Сетевая адресация в cisco

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

СЕТЕВАЯ АДРЕСАЦИЯ

В СЕТЯХ CISCO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Участники сети нуждаются в возможности обмениваться информацией из любого уголка мира  в любое время

Для обнаружения местонахождения друг друга и создания надежных каналов связи между собой требуется система глобальных адресов, которые является гибкими и динамичными В этом реферате  мы изучим IP-адресации, которая позволяет пользователям во всем мире обмениваться сообщениями по сети

В реферате описывается назначение IP –адреса и маски подсети, а также способ их использование ив интернете, имеющиеся типы IP- адресов, а также методы получения IP адреса. Разбирается  использование технологии NAT в домашних условиях или на малых предприятиях с помощью маршрутизаторов Cisco ISR

1. Задачи IP адресов

Для обмена данными в Интернете узлу необходим IP-адрес. Это логический сетевой адрес конкретного узла. Для обмена данными с другими устройствами, подключенными к Интернету, необходим правильно настроенный, уникальный IP-адрес.

IP-адрес присваивается  сетевому интерфейсу узла. Обычно  это сетевая интерфейсная плата (NIC), установленная в устройстве. Примерами пользовательских устройств  с сетевыми интерфейсами могут  служить рабочие станции, серверы, сетевые принтеры и IP-телефоны. Иногда  в серверах устанавливают несколько NIC, у каждой из которых есть  свой IP-адрес. У интерфейсов маршрутизатора, обеспечивающего связь с сетью IP, также есть IP-адрес.

В каждом отправленном по сети пакете есть IP-адрес источника и назначения. Эта информация необходима сетевым устройствам для передачи информации по назначению и передачи источнику ответа.

Рис. 1

2. Структура IP –адреса

IP-адрес представляет  собой серию из 32 двоичных бит (единиц и нулей). Человеку прочесть  двоичный IP-адрес очень сложно. Поэтому 32 бита группируются по четыре 8-битных байта, в так называемые  октеты. Читать, записывать и запоминать IP-адреса в таком формате людям  сложно. Чтобы облегчить понимание, каждый октет IP-адреса представлен  в виде своего десятичного  значения. Октеты разделяются десятичной  точкой или запятой. Это называется  точечно-десятичной нотацией.

При настройке IP-адрес узла вводится в виде десятичного числа с точками, например, 192.168.1.5. Вообразите, что вам пришлось бы вводить 32-битный двоичный эквивалент адреса - 11000000101010000000000100000101. Если ошибиться хотя бы в одном бите, получится другой адрес, и узел, возможно, не сможет работать в сети.

Структура 32-битного IP-адреса определяется межсетевым протоколом 4-ой версии (IPv4). На данный момент это один из самых распространенных в Интернете типов IP-адресов. По 32-битной схеме адресации можно создать более 4 миллиардов IP-адресов.

Рис. 2

Получая IP-адрес, узел просматривает все 32 бита по мере поступления на сетевой адаптер. Напротив, людям приходится преобразовывать эти 32 бита в десятичные эквиваленты, то есть в четыре октета. Каждый октет состоит из 8 бит, каждый бит имеет значение. У четырех групп из 8 бит есть один и тот же набор значений. Значение крайнего правого бита в октете – 1, значения остальных, слева направо – 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 128.

Чтобы определить значение октета, нужно сложить значения позиций, где присутствует двоичная единица.

Нулевые позиции в сложении не участвуют.

Если все 8 бит имеют значение 0, 00000000, то значение октета равно 0.

Если все 8 бит имеют значение 1, 11111111, значение октета – 255 (128+64+32+16+8+4+2+1).

Если значения 8 бит отличаются, например, 00100111, значение октета – 39 (32+4+2+1).

Таким образом, значение каждого из четырех октетов находится в диапазоне от 0 до 255.

Рис.3

3. Части IP-адреса

Логический 32-битный IP-адрес представляет собой иерархическую систему и состоит из двух частей. Первая идентифицирует сеть, вторая - узел в сети. Обе части являются обязательными.

Например, если IP-адрес узла – 192.168.18.57, то первые три октета (192.168.18) представляют собой сетевую часть адреса, а последний октет (.57) является идентификатором узла. Такая система называется иерархической адресацией, поскольку сетевая часть идентифицирует сеть, в которой находятся все уникальные адреса узлов. Маршрутизаторам нужно знать только путь к каждой сети, а не расположение отдельных узлов.

Другой пример иерархической сети – это телефонная сеть. В телефонном номере код страны, региона и станции составляют адрес сети, а оставшиеся цифры - локальный номер телефона.

4. Взаимодействие IP адресов и масок подсети

Каждый IP-адрес состоит из двух частей. Как узлы определяют, где сетевая часть, а где адрес узла? Для этого используется маска подсети.

При настройке IP узлу присваивается не только IP-адрес, но и маска подсети. Как и IP-адрес, маска состоит из 32 бит. Она определяет, какая часть IP-адреса относится к сети, а какая – к узлу.

Маска сравнивается с IP-адресом побитно, слева направо. В маске подсети единицы соответствуют сетевой части, а нули - адресу узла. В приведенном примере первые три октета представляют собой адрес сети, а последний - адрес узла.

Отправляя пакет, узел сравнивает маску подсети со своим IP-адресом и адресом назначения. Если биты сетевой части совпадают, значит, узлы источника и назначения находятся в одной и той же сети, и пакет доставляется локально. Если нет, отправляющий узел передает пакет на интерфейс локального маршрутизатора для отправки в другую сеть.

В домашних офисах и небольших компаниях чаще всего встречаются следующие маски подсети: 255.0.0.0 (8 бит), 255.255.0.0 (16 бит) и 255.255.255.0 (24 бита). В маске подсети 255.255.255.0 (десятичный вариант), или 11111111.11111111.1111111.00000000 (двоичный вариант) 24 бита идентифицируют сеть, а 8 - узлы в сети.

Чтобы вычислить количество возможных сетевых узлов, нужно взять количество отведенных для них бит в степени 2 (2 ^ 8 = 256). Из полученного результата необходимо вычесть 2 (256-2). Дело в том, что состоящая из одних единиц (1) отведенная узлам часть IP-адреса предназначена для адреса широковещательной рассылки и не может принадлежать одному узлу. Часть, состоящая только из нулей, является идентификатором сети и тоже не может быть присвоена конкретному узлу. Возвести число 2 в степень без труда можно с помощью калькулятора, который есть в любой операционной системе Windows.

Иначе допустимое количество узлов можно определить, сложив значения доступных бит (128+64+32+16+8+4+2+1 = 255). Из полученного значения необходимо вычесть 1 (255-1 = 254), поскольку значение всех бит отведенной для узлов части не может равняться 1. 2 вычитать не нужно, поскольку сумма нулей равна нулю и в сложении не участвует.

В 16-битной маске для адресов узлов отводится 16 бит (два октета), и в одном из них все значения могут быть равны 1 (255). Это может быть и адрес широковещательной рассылки, но если другой октет не состоит из одних единиц, адрес можно использовать для узла. Не забывайте, что узел проверяет значения всех бит, а не значения одного октета.

Рис. 4

5. Классы IP –адресов  и маски подсети по умолчанию

IP-адрес и маска подсети  совместно определяют то, какая  часть IP-адреса является сетевой, а какая - соответствует адресу  узла.

IP-адреса делятся на 5 классов. К классам A, B и C относятся коммерческие  адреса, присваиваемые узлам. Класс D зарезервирован для многоадресных  рассылок, а класс E – для экспериментов.

В адресах класса C сетевая часть состоит из трех октетов, а адрес узла – из одного. Выбранная по умолчанию маска подсети состоит из 24 бит (255.255.255.0). Адреса класса C обычно присваиваются небольшим сетям.

В адресах класса B сетевая часть и адрес узла состоят из двух октетов. Выбранная по умолчанию маска подсети состоит из 16 бит (255.255.0.0). Обычно эти адреса используются в сетях среднего размера.

В адресах класса A сетевая часть состоит всего из одного октета, остальные отведены узлам. Выбранная по умолчанию маска подсети состоит из 8 бит (255.0.0.0). Обычно такие адреса присваиваются крупным организациям.

Класс адреса можно определить по значению первого октета. Например, если значение первого октета IP-адреса находится в диапазоне от 192 до 223, то это адрес класса C. Например, адрес 200.14.193.67 относится к классу С.

Рис. 5

6. Публичные и частные IP-адреса

Всем узлам, подключенным непосредственно к Интернету, необходим уникальный публичный IP-адрес. Поскольку количество 32-битных адресов конечно, существует риск, что их не хватит. В качестве одного из решений было предложено зарезервировать некоторое количество частных адресов для использования только внутри организации. В этом случае внутренние узлы смогут обмениваться данными друг с другом без использования уникальных публичных IP-адресов.

В соответствии со стандартом RFC 1918 было зарезервировано несколько диапазонов адресов класса A, B и C. Как видно из таблицы, в диапазон частных адресов входит одна сеть класса A, 16 сетей класса B и 256 сетей класса C. Таким образом, сетевые администраторы получили определенную степень свободы в плане предоставления внутренних адресов.

В очень большой сети можно использовать частную сеть класса A, где можно создать более 16 миллионов частных адресов.

В сетях среднего размера можно использовать частную сеть класса B с более чем 65 000 адресов.

 

Рис. 6

Узлы из внутренней сети организации могут использовать частные адреса до тех пор, пока им не понадобится прямой выход в Интернет. Соответственно, один и тот же набор адресов подходит для нескольких организаций. Частные адреса не маршрутизируются в Интернете и быстро блокируются маршрутизатором поставщика услуг Интернета.

Частные адреса можно использовать как меру безопасности, поскольку они видны только в локальной сети, а посторонние получить прямой доступ к этим адресам не могут.

Кроме того, существуют частные адреса для диагностики устройств. Они называются адресами обратной связи. Для таких адресов зарезервирована сеть 127.0.0.0 класса А.

 

Рис.7

В домашних и небольших коммерческих сетях обычно используется один частный адрес класса C, рассчитанный на 254 узла.

Одну сеть класса A, 16 сетей класса B или 256 сетей класса C могут использовать организации любого размера. Многие организации пользуются частной сетью класса A.

7. Адреса  одноадресных, широковещательных и многоадресных рассылок

Помимо классов, IP-адреса делятся на категории, предназначенные для одноадресных, широковещательных или многоадресных рассылок. С помощью IP-адресов узлы могут обмениваться данными в режиме "один к одному" (одноадресная рассылка), "один ко многим" (многоадресная рассылка) или "один ко всем" (широковещательная рассылка).

• Одноадресная рассылка

Адрес одноадресной рассылки чаще всего встречается в сети IP. Пакет с одноадресным назначением предназначен конкретному узлу. Пример: узел с IP-адресом 192.168.1.5 (источник) запрашивает веб-страницу с сервера с IP-адресом 192.168.1.200 (адресат).

Для отправки и приема одноадресного пакета в заголовке IP-пакета должен указываться IP-адрес назначения. Кроме того, в заголовке кадра Ethernet должен быть MAC-адрес назначения. IP-адрес и MAC-адрес - это данные для доставки пакета одному узлу.

Рис.8

• Широковещательная рассылка

В пакете широковещательной рассылки содержится IP-адрес назначения, в узловой части которого присутствуют только единицы (1). Это означает, что пакет получат и обработают все узлы в локальной сети (домене широковещательной рассылки). Широковещательные рассылки предусмотрены во многих сетевых протоколах, например ARP и DHCP.

В сети класса C 192.168.1.0 с маской подсети по умолчанию 255.255.255.0 используется адрес широковещательной рассылки 192.168.1.255. Узловая часть – 255 или двоичное 11111111 (все единицы).

В сети класса B 172.16.0.0 с маской подсети по умолчанию 255.255.0.0 используется адрес широковещательной рассылки 172.16.255.255.

 

В сети класса A 10.0.0.0 с маской подсети по умолчанию 255.0.0.0 используется адрес широковещательной рассылки 10.255.255.255.

Для сетевого IP-адреса широковещательной рассылки нужен соответствующий MAC-адрес в кадре Ethernet. В сетях Ethernet используется MAC-адрес широковещательной рассылки из 48 единиц, который в шестнадцатеричном формате выглядит как FF-FF-FF-FF-FF-FF.

Рис.9

• Многоадресная рассылка

Адреса многоадресных рассылок позволяют исходному устройству рассылать пакет группе устройств.

Устройства, относящиеся к многоадресной группе, получают ее IP-адрес. Диапазон таких адресов - от 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Поскольку адреса многоадресных рассылок соответствуют группам адресов (которые иногда называются группами узлов), они используются только как адресаты пакета. У источника всегда одноадресный адрес.

Адреса многоадресных рассылок используются, например, в дистанционных играх, в которых участвует несколько человек из разных мест. Другой пример - это дистанционное обучение в режиме видеоконференции, где несколько учащихся подключаются к одному и тому же курсу.

 

Как и одноадресным или широковещательным адресам, IP-адресам многоадресной рассылки нужен соответствующий MAC-адрес, позволяющий доставлять кадры в локальной сети. MAC-адрес многоадресной рассылки - это особое значение, которое в шестнадцатеричном формате начинается с 01-00-5E. Нижние 23 бита IP-адреса многоадресной группы преобразуются в остальные 6 шестнадцатеричных символов адреса Ethernet. Пример (см. рисунок) - шестнадцатеричное значение 01-00-5E-0F-64-C5. Каждому шестнадцатеричному символу соответствует 4 двоичных бита.

Рис.10

8. Присвоение статического и динамического адреса

P-адреса можно присваивать  статически или динамически.

• Статический адрес

Используя статический адрес, сетевой администратор может вручную настраивать сетевые данные узла. Как минимум, это будет IP-адрес, маска подсети и основной шлюз.

 

У статических адресов есть несколько преимуществ. Например, их полезно присваивать принтерам, серверам и другим сетевым устройствам, которые всегда должны быть доступны сетевым клиентам. Узлы будут не способны достигать сервера, если его обычный IP-адрес изменился.

Статическое присвоение адресов усиливает контроль над сетевыми ресурсами, но ввод информации для каждого узла отнимает много времени. При статическом вводе узел выполняет только базовый поиск ошибок в IP-адресе. Соответственно, риск возникновения ошибки больше.

При использовании статической IP-адресации важно вести точный перечень адресов и устройств, которым они присвоены. Кроме того, обычно эти постоянные адреса повторно не используются.

Рис.11

• Динамические адреса

Список пользователей локальной сети часто меняется. Появляются новые пользователи с ноутбуками, которые нужно подключить. Другие устанавливают новые рабочие станции. Чтобы каждой станции не приходилось вручную присваивать IP-адреса, проще всего это сделать автоматически. Для этого используется протокол под названием Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP).

DHCP предусматривает механизм  автоматического присвоения информации  об адресе, например, IP-адреса, маски  подсети, основного шлюза и других  настроек.

Это наиболее предпочтительный способ присвоения IP-адресов узлам в большой сети, поскольку он облегчает работу специалистов службы поддержки и практически устраняет возможность ошибки.

Другое преимущества DHCP состоит в том, что адреса присваиваются узлам временно. Если узел выключается или уходит из сети, его адрес возвращается в пул для повторного использования. Это особенно полезно для мобильных пользователей, которые то подключаются, то отключаются.

Рис.12

 

 

9. Серверы DHCP

В качестве серверов DHCP могут выступать самые разные типы устройств при условии, что на них установлено служебное ПО DHCP. В большинстве средних и крупных сетей сервер DHCP – это локальный выделенный сервер на базе ПК.

В домашних сетях он обычно находится у поставщика услуг Интернета. Узел из домашней сети получает настройки IP непосредственно от поставщика услуг Интернета.

Во многих домашних сетях и сетях малых предприятий для подключения к модему поставщика услуг Интернета используется интегрированный маршрутизатор. В данном случае он выступает в качестве клиента и сервера DHCP. В качестве клиента он получает настройки IP от поставщика услуг Интернета, а затем, уже как сервер DHCP, передает их внутренним узлам локальной сети.

Помимо серверов на базе ПК и интегрированных маршрутизаторов, услуги DHCP могут предоставлять клиентам и другие сетевые устройства, например, назначенные маршрутизаторы. Такое встречается реже.

Рис.13

 

10. Настройка DHCP

При первой настройке в качестве клиента DHCP у узла нет IP-адреса, маски подсети и основного шлюза. Он получает эти данные от сервера DHCP, локального или принадлежащего поставщику услуг Интернета. На сервере DHCP настраивается диапазон, или пул, IP-адресов, которые можно присвоить клиентам DHCP.

Клиент, которому нужен IP-адрес, посылает сообщение о поиске DHCP в виде широковещательной рассылки с IP-адресом назначения 255.255.255.255 (32 единицы) и MAC-адресом назначения FF-FF-FF-FF-FF-FF (48 единиц). Кадр DHCP получат все узлы в сети, но ответит только сервер DHCP. Он отправляет источнику предложенный IP-адрес клиента. Узел в ответ посылает на указанный сервер запрос DHCP с подтверждением использования IP-адреса. Сервер присылает подтверждение.

В

Рис.14

 В большинстве домашних сетей и сетей малых предприятий услуги DHCP локальным сетевым клиентам предоставляет многофункциональное устройство. Для настройки беспроводного маршрутизатора Linksys нужно войти в веб-интерфейс: открыть обозреватель и ввести в поле "Address" IP-адрес маршрутизатора по умолчанию: 192.168.1.1. Откройте окно настройки DHCP.

IP-адрес 192.168.1.1 и маска подсети 255.255.255.0 выбраны для интерфейса интегрированного маршрутизатора по умолчанию. Это основной шлюз для всех узлов в локальной сети и IP-адрес встроенного сервера DHCP. По умолчанию у большинства беспроводных маршрутизаторов и других домашних интегрированных маршрутизаторов сервер DHCP включен.

В окне настройки DHCP можно выбрать диапазон DHCP по умолчанию или указать начальный адрес диапазона DHCP (не используйте 192.168.1.1) и количество присваиваемых адресов. Кроме того, можно изменить время выделения (по умолчанию 24 часа). Функция настройки DHCP у большинства поставщиков услуг Интернета предоставляет информацию о подключенных узлах и IP-адресах, соответствующих MAC-адресах и времени выделения.

В таблице клиентов DHCP отображается имя клиента и тип подключения (LAN Ethernet или беспроводная связь).

Рис.15

11. Границы сети и пространство адресов

Маршрутизатор создает шлюз, через который узлы одной сети могут обмениваться данными с узлами других сетей. Каждый интерфейс маршрутизатора подключается к отдельной сети.

Присвоенный интерфейсу IP-адрес идентифицирует непосредственно подключенную локальную сеть.

Каждый узел в сети обязательно использует в качестве шлюза в другие сети маршрутизатор. Соответственно, каждый узел должен знать IP-адрес интерфейса маршрутизатора, подключенного к его сети. Он называется адресом основного шлюза. Адрес можно статически настроить на уровне узла или получить динамически, с сервера DHCP.

Когда интегрированный маршрутизатор превращается в сервер DHCP локальной сети, он автоматически рассылает всем узлам IP-адреса нужного интерфейса. После этого все узлы в сети смогут использовать этот IP-адрес для передачи сообщений узлам поставщика услуг Интернета и получения доступа к узлам в Интернете. Обычно интегрированные маршрутизаторы становятся серверами DHCP по умолчанию.

IP-адрес данного интерфейса  локального маршрутизатора становится  адресом основного шлюза в  данной конфигурации узлов. Основной  шлюз предоставляется статически  или через DHCP.

Становясь сервером DHCP, интегрированный маршрутизатор предоставляет клиентам DHCP свой внутренний IP-адрес в качестве основного шлюза. Кроме того, он рассылает узлам IP-адреса и маски подсети.

 

 

 

 

 

Рис.16

12.Присвоение адреса

 

Интегрированный маршрутизатор выступает в качестве сервера DHCP всех подключенных к нему кабелем Ethernet или по беспроводной связи локальных узлов. Считается, что эти узлы находятся во внутренней сети. Большинство серверов DHCP присваивают узлам из внутренней сети не маршрутизируемые публичные адреса Интернет, а частные адреса. Это означает, что по умолчанию внутренняя сеть непосредственно из Интернета недоступна.

Обычно выбранный по умолчанию IP-адрес интерфейса локального интегрированного маршрутизатора является частным адресом класса C. Внутренним узлам нужно присвоить адреса сети, в которой находится интегрированный маршрутизатор (статически или через DHCP). Интегрированный маршрутизатор, работающий как сервер DHCP, предоставляет адреса из этого диапазона. Кроме того, он предоставляет данные о маске подсети и IP-адресе своего интерфейса (основной шлюз).

Кроме того, многие поставщики услуг Интернета с помощью серверов DHCP предоставляют IP-адреса для прямого выхода интегрированного маршрутизатора пользователя в Интернет. Сеть, к которой маршрутизатор подключен в Интернете, называется внешней.

Подключенный к поставщику услуг Интернета интегрированный маршрутизатор работает как клиент DHCP, получая правильный IP-адрес внешней сети для интерфейса Интернет. Обычно поставщик услуг Интернета предоставляет маршрутизируемый в Интернете адрес, с помощью которого узлы могут подключаться к интегрированному маршрутизатору и к Интернету.

Интегрированный маршрутизатор разграничивает локальную внутреннюю сеть и внешнюю сеть.

Узлы могут подключаться к поставщику услуг Интернета и Интернету несколькими способами. Получение публичного или частного адреса зависит от метода подключения узла.

• Прямое подключение

У некоторых клиентов есть только один компьютер с непосредственным подключением к поставщику услуг Интернета через модем. В данном случае публичный адрес с сервера DHCP поставщика услуг Интернета присваивается только одному узлу.

• Подключение через интегрированный маршрутизатор

Если к Интернету нужно подключить несколько узлов, модем поставщика услуг Интернета можно соединить не с одним компьютером, а непосредственно с интегрированным маршрутизатором. Таким образом создается домашняя сеть или сеть малого предприятия. Интегрированный маршрутизатор получает от поставщика услуг Интернета публичные адреса. Внутренние узлы получают от маршрутизатора частные адреса.

• Подключение через шлюз

Шлюзы объединяют в себе интегрированный маршрутизатор и модем и подключаются непосредственно к поставщику услуг Интернета. Как и в случае с интегрированными маршрутизаторами, шлюз получает от поставщика услуг Интернета публичный адрес, а ПК во внутренней сети получают от шлюза частные адреса.

Рис. 17

12. Преобразование сетевых адресов

Интегрированный маршрутизатор получает от поставщика услуг Интернета публичный адрес, позволяющий отправлять и получать пакеты через Интернет. Он, в свою очередь, предоставляет локальным сетевым клиентам частные адреса. Поскольку в Интернете частные адреса не используется, при входе клиентов в Интернет их нужно преобразовать в уникальные публичные адреса.

Процесс преобразования частных адресов в маршрутизируемые в Интернете адреса называется преобразованием сетевых адресов (NAT). С помощью NAT частный (локальный) IP-адрес источника превращается в публичный (глобальный) адрес. Входящие пакеты проходят обратный процесс. Используя NAT, интегрированный маршрутизатор может преобразовать многие внутренние IP-адреса в один публичный.

Преобразовывать нужно только адреса пакетов, которые идут в другие сети. Они в обязательном порядке проходят через шлюз, где интегрированный маршрутизатор заменяет частный IP-адрес узла-источника своим глобальным IP-адресом.

Хотя каждому узлу во внутренней сети присвоен уникальный частный IP-адрес, они используют один и тот же маршрутизируемый в Интернете адрес интегрированного маршрутизатора.

 

Рис.18

 

 

Заключение

 

Без IP адреса  узел  не может  участвовать в сети Интернет. В этом реферате рассматривается важность IP –адресации, ее иерархическая  структура и методы получения адреса для сетевого устройства