Всё об IP адресах: понимание классов IP-адресов

17 декабря, 2023

В компьютерных сетях устройствам необходим способ идентификации и связи друг с другом. Именно здесь в игру вступают IP-адреса. Протокол IP, или Internet Protocol, — это набор правил, определяющих отправку, прием и маршрутизацию пакетов данных в сети. IP-адреса служат уникальными идентификаторами для устройств в сети. Это позволяет обеспечить бесперебойную связь между устройствами, подключенными к сети. IP-адреса делятся на классы, каждый из которых служит определенной цели. В этом руководстве мы разберем классы IP-адресов и дамим исчерпывающее представление о них, подходящее как для новичков, так и для экспертов.

Читайте также: IPv4 против IPv6: в чем разница между IPv4 и IPv6

Что такое IP-адрес?

Прежде чем узнать о классах IP-адресов, давайте разберемся, что такое IP-адрес.

IP-адрес — это цифровая метка, присваиваемая каждому устройству, участвующему в компьютерной сети, использующей для связи протокол Интернета. Уникальность IP-адресов заключается в том, что каждый адрес идентифицирует только один хост или маршрутизатор в Интернете. Эта метка выполняет две основные функции: идентифицирует хост или сетевой интерфейс и определяет местоположение хоста в сети.

IP-адрес — это 32-битное (4-байтовое) число, записанное в точечной системе счисления, что означает, что каждый байт отделяется точкой или периодом. Типичный IP-адрес в точечной записи выглядит следующим образом: 192.168.17.29

Тот же адрес, записанный в двоичном формате, будет выглядеть так: 11000000.10101000.00010001.00011101

Как видно из приведенного выше двоичного примера, каждый байт в IP-адресе может представлять собой любое число от 0 до 255. Поскольку в каждом IP-адресе используется 4 байта, это означает, что общее количество доступных IP-адресов равно 2, или 4 294 967 296 возможных IP-адресов.

Каждый IP-адрес состоит из двух отдельных частей:

  • netid: netid идентифицирует сеть.
  • hostid: hostid идентифицирует хост в этой сети.

IPv4 и IPv6

В настоящее время используются две основные версии IP-адресов: IPv4 (Протокол Интернета версии 4) и IPv6 (Протокол Интернета версии 6). IPv4, более старая и широко распространенная версия, использует 32-битную схему адресов. Она позволяет использовать около 4,3 миллиарда уникальных адресов. С экспоненциальным ростом интернета этот пул адресов был исчерпан. Поэтому мир перешел на IPv6, в котором используется 128-битная схема адресов. IPV6 предлагает невероятно большое количество уникальных адресов.

Классы IP-адресов

Классы IP-адресов

IP-адреса делятся на классы, чтобы облегчить эффективное назначение адресов и маршрутизацию. Всего существует пять классов: A, B, C, D и E. Классы A, B и C являются наиболее часто используемыми, поэтому мы остановимся на них.

IP-адреса делятся на пять классов: A, B, C, D и E. Давайте разберемся в особенностях каждого класса.

Адреса класса A

  • Диапазон: 0.0.0.0 — 127.255.255.255
  • Разделение Netid/Hostid: 8 бит netid / 24 бита hostid
  • Максимальное количество хостов в сети: 16,777,214

Адреса класса A предназначены для организаций с разветвленными сетями, таких как правительственные учреждения или корпорации из списка Fortune 500. Несмотря на кажущееся ограничение в 128 сетей, зарезервированные адреса позволяют сократить их количество до 126.

Адреса класса B

  • Диапазон: 128.0.0.0 — 191.255.255.255
  • Разделение Netid/Hostid: 16 бит netid / 16 бит hostid
  • Максимальное количество хостов в сети: 65,534

Адреса класса B назначаются крупным сетям. 16-битный netid позволяет создать 65 534 сети, при этом некоторые диапазоны зарезервированы для специального использования.

Адреса класса C

  • Диапазон: 192.0.0.0 — 223.255.255.255
  • Разделение Netid/Hostid: 24 бита netid / 8 бит hostid
  • Максимальное количество хостов в сети: 254

Адреса класса C широко распространены в сетях малого и среднего размера. 24-битный netid вмещает более 2 миллионов сетей, в каждой из которых может быть размещено до 254 устройств.

Адреса класса D

  • Диапазон: от 224.0.0.0 до 239.255.255.255
  • Использование: Зарезервированы для многоадресной рассылки
  • Адреса класса D зарезервированы для групп многоадресной рассылки, что позволяет отправлять данные на несколько устройств одновременно.

Адреса класса E

  • Диапазон: от 240.0.0.0 до 255.255.255.255
  • Использование: Зарезервированы для экспериментальных целей.
  • Адреса класса E предназначены для экспериментального использования и не предназначены для общего развертывания сети.

Расшифровка классов адресов

Определить класс IP-адреса очень просто:

  • Если первый бит равен 0, это адрес класса A.
  • Если первый бит равен 1, а второй — 0, это адрес класса B.
  • Если первые два бита равны 1, а третий — 0, это адрес класса C.
    Если первые три бита равны 1, а четвертый — 0, это адрес класса D.
  • Если первые четыре бита равны 1, это адрес класса E.

Разбиение Netid и Hostid

Понимание разбивки netid и hostid очень важно:

  • Для класса A первый байт — это netid, а остальные три байта — hostid.
  • Для класса B первые два байта — это netid, а последние два — hostid.
  • Для класса C первые три байта — это netid, а последний байт — hostid.
  • Для адресов класса D нет ни netid, ни hostid. Все адреса класса D зарезервированы для многоадресной рассылки.
  • Для адресов класса E нет ни netid, ни hostid. Все адреса класса E зарезервированы для специального использования.

Специальные IP-адреса

В дополнение к стандартным IP-адресам некоторые адреса служат для особых целей. Специальные IP-адреса играют особую роль в компьютерных сетях, служат конкретным целям, выходящим за рамки обычной идентификации хоста и связи. Эти адреса зарезервированы для выполнения определенных функций и имеют решающее значение для работы, управления и безопасности сети. Давайте рассмотрим различные типы специальных IP-адресов:

  1. Сетевой адрес:
    • Определение: Любой адрес, идентификатор хоста которого состоит из всех битов, установленных в 0.
    • Цель: обозначает саму сеть и никогда не назначается хосту. Он служит способом идентификации сети в целом.
    • Пример: Если хост имеет IP-адрес 142.23.120.24, сетевой адрес будет 142.23.0.0.
  2. Этот хост в этой сети:
    • Определение: IP-адрес, состоящий из одних нулей.
    • Цель: Используется, когда хост загружается, но еще не знает назначенный ему IP-адрес. Это всегда считается адресом класса А, независимо от конфигурации сети.
  3. Конкретный хост в этой сети:
    • Определение: IP-адрес, все биты netid которого установлены в 0.
    • Цель: Гарантирует, что любая информация, отправленная с использованием этого адреса, останется в локальной сети и не будет перенаправлена. Он позволяет обмениваться данными с определенным хостом в той же сети.
    • Пример: Если IP-адрес — 216.120.46.100, а локальная сеть — 216.120.46, связь с конкретным хостом (например, 216.120.46.69) может быть достигнута с помощью адрес 0.0.0.60.
  4. Адрес прямой трансляции:
    • Определение: Любой адрес класса A, B или C, для которого в качестве идентификатора хоста установлены все единицы.
    • Цель: Маршрутизаторы используют этот адрес для отправки информации всем хостам в определенной сети. Он позволяет транслировать данные на все устройства в этой сети.
    • Пример: Отправка информации на адрес 204.36.120.255 достигнет всех хостов в сети 204.36.120.0.
  5. Адрес ограниченной трансляции:
    • Определение: Любой адрес класса A, B или C, все биты которого установлены в 1 (255.255.255.255).
    • Цель: Используется для отправки информации всем остальным хостам в той же сети, что и хост, отправляющий информацию. Он ограничивает общение локальной сетью.
    • Пример: Отправка информации на номер 255.255.255.255 достигнет всех узлов в локальной сети отправителя.
  6. Адрес обратной связи:
    • Определение: Любой IP-адрес, первый байт которого равен 127.
    • Цель: Используется для тестирования программного обеспечения TCP/IP на компьютере. Он позволяет компьютеру отправлять сообщение самому себе, не отправляя данные по сети. Наиболее распространенный адрес обратной связи — 127.0.0.1.
    • Пример: Выполнение команды ping 127.0.0.1 проверяет, правильно ли работает программное обеспечение TCP/IP.
  7. Частные IP-сети:
    • Определение: Зарезервированные блоки IP-адресов для использования в локальных сетях и немаршрутизируемые в глобальном Интернете.
    • Цель: Позволяет организациям использовать определенные диапазоны адресов внутри компании, не конфликтуя с общедоступными IP-адресами.
    • Примеры:
      • Класс A: 10.x.x.x (например, 10.0.0.0)
      • Класс B: от 176.16.0.0 до 176.31.255.255 (например, 176.20.0.0)
      • Класс C: от 192.168.0.0 до 192.168.255.0 (например, 192.168.1.0).

Организации могут использовать эти частные адреса без регистрации, поскольку они предназначены только для использования в локальной сети.

Проблемы с классовой адресацией

Хотя классовая адресация была первоначальным подходом к распределению IP-адресов, она имеет ряд ограничений и неэффективна. Эти проблемы привели к разработке бесклассовой междоменной маршрутизации (CIDR) для решения этих проблем. Вот некоторые проблемы, связанные с бесклассовой адресацией:

  1. Потеря адресного пространства: При классовой адресации организациям назначаются блоки адресов на основе заранее определенных классов (A, B или C). Эта жесткая структура часто приводит к неэффективному использованию адресного пространства. Многим организациям выделяется больше адресов, чем им необходимо, что приводит к потере ценных IP-адресов. Например, сети класса C, даже если организации требуется лишь небольшое количество адресов, выделяется 256 адресов, многие из которых остаются неиспользованными.
  2. Проблемы масштабируемости: Фиксированная структура классовой адресации препятствует масштабируемости Интернета. Поскольку спрос на IP-адреса рос в геометрической прогрессии, ограниченное количество доступных классов стало недостаточным для размещения растущего числа сетей.
  3. Проблемы с подсетями: Классовой адресации не хватает гибкости при создании подсетей. Создание подсетей предполагает разделение большой сети на более мелкие подсети для эффективного распределения адресов. Классовая адресация без возможности создания подсетей затрудняет адаптацию к сетям разного размера.
  4. Исчерпание адресов: Иерархическое распределение IP-адресов при классовой адресации способствовало исчерпанию доступных адресов IPv4. В частности, адреса класса А во многих организациях слишком велики, что приводит к более быстрому истощению пула адресов IPv4.
  5. Размер таблицы маршрутизации: Классовая адресация способствует увеличению количества таблиц маршрутизации в маршрутизаторах. Фиксированные границы классовых адресов требуют, чтобы маршрутизаторы хранили информацию обо всех классах, что приводит к увеличению размеров таблиц маршрутизации и увеличению требований к памяти.

Решения для преодоления ограничений классовой адресации

Чтобы преодолеть ограничения классовой адресации, была введена система CIDR. CIDR позволяет более гибко распределять IP-адреса за счет использования масок подсети переменной длины (VLSM). Это обеспечивает более эффективное использование адресов и лучшую масштабируемость. Окончательным решением проблемы исчерпания адресного пространства является переход на протокол IPv6. IPv6 предоставляет огромное адресное пространство, устраняя необходимость в сложных подсетях и предлагая долгосрочное решение проблемы исчерпания адресов IPv4.

Переход от классовой адресации к CIDR или IPv6 также сопряжен с серьезными проблемами. Существующие системы разработаны на основе классовой адресации. Они могут столкнуться с трудностями при адаптации к более гибкой и масштабируемой CIDR или при переходе на совершенно другой протокол IPv6.

Подведение итогов

Понимание и использование этих специальных IP-адресов очень важно для эффективного управления сетью, обеспечения безопасности и устранения неполадок. Будь то управление сетью малого предприятия или крупной корпорации, твердое понимание IP-адресации обеспечивает бесперебойную связь и распределение ресурсов в огромном ландшафте компьютерных сетей. Протокол TCP/IP является основой сетевого взаимодействия, поэтому сетевые специалисты должны разбираться в IP-адресах и их классах.

Написать комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *