Протокол TCP/IP, служба DNS

Отображение IP-адресов на физические адреса

Каждый сетевой адаптер имеет свой уникальный физический адрес (или MAC-адрес). За отображение IP-адресов адаптеров на их физические адреса отвечает протокол ARP (Address Resolution Protocol). Необходимость протокола ARP продиктована тем обстоятельством, что IP-адреса устройств в сети назначаются независимо от их физических адресов. Поэтому для доставки сообщений по сети необходимо определить соответствие между физическим адресом устройства и его IP-адресом — это называется разрешением адресов. В большинстве случаев прикладные программы используют именно IP-адреса. А так как схемы физической адресации устройств весьма разнообразны, то необходим специальный, универсальный протокол. Протокол разрешения адресов ARP был разработан таким образом, чтобы его можно было использовать для разрешения адресов в различных сетях. Фактически ARP можно использовать с произвольными физическими адресами и сетевыми протоколами. Протокол ARP предполагает, что каждое устройство знает как свой IP-адрес, так и свой физический адрес. ARP динамически связывает их и заносит в специальную таблицу, где хранятся пары "IP-адрес — физический адрес" (обычно каждая запись в ARP-таблице имеет время жизни 10 мин.). Эта таблица хранится в памяти компьютера и называется кэш протокола ARP (ARP-cache).

Работа протокола ARP заключается в отправке сообщений между сетевыми узлами:

• ARP Request (запрос ARP) — широковещательный запрос, отправляемый на физическом уровне модели TCP/IP, для определения MAC-адреса узла, имеющего конкретный IP-адрес;
• ARP Reply (ответ ARP) — узел, IP-адрес которого содержится в ARP-запросе, отправляет узлу, пославшему ARP-запрос, информацию о своем MAC-адресе;
• RARP Request, или Reverse ARP Request (обратный ARP-запрос) — запрос на определение IP-адреса по известному MAC-адресу;
• RARP Reply, или Reverse ARP Reply (обратный ARP-ответ) — ответ узла на обратный ARP-запрос.

Разбиение сетей на подсети с помощью маски подсети

Для более эффективного использования пространства адресов IP-сети с помощью маски подсети могут быть разбиты на более мелкие подсети (subnetting) или объединены в более крупные сети (supernetting).

Рассмотрим на примере разбиение сети 192.168.1.0/24 (сеть класса C) на более мелкие подсети. В исходной сети в IP-адресе 24 бита относятся к идентификатору сети и 8 бит — к идентификатору узла. Используем маску подсети из 27 бит, или, в десятичном обозначении, — 255.255.255.224, в двоичном обозначении — 11111111 11111111 11111111 11100000. Получим следующее разбиение на подсети:

Таким образом, мы получили 8 подсетей, в каждой из которых может быть до 30 узлов. Напомним, что идентификатор узла, состоящий из нулей, обозначает всю подсеть, а идентификатор узла, состоящий из одних единиц, означает широковещательный адрес (пакет, отправленный на такой адрес, будет доставлен всем узлам подсети).

IP-адреса в данных подсетях будут иметь структуру:

Отметим очень важный момент. С использованием такой маски узлы с такими, например, IP-адресами, как 192.168.1.48 и 192.168.1.72, находятся в различных подсетях, и для взаимодействия данных узлов необходимы маршрутизаторы, пересылающие пакеты между подсетями 192.168.1.32/27 и 192.168.1.64/27.

Примечание. Согласно стандартам протокола TCP/IP для данного примера не должно существовать подсетей 192.168.1.0/27 и 192.168.1.224/27 (т.е. первая и последняя подсети). На практике большинство операционных систем (в т.ч. системы семейства Microsoft Windows) и маршрутизаторов поддерживают работу с такими сетями.

Аналогично, можно с помощью маски подсети объединить мелкие сети в более крупные.

Например, IP-адреса сети 192.168.0.0/21 будут иметь следующую структуру:

Диапазон IP-адресов данной сети: 192.168.0.1–192.168.7.254 (всего — 2046 узлов), широковещательный адрес подсети — 192.168.7.255.

Преимущества подсетей внутри частной сети:

• разбиение больших IP-сетей на подсети (subnetting) позволяет снизить объем широковещательного трафика (маршрутизаторы не пропускают широковещательные пакеты);
• объединение небольших сетей в более крупные сети (supernetting) позволяет увеличить адресное пространство с помощью сетей более низкого класса;
• изменение топологии частной сети не влияет на таблицы маршрутизации в сети Интернет (хранят только маршрут с общим номером сети);
• размер глобальных таблиц маршрутизации в сети Интернет не растет;
• администратор может создавать новые подсети без необходимости получения новых номеров сетей.

Старшие биты IP-адреса используются рабочими станциями и маршрутизаторами для определения класса адреса. После того как класс определен, устройство может однозначно вычислить границу между битами, использующимися для идентификации номера сети, и битами номера устройства в этой сети. Однако при разбиении сетей на подсети или при объединении сетей для определения границ битов, идентифицирующих номер подсети, такая схема не подходит. Для этого как раз и используется 32-битная маска подсети, которая помогает однозначно определить требуемую границу. Напомним, что для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:

• 255.0.0.0 – маска для сети класса А;
• 255.255.0.0 - маска для сети класса В;
• 255.255.255.0 - маска для сети класса С.

Для администратора сети чрезвычайно важно знать четкие ответы на следующие вопросы:

• Сколько подсетей требуется организации сегодня?
• Сколько подсетей может потребоваться организации в будущем?
• Сколько устройств в наибольшей подсети организации сегодня?
• Сколько устройств будет в самой большой подсети организации в будущем?

Отказ от использования только стандартных классов IP-сетей (A, B, и C) называется бесклассовой междоменной маршрутизацией (Classless Inter-Domain Routing, CIDR).