Учитель информатики
Сайт учителя информатики. Технологические карты уроков, Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ, полезный материал и многое другое.
Что такое IP-адрес, маска, хост, адрес сети.
Здравствуйте, в этой статье вы узнаете что такое IP-адрес, маска, хост, адрес сети и как это рассчитывается. Давайте начнем с ip-adress (айпи-адреса). Он записывается в виде 4 чисел от 0 до 255 разделенных точками.
Например такой: 192.168.1.1
каждый из этих чисел представляет собой один байт т. е. может принимать максимум 256 значений. Если перевести числа ip — adress в двоичную систему то это можно увидеть наглядно. Наш ip — adress будет выглядеть вот так: 11000000.10101000.00000001.00000001
В ip — adress записывается адрес сети и адрес хоста. Адрес хоста еще иногда называют адресом компьютера в сети. Часть нулей и единиц является адресом сети, а другая часть адресом хоста. Для того что бы понять что где находится нужна маска подсети. Маска подсети это тоже набор чисел от 0 до 255 только в двоичной системе всегда в ней сначала идут единицы, а потом нули.
Рассмотрим такой пример: 255.255.255.0 — маска подсети
В двоичной системе она будет иметь такой вид 11111111.11111111.11111111.00000000
На месте этих единиц в ip — adress записывается адрес сети, а на месте нолей адрес хоста.
Давайте определим адрес сети. Нужно выписать все числа которые находятся над единицами. Либо можем перемножить разряды получится то же самое.
11000000.10101000.00000001.00000001
11111111. 11111111. 11111111. 00000000
Адрес сети будет равен
что в десятичной системе будет равно
192.168.1.0 — адрес сети.
Номер компьютера оставшиеся числа под нулями вот эти
При этом хостом не может быть 0 потому что в этом случае у нас получится адрес сети вот такой 192.168.1.0. И хостом не могут быть все 1 потому что для всех 1 у нас зарезервирован широковещательный адрес т. е. из всех возможностей из 256 которые здесь могут быть, хостом могут быть только 254.
Теперь давайте определим сколько различных хостов может быть вот для такой маски
Запишем каждый байт этой маски в двоичной системе счисления
Адрес сети нам не нужен нам нужно узнать только сколько здесь возможных хостов. Как мы видим у нас вот эта часть (все единицы) маски необходима для определения адреса сети.
Под хосты выделены 13 нулей. Соответственно каждый разряд этой части ip — adress может принимать либо единицу либо ноль, проще говоря возможны 2 варианта. 2 в 13 степени т. к. у нас 13 нулей равно 8192. У нас не может быть хоста со всеми нулями или всеми единицами поэтому нужно вычесть 2 адреса тогда получиться 8190.
Это только базовые знания построения адресации сетей. Мы не рассматривали зарезервированные адреса для подсетей и т. д. Но в целом этого достаточно для базовых знаний.
IP-адрес и маска подсети
IP-адреса используются для идентификации устройств в сети. Для взаимодействия c другими устройствами по сети IP-адрес должен быть назначен каждому сетевому устройству — компьютерам, серверам, маршрутизаторам, принтерам и т.д. С помощью маски подсети определяется максимально возможное число хостов в конкретной сети.
Знакомство с IP-адресами
Одна часть IP-адреса представляет собой адрес сети, другая — адрес хоста внутри этой сети. Адрес сети используется маршрутизаторами (роутерами) для передачи пакетов в нужные сети, тогда как адрес хоста определяет конкретное устройство в этой сети, которому должны быть доставлены пакеты.
Структура IP-адреса
IP-адрес состоит из четырех частей, записанных в виде десятичных чисел с точками (например, 192.168.1.2). Каждую из этих четырех частей называют октетом. Октет представляет собой восемь двоичных цифр (например, 11000000, или 192 в десятичном виде). Таким образом, каждый октет может принимать в двоичном виде значения от 00000000 до 11111111, или от 0 до 255 в десятичном виде.
Количество двоичных цифр в IP-адресе, которые приходятся на адрес сети, и количество цифр в IP-адресе, приходящееся на адрес хоста, могут быть различными в зависимости от маски подсети.
Частные IP-адреса
У каждого хоста в сети Интернет должен быть уникальный адрес. Если сеть изолирована от Интернета (например, связывают два филиала компании), для хостов можно использовать любые IP-адреса. Однако, уполномоченной организацией по распределению нумерации в сети Интернет (IANA) специально для частных сетей зарезервированы следующие три блока IP-адресов:
Маски подсети
Маска подсети используется для определения того, какие биты являются частью адреса сети, а какие — частью адреса хоста (для этого применяется логическая операция «И»). Маска подсети включает в себя 32 бита. Если бит в маске подсети равен 1, то соответствующий бит IP-адреса является частью адреса сети. Если бит в маске подсети равен 0, то соответствующий бит IP-адреса является частью адреса хоста.
| IP-адрес (десятичный) | 192 | 168 | 1 | 2 |
|---|---|---|---|---|
| IP-адрес (двоичный) | 11000000 | 10101000 | 00000001 | 00000010 |
| Маска подсети (десятичная) | 255 | 255 | 255 | 0 |
| Маска подсети (двоичная) | 11111111 | 11111111 | 11111111 | 00000000 |
| Адрес сети (десятичный) | 192 | 168 | 1 | |
| Адрес сети (двоичный) | 11000000 | 10101000 | 00000001 | |
| Адрес хоста (десятичный) | 2 | |||
| Адрес хоста (двоичный) | 00000010 |
Маски подсети всегда состоят из серии последовательных единиц, начиная с самого левого бита маски, за которой следует серия последовательных нулей, составляющих в общей сложности 32 бита.
| 1-ый октет | 2-ой октет | 3-ий октет | 4-ый октет | Десятичная | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8-битная маска | 11111111 | 00000000 | 00000000 | 00000000 | 255.0.0.0 |
| 16-битная маска | 11111111 | 11111111 | 00000000 | 00000000 | 255.255.0.0 |
| 24-битная маска | 11111111 | 11111111 | 11111111 | 00000000 | 255.255.255.0 |
| 30-битная маска | 11111111 | 11111111 | 11111111 | 11111100 | 255.255.255.252 |
Размер сети
Количество разрядов в адресе сети определяет максимальное количество хостов, которые могут находиться в такой сети. Чем больше бит в адресе сети, тем меньше бит остается на адрес хоста в адресе.
Так как такие два IP-адреса не могут использоваться в качестве идентификаторов отдельных хостов, максимально возможное количество хостов в сети вычисляется следующим образом:
Формат записи
Поскольку маска всегда является последовательностью единиц слева, дополняемой серией нулей до 32 бит, можно просто указывать количество единиц, а не записывать значение каждого октета. Обычно это записывается через слеш после адреса и количество единичных бит в маске.
Например, адрес 192.1.1.0/25 представляет собой адрес 192.1.1.0 с маской 255.255.255.128. Некоторые возможные маски подсети в обоих форматах показаны в следующей таблице.
| Маска подсети | Альтернативный формат | Размер адреса хоста | Макс. кол-во хостов |
|---|---|---|---|
| 255.255.255.0 | xxx.xxx.xxx.xxx/24 | 8 бит | 254 |
| 255.255.255.128 | xxx.xxx.xxx.xxx/25 | 7 бит | 126 |
| 255.255.255.192 | xxx.xxx.xxx.xxx/26 | 6 бит | 62 |
| 255.255.255.224 | xxx.xxx.xxx.xxx/27 | 5 бит | 30 |
| 255.255.255.240 | xxx.xxx.xxx.xxx/28 | 4 бит | 14 |
| 255.255.255.248 | xxx.xxx.xxx.xxx/29 | 3 бит | 6 |
| 255.255.255.252 | xxx.xxx.xxx.xxx/30 | 2 бит | 2 |
Формирование подсетей
С помощью подсетей одну сеть можно разделить на несколько. В приведенном ниже примере администратор сети создает две подсети, чтобы изолировать группу серверов от остальных устройств в целях безопасности.
Чтобы разделить сеть 192.168.1.0 на две отдельные подсети, нужно «позаимствовать» один бит из адреса хоста. В этом случае маска подсети станет 25-битной (255.255.255.128 или /25). «Одолженный» бит адреса хоста может быть либо нулем, либо единицей, что дает нам две подсети: 192.168.1.0/25 и 192.168.1.128/25.
| Сеть A | Сеть B | |
|---|---|---|
| IP-адрес подсети | 192.168.1.0/25 | 192.168.1.128/25 |
| Маска подсети | 255.255.255.128 | 255.255.255.128 |
| Широковещательный адрес | 192.168.1.127 | 192.168.1.255 |
| Минимальный IP-адрес хоста | 192.168.1.1 | 192.168.1.129 |
| Максимальный IP-адрес хоста | 192.168.1.126 | 192.168.1.254 |
Четыре подсети
В предыдущем примере было показано использование 25-битной маски подсети для разделения 24-битного адреса на две подсети. Аналогичным образом для разделения 24-битного адреса на четыре подсети потребуется «одолжить» два бита идентификатора хоста, чтобы получить четыре возможные комбинации (00, 01, 10 и 11). Маска подсети состоит из 26 бит (11111111.11111111.11111111.11000000), то есть 255.255.255.192.
Подробно и понятно об IP адресах
В сетях используется 2 типа адресов: Локальные и Глобальные адреса. Локальные это адреса в технологии канального уровня, они привязаны к конкретной технологии, этому могут быть MAC адреса в Ethernet, или IMEI в сетях сотовой связи. Такие адреса не могут использоваться для построение крупной составной сети, которые объединяют сети использующие разные технологии. Чтобы это сделать, в модели взаимодействие открытых систем водиться сетевой уровень, а на нём используются глобальные адреса.
Глобальные адреса это адреса сетевого уровня, и в стеке протокола TCP/IP это как раз IP адреса. Глобальные адреса не привязаны к технологии канального уровня, и с их помощью можно построить такую сеть, которая объединяет подсети построены на разных технологиях канального уровня. И передавать данные из этих сетей друг другу.
IP адреса
Вид глобальных адресов, которые мы рассматриваем в этой статье это IP адреса, которые используются в стеке протоколов TCP/IP. и Интернет. IP адреса нужны для уникальной идентификации компьютеров в крупной составной сети, которая может включать в себя весь мир, например сети Интернет, и различные части сети интернет построенные на разных технологиях канального уровня.
Сейчас есть 2-е версии протокола IP: версия IPv4 и IPv6. Основное отличие между версиями протоколов в длине IP адреса. В IPv4 длина адреса 4 байта, а в IPv6 длина адреса 16 байт.
Длина адреса IPv4 — 32 бита, 4 байта. И чтобы людям было удобно работать с такими IP адресами их делят на 4 части.
В каждой части по 8 бит, такая часть называется октет. Каждый октет записывают в десятичном формате, и форма записи IP адреса следующая: четыре октета разделенных точкой (213.180.193.3). С таким видом деления адресов людям гораздо удобнее работать, чем с записью в двоичной форме длиной в 32 бита.
IP-адреса и IP-сети
Одна из задач сетевого уровня обеспечить масштабирование, построить такую сеть, которая может работать в масштабах всего мира. Для этого сетевой уровень работает не с отдельными компьютерами, а с подсетями, которые объединяют множество компьютеров.
В IP объединение происходит следующим образом, подсеть это некое количество компьютеров, у которых одинаковая старшая часть IP-адреса. В примере ниже у данного диапазона адресов одинаковые первые 3 октета, и отличается только последний октет.
И маршрутизаторы, устройства передающие информацию на сетевом уровне, работают уже не с отдельными IP адресами, а с подсетями.
Структура IP адреса
Наш IP адрес состоит из 2 частей:
Маска подсети
Как по IP адресу узнать, где адрес сети, а где адрес хоста. Для этого используется Маска подсети. Маска также, как IP адрес состоит из 32 бит, и она устроена следующим образом: там где в IP адресе находится номер сети маска содержит 1, а там где указан номер хоста 0.
Подробный пример разобран в видео на 4:50 минуте.
Есть два способа указать маску подсети. Десятичное представление в виде префикса.
В десятичном представление маска записывается в формате похожем на формат IP адреса. 32 разделенные на 4 октета по 8 бит и каждый из этих 8 бит переведены в десятичное представление, они записываются через точку.
Маска в десятичном представление выглядит так 255.255.255.0
Другой формат записи маски в виде префикса. В этом случае указывается, сколько первых бит IP адреса относится к адресу сети, а всё остальное, считается, что относится к адресу хоста.
Префикс записывается через слэш (/).
213.180.193.3/24 это означает что первые 24 бита, то есть 3 октета относится к адресу к сети, а последний октет к адресу хоста.
Оба эти представления эквивалентны. Если мы запишем маску подсети в десятичном виде, либо виде префикса, мы получаем одинаковый адрес подсети.
Важно понимать, что маска подсети не обязательно должна заканчиваться на границе октетов. Хотя, так делают часто, чтобы людям было удобно работать с такими адресами сетей и хостов, но это делать не всегда удобно. Например, если у вас сеть достаточно крупная, то вам можно ее разбить на несколько более маленьких частей. А для этого приходится использовать маски переменной длины, именно так называются маски подсети которые не заканчиваются на границе октета.
Подробный пример на видео выше на минуте 8:20.
Устаревшие классы IP адресов
Маски подсети это современный способ, который позволяет определить, где в IP адресе находится адрес подсети, а где адрес хоста. Ранее использовался другой адрес на основе классов IP адресов. Сейчас этот метод уже не используется он устарел. Однако в интернете и книгах вы наверняка встретите напоминание классов адресов, поэтому мы рассмотрим, как они были устроены.
Весь диапазон адресов был разделен на несколько классов, в которых было четко задано местоположение адресов сети и адрес хоста. Класс определялся по первым битам. Всего было 5 классов (A,B,C,D,E)
В настоящие время групповые адреса все еще выделяются именно из диапазона 224.0.0.0 — 239.255.255.255.
А зарезервированный диапазон все еще не используется 240.0.0.0. — 255.255.255.255.
Типы IP-адресов
В IPv4 используется 3 типа адресов:
Широковещательный адрес
Широковещательный адрес в IP имеют следующий формат: (1.18)
Часть которая относится к адресу сети остается без изменений, а в той части, которая относится к адресу хоста записываются в битовые единицы.
Мы уже встречались с широковещательными адресами в технологии канального уровня Ethernet. Важным отличием широковещательных адресов в сетевом уровне, является то, что широковещательные адреса используются только в пределах в одной подсети.
Маршрутизаторы не передают широковещательные пакеты в другую сеть, иначе можно очень быстро завалить всю глобальную сеть, в том числе весь Интернет, мусорными широковещательными пакетами.
Два широковещательных адреса
В IP используется 2 типа широковещательных адресов подходящих для двух различных сценарий (2.22)
Предположим что у нас есть 2 подсети объединенные между собой маршрутизатором. Если мы хотим отправить широковещательный пакет в рамках одной сети это называется ограниченное широковещание. В этом случае мы может использовать специальный широковещательный адрес, который состоит из всех битовых единиц (255.255.255.255). В этом случае данные получат все компьютеры в сети, а через маршрутизатор данные не пройдут.
Другой сценарий, когда компьютер, который находится за пределами нашей сети, хочет передать широковещательный пакет всем компьютерам, которые находится в нашей сети это называется направленное широковещание. В этом случае широковещательный IP адрес будет выглядеть 192.168.0.255, адрес подсети, в которую мы хотим отправить широковещательный пакет и битовые единицы в той части, которая относится к адресу хоста. Как произойдет обработка такого пакета? Пакет передаётся маршрутизатору и маршрутизатор уже разошлёт этот пакет в широковещательном режиме, но только в передах одной подсети, для которой предназначается этот широковещательный пакет.
Специальные типы IP-адресов
Какие бывают специальные типы IP адресов:
В номере хоста нельзя использовать только битовые 0, и только битовые 1. Если мы укажем только битовые 0, то это получится не адрес хоста, а адрес подсети 213.180.193.0.
А если укажем только битовые 1, то это будет широковещательный адрес. 213.180.193.255.
Часто, маршрутизатору по умолчанию в сети, или шлюзу, через которые все компьютеры сети попадают в интернет, присваивают адрес с номером 1. Однако четких правил нет, так делать не обязательно 213.180.193.1.
Адрес который состоит из всех 0.0.0.0 это адрес текущего хоста. Он используется, когда компьютер еще не получил свой IP адрес.
Адрес из всех битовых единиц, 255.255.255.255 это все хосты в текущей подсети (ограниченный широковещательный адрес).
127.0.0.0/8 это обратная петля, специальный диапазон адресов, который выделен для того чтобы отлаживать сетевые приложения, если у вас нет сетевого оборудование или оно настроено не так как вам нужно, в этом случае данные не отправляются в сеть, а приходят обратно на компьютер. Часто из этой сети используется адрес 127.0.0.1 это текущий компьютер (localhost). Однако не обязательно для этой цели использовать адрес с хостом 1, можно использовать 2, 3 или другой любой IP адрес из этого диапазона.
IP адреса из подсети 169.254.0.0/16 называются Link-local адреса. Случае если вы не настроили IP адрес на своем ПК вручную или каким либо другим способом, например с помощью протокола DHCP, то операционная система сама может назначить компьютеру адрес из этого диапазона. Такие адреса могут использоваться только в пределах подсети и не проходят через маршрутизатор.
Распределение IP адресов
Так как IP адреса являются глобальными адресами и используются для построение сетей, которые могут потенциально объединять все компьютеры в мире такие как сеть интернет, то каждый компьютер должен иметь уникальный IP адрес во всем мире.
Если у нас будет несколько компьютеров с одним IP адресом, то мы не сможем понять к какому компьютеру должны отправить наши данные. Чтобы обеспечить уникальность адресов в интернет, есть специальный подход, IP адреса нельзя брать любые какие вы хотите, а необходимо получить разрешение на использование IP адреса у Internet Assigned Number Authority (IANA), сейчас функции IANA реализуются корпорацией ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) — Корпорация Интернет для распределения имен и номеров. Именно эта организация отвечает за распределение IP адресов во всем мире.
Однако организация делает это не напрямую, а с помощью региональных регистраторов. В каждом регионе есть свой регистратор, который взаимодействует с компанией ICANN и распределяет IP адреса. Россия и Европа относится к региональному регистратору RIPE.
Частные IP-адреса
Однако есть такие случае, когда вы создаете сеть, которая использует IP адреса, но при этом она не подключена к Интернету. Например, внутренняя сеть организации или внутренняя сеть класса, в которой вы просто тестируете какие-то сетевые технологии. Было бы очень неудобно обращаться к региональному регистратору, для того чтобы просить IP адреса для такой сети. Специально для этого случая выделены несколько диапазонов частных IP адресов, это такие IP адреса, которые можно использовать в подсетях, которые не подключаются к интернету. При этом обращаться к ICANN для получения IP адреса не нужно. Диапазон частных IP адресов определен в документе RFC 1918 и он включает следующее:
Особенность этих адресов в том, что они не маршрутизируются в Интернет. Однако, есть возможность подключить сеть, построенную на основе частных адресов к Интернет, для этого используется технология Трансляция сетевых адресов NAT (Network Address Translation). В этом случае адрес из частной подсети заменяется на реальный IP адрес.
Исчерпание IP-адресов
Достаточно давно есть проблема исчерпание IP адресов. Длина IP адреса 32 бита это означает, что максимальный число IP адресов чуть больше, чем 4 млрд, и этого было достаточно когда проектировались сети TCP/IP, но сейчас из за того что Интернет получил такое большое распространение, 4 млрд IP адресов для всего мира оказалось недостаточно. Сейчас почти сейчас IPv4 адреса уже распределены, если вы захотите подключиться к интернету и получить адрес IPv4 то вряд ли вы это сможете сделать.
Как можно решить проблему исчерпания ip адресов
Заключение
Мы закончили рассматривать IP адреса, протокола IPv4 у нас есть 3 типа адресов:
IP адреса должны быть уникальны во всем мире, поэтому нельзя использовать любой IP адрес? необходимо получать разрешение на использование. Этим занимается Корпорация Интернет ICANN для распределение имен и номеров, поэтому нужно обращаться к ней. Если вы строите сеть, которую не подключаете к Интернет, можно использовать любой IP адрес из диапазона частных IP адресов. Важно понимать что адреса IPv4 уже почти закончились, и необходимо переходить на протокол версия IPv6, либо использовать технологию NAT для подключению Интернету.
Что такое ip-адрес, маска подсети, хост, адрес сети
Из этой статьи Вы узнаете: Что такое ip-адрес, что такое маска подсети, что такое адрес сети, адрес хоста и как всё это рассчитывается!
ip-адрес записывается в виде четырёх чисел, от 0 до 255, разделённых точками.
Например: 192.168.1.1
Каждое из этих чисел представляет собой 1 байт, то-есть может принимать максимум 256 значений. Если перевести числа ip-адреса в двоичную систему, то это можно увидеть наглядно.
Например выше приведённый адрес в двоичной системе будет выглядеть таким образом:
В ip-адресе записывается адрес сети и адрес хоста (чаще его называют адресом компьютера в сети). Часть нулей и единиц является адресом сети, а какая-то часть является хостом. Для того чтобы понять что и где находится нужна как раз “маска подсети”.
Маска подсети это тоже набор чисел от 0 до 255, только в двоичной системе сначала в ней идут всегда единицы, а затем уже нули.
Рассмотрим пример, пусть у нас будет такого рода маска подсети: 255.255.255.0
В двоичной системе она будет иметь такой вид:
На месте единиц в ip-адресе записывается адрес сети, а на месте нулей – номер хоста.
Определим адрес сети.. У нас теперь есть две пары чисел в двоичной системе, это ip адрес и маска подсети:
Мы можем просто выписать все числа, которые находятся над единицами, либо мы можем перемножить разряды, то есть верхнюю первую единицу на нижнюю, получится тоже самое..
То есть адрес сети будет равен:
В десятичной системе этот результат будет равен 192.168.1.0 (то есть это будет адрес сети).
А номер компьютера это оставшиеся числа под нулями то есть вот эти:
При этом хостом не может быть ноль, потому что у нас получится адрес сети, тот самый 192.168.1.0. И хостом не могут быть все единицы, потому что для всех единиц у нас зарезервирован широковещательный адрес, то есть из всех возможностей, из 256-ти, которые могут быть, хостом могут быть только 254.
Теперь попробуем определить, сколько различных хостов может быть для такой вот маски:
255.255.224.0
Запишем каждый байт такой маски в двоичной системе счисления:
Нам нужно узнать сколько у нас здесь возможных хостов.
Эта часть маски необходима для определения маски адреса сети.
А под хосты у нас выделено 13 нулей. Соответственно каждый разряд этой части ip-адреса у нас может принимать либо единицу, либо ноль. Проще говоря здесь возможное количество вариантов – два.. так как либо единица – 1, либо ноль – 0 варианты.. И того, два варианта в 13 степени, что равно 8192.
Однако у нас не может быть хоста со всеми нулями или со всеми единицами, то есть мы должны вычесть из него ещё 2 адреса. В итого будет равняться 8190.
То есть для маски 255.255.224.0 у нас возможно 8190 различных ip адресов.
Ну разумеется это только базовые знания построения адресации сетей, например мы не рассматривали зарезервированные адреса для подсетей и т.д. Но в целом этого вполне достаточно, чтобы решать задания уровня ЕГЭ.
