означает класс сети, классов всего 5: A, B, C, D, E. Gри этом адреса сети D являются мультикастовыми, а сети E вообще не используются.

Рассмотрим, например, IPv4 адрес класса С 223.135.100.7. Первые три октета определяют класс и номер сети, а последний означает номер конечного устройства. Например, если необходимо отправить информацию с компьютера номер 7 с IPv4 адресом 223.135.100.7 на компьютер номер 10 в той же подсети, то адрес компьютера получателя будет следующий: 223.135.100.10.

В связи с быстрым ростом сети интернет остро вставала необходимость увеличения числа возможных IP-адресов. В 1995 году впервые был описан протокол IPv6 (IP version 6, версии 6), который использует 128-битные адреса и позволяет назначить уникальные адреса для 2^128 устройств.

IPv6 имеет вид восьми блоков по четыре шестнадцатеричных значения, а каждый блок разделяется двоеточием. IPv6 выглядит следующим образом:

2dab:ffff:0000:0000:01aa:00ff:dd72:2c4a.

Так как IPv6 адреса длинные, их разрешается сокращать по определенным правилам, которые также описываются RFC:

• 
  Для написания адреса используются строчные буквы латинского алфавита: a, b, c, d, e, f.
  
• 
  Ведущие нули допускается не указывать — например, в адресе выше :00ff: можно записать как :ff:.
  
• 
  Группы нулей, идущие подряд, тоже допустимо сокращать и заменять на двойное двоеточие. На примере выше это выглядит так: 2dab:аааа::01aa:00ff:dd72:2c4a. Допускается делать не больше одного подобного сокращения в адресе IPv6 на наибольшей последовательности нулей. Если одинаково длинных последовательностей несколько — на самой левой из них.
  

22. Классы IP-адресов

Все IP-адреса можно разделить на две логические части – номера сети и номера узла сети (номер хоста). Чтобы определить, какая именно часть IP-адреса принадлежит к номеру сети, а какая – к номеру хоста, используются значения начальных бит адреса. Также, первые биты IP-адреса используются для того, чтобы определить к какому классу относится IP-адрес.

В таблице 2.3.3 приведена структура IP-адреса для разных классов.

Таблица 2.3.3 – струкрута IP-адреса для различных классов
Класс	1 байт						1 байт	1 байт	1 байт
Класс А	0	№ сети					№ узла
Класс B	1	0	№ сети					№ узла
Класс C	1	1	0	№ сети					№ узла
Класс D	1	1	1	0	Адрес группы multicast
Класс E	1	1	1	1	0	Зарезервирован

---

Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специального применения. Сетей класса А немного, но количество узлов в них может достигать 2²⁴, то есть 16 777 216 узлов.

Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В. В сетях класса В под номер сети и под номер узла отводится по 2 байта. Таким образом, сеть класса В является сетью средних размеров с максимальным числом узлов 2¹⁶, что составляет 65 536 узлов.

Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С. В этом случае под номер сети отводится 3 байта, а под номер узла – 1 байт. Сети этого класса наиболее распространены, число узлов в них ограничено 2⁸, то есть 256 узлами.

Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес – multicast. Если в пакете, в качестве адреса назначения, указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.

Если адрес начинается с последовательности 11110, то это значит, что данный адрес относится к классу Е. Адреса этого класса зарезервированы для будущих применений.

В таблице 2.3.4 приведены диапазоны номеров сетей и максимальное число узлов, соответствующих каждому классу сетей. Большие сети получают адреса класса А, средние – класса В, а маленькие – класса С.

Таблица 2.3.4 – Диапазоны номеров сетей и максимальное число узлов

Класс	Первые биты	Наименьший номер сети	Наибольший номер сети	Максимальное число узлов в сети
A	0	1.0.0.0	126.0.0.0	224-2
B	10	128.0.0.0	191.255.0.0	216-2
C	110	192.0.0.0	223.255.255.0	28-2
D	1110	224.0.0.0	239.255.255.255	Multicast
E	11110	240.0.0.0	247.255.255.255	Зарезервирован

---

23 Протокол ARP. Назначение, принцип работы

---

Протокол преобразования адресов ARP

В сети Интернет сетевое взаимодействие осуществляется на основе IP-адресов. В сети данные передаются с помощью технологий канального уровня, например, Ethernet. Сетевые устройства канального уровня – коммутаторы, используют физические MAC-адреса. Для получения МАС-адреса сетевого устройства в локальной сети по известному IP-адресу используется протокол преобразования адресов (ARP-Address Resolution Protocol).

Протокол ARP работает в режиме запрос-ответ. На каждом сетевом устройстве, например, сетевом адаптере хоста или коммутаторе поддерживается собственная ARP-таблица, в которой в ходе функционирования сети накапливается информация о соответствии между IP-адресами и МАС-адресами интерфейсов других устройств данной сети. Первоначально, при включении компьютера, маршрутизатора или коммутатора в сеть их ARP-таблицы пусты. Формат ARP-таблицы представлен на рисунке 2.5.1.

IP-адрес	MAC-адрес
192.168.0.1	08:7B:39:00:2F:C3
192.168.0.5	D8:6C:02:C1:DF:15

Рисунок 2.5.1 – Формат ARP-таблицы

В процессе определения MAC-адреса по IP-адресу назначения, между взаимодействующими устройствами передаются два основных типа сообщения: ARP запрос и ARP ответ.

ARP запрос (ARP request). Когда устройству необходимо отправить IP пакет, оно проверяет свою ARP-таблицу, в которой ищет соответствие между MAC и IP-адресом получателя пакета. Если такого соответствия не обнаружено, то устройство формирует широковещательный ARP-запрос, в котором содержится IP-адрес получателя с просьбой сообщить его MAC-адрес. Далее устройство отправляет его на широковещательный MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF, который получат все устройства в локальной сети.

ARP ответ (ARP reply). Все устройства в локальной сети, получившие широковещательный пакет, анализируют его и сравнивают IP-адрес назначения со своим IP-адресом. Если IP-адрес не совпадает, то пакет отбрасывается, если IP-адрес совпал с адресом, указанным в ARP-запросе, то устройство формирует ARP-ответ, в котором сообщает свой MAC-адрес и отправляет его устройству, от которого получен ARP-запрос.

Формат кадра протокола ARP представлен на рисунке 2.5.2.

---

Рисунок 2.5.2 – Формат кадра протокола ARP

Поля кадра протокола ARP имеют следующие назначения:

• 
  Hardware Type – тип аппаратного адреса, поле определяет тип используемого физического адреса; для МАС-адреса в сети Ethernet это поле принимает значение 1;
  
• 
  Protocol type – поле определяет тип сетевого адреса, для адреса протокола IPv4 это поле принимает значение 2048;
  
• 
  Hardware address length – длина физического адреса, определяет количество байт, выделенное для физического адреса; для МАС-адреса в сети Ethernet имеет длину 6 байт;
  
• 
  Protocol address length – длина сетевого адреса определяет количество байт выделенное для сетевого адреса; для адреса протокола IPv4 имеет длину 4 байта;
  
• 
  Operation code – поле код операции принимает значение 1 в случае ARP-запроса и 2 в случае ARP-ответа;
  
• 
  Source hardware address – поле MAC-адреса источника кадра;
  
• 
  Source protocol address – поле IP-адреса источника пакета;
  
• 
  Target hardware address – поле MAC-адреса узла назначения;
  
• 
  Target protocol address – поле IP-адреса узла назначения.
  

На рисунках 2.5.3 и 2.5.4 представлен процесс запроса MAC-адреса и ответа на отправленный запрос.



Рисунок 2.5.3 – Процесс запроса MAC-адреса с помощью ARP-request

Шаг 1: когда хост А хочет отправить свои данные на хост B, он формирует IP-пакет, который помещает в кадр Ethernet. Для отправки кадра Ethernet, необходим MAC-адрес узла назначения. Хост А обращается к своей ARP-таблице, в которой отсутствует запись для MAC-адреса хоста B. В этом случае хост А формирует широковещательный ARP-запрос, чтобы определить MAC-адреса хоста B. Запрос содержит MAC-адрес (Src MAC) и IP-адрес (Src IP) источника, а также IP-адрес (Target IP) узла назначения, при этом MAC-адрес узла назначения (Target MAC) заполняется нулями, после фрейм отправляется в сеть на широковещательный адрес ff:ff:ff:ff:ff:ff.

Шаг 2: так как фрейм широковещательный, то коммутатор принимает его и перенаправляет на все порты, кроме порта, на котором этот фрейм был получен. Если к коммутатору присоединены еще какие-либо сетевые устройства, то они также получат от него данный широковещательный фрейм. Эти устройства проанализируют полученный фрейм и добавят в свою ARP-таблицу IP-адрес и MAC-адрес хоста A, а после отбросят его, так как он не предназначен им.

---