Классы IP-адресов: описание, особенности и классификация

Всем известно, что интернет-соединения происходят с участием сетевых адресов. Каждое устройство в сети имеет свой «айпи». Но что это такое на практике? Как они определяются и что означают классы IP-адресов?

Администрирование присвоенных номеров Интернета (IANA) отвечает за управление распределением "айпи"-адресов по всему миру. Под контролем IANA существует пять региональных интернет-реестров (RIR), которые занимаются распределением блоков «айпи» поставщикам услуг Интернета (ISP) и другим доверенным организациям.

Для того, чтобы системы могли находить друг друга в распределенной среде, узлам даются адреса, однозначно идентифицирующие конкретную сеть, в которой находится система, и осуществляющие обратное распознавание. Когда они объединены, результатом является глобальный уникальный идентификатор.

Как это выглядит?

Этот адрес, известный как "айпи", представляет собой код, состоящий из чисел, разделенных тремя точками, которые распознают конкретный компьютер в интернете. Он является 32-битным двоичным числом, состоящим из двух упомянутых выше субадресов (идентификаторов), которые, соответственно, распознают сеть и хост в ней с условной границей, разделяющей их. Он обычно отображается как 4 октета чисел от 0-255, представленных в десятичной форме вместо двоичной.

Например, 168.212.226.204 представляет собой 32-битный двоичный номер 10101000.11010100.11100010.11001100. Бинарный номер очень важен, потому что именно он определяет, к какому классу относится IP-адрес.

Расположение границы между сетью и хост-частями "айпи"-идентификатора определяется с помощью маски подсети. Это 32-битное двоичное число, которое действует как фильтр, когда оно применяется к аналогичному «айпи». Сравнивая маску подсети с ним, системы могут определять, какая его часть относится к сети, а какая - к хосту. В любом случае она имеет бит, установленный в «1», а базовый бит в «айпи» является частью сетевого адреса. В любом случае, когда маске подсети установлено значение «0», связанный бит является частью идентификатора хоста. На этих правилах основана используемая сегодня IP-адресация. Классы IP-адресов также имеют четкую структуру, о которой указано ниже.

Какова дальнейшая перспектива?

Размер сети - это функция количества бит, используемых для идентификации хост-части адреса. Если маска подсети показывает, что для основной части блока адреса используется 8 бит, для этой конкретной сети доступно не более 256 идентификаторов хоста. Если она показывает, что для хост-части применяется 16 бит, для использования может быть применено максимум 65 536 возможных вариантов. По этим данным определяются классы сетей по адресам IP.

Учитывая быстрый рост Интернета и связанных с ним технологий, использование IPv4 в долгосрочной перспективе не является стабильным. В середине 1990-х годов был разработан новый метод IPv6, который использует 128 бит для этой цели. Технология нового поколения продолжает развиваться по сегодняшний день, хотя и медленно.

Где указаны сетевые адреса?

Протокол Интернета определен в RFC 791: Internet Protocol, опубликованном в 1981 году. Он предназначен для использования в компьютерной сети с коммутацией пакетов и обеспечивает передачу пакетов данных (определенных как датаграммы) из исходных устройств к адресатам.

Исходные и целевые устройства идентифицируются по адресу фиксированной длины, определенному протоколом. В спецификации также учитывается фрагментация данных и повторное объединение более длинных блоков по мере необходимости. Спецификации и классы IP-адресов не относятся к надежности данных, управлению потоком, последовательности, качеству обслуживания и т. д. Эти аспекты обрабатываются с помощью таких технологий, как TCP (протокол управления передачей).

Как это работает?

Ключевым механизмом, используемым в определении "айпи", являются: тип службы, время работы, параметры и контрольная сумма заголовка. Тип службы используется для указания качества требуемого обслуживания, которое должно использоваться маршрутизаторами (или шлюзами) для выбора параметров передачи, применимых к сети, или для пересылки информации.

Время работы указывает верхнюю границу того, как долго датаграмма или пакет данных должны быть отправлены до отказа. Параметры позволяют выполнять функции управления для определенных сетей, таких как специальная маршрутизация, безопасность или временные метки, но не требуются для стандартной связи. Контрольная сумма заголовка используется для обеспечения правильной передачи пакета данных.

Поставщик интернет-услуг (ISP) обычно назначает статический (всегда один и тот же), либо динамический адрес (изменяется каждый раз, когда вы входите в систему). Всего в мире используется около 4,3 миллиарда «айпи». Типы соединений при этом напрямую зависят от того, к какому классу относится IP-адрес, используемый в них.

Разновидности "айпи"

Классы IP-адресов являются их исходной организационной структурой. Каждый из них определяет максимальный размер потенциала для компьютерной сети. Класс адреса указывает, какой из конкретных его битов будет использоваться для сетевой идентификации, для определения хост-компьютера и идентификатора хоста, а также определяет общее количество подключений, разрешенных для каждой сети. Всего установлено пять общих классов IP-адресов: A,B,C,D и E.

Класс A используется для сетей с очень большим количеством общих хостов, B предназначен для применения в сетях среднего и крупного масштаба, C - для небольших локальных сетей. D и E предназначены для многоадресных и экспериментальных целей соответственно. Как определить класс IP-адреса? Для этого необходимо обратить внимание на его первый октет, то есть на значение в десятичной форме первых четырех байтов.

А

У адресов класса А всегда есть первый бит, установленный на «0». Поскольку такие сети имеют 8-битную сетевую маску, использование начального нуля оставляет только 7 bit для сетевой части адреса, и это позволяет использовать до 128 возможных номеров, начиная от 0.0.0.0 и до 127.0.0.0. Стоит отметить, что номер 127.x.x.x зарезервирован для loopback, который используется для внутреннего тестирования на локальном компьютере.

B

У IP-адресов класса B всегда есть первый бит, установленный в «1», а второй - «0». Поскольку они имеют 16-разрядную сетевую маску, использование ведущего шаблона оставляет 14 бит для сетевой части адреса. Это дает возможность использовать максимум 16 384 номеров сети, начиная с 128.0.0.0 и заканчивая 191.255.0.0.

C

В идентификаторах C первые два бита установлены на «1», а их третий - на «0». Поскольку они имеют 24-битную сетевую маску, это оставляет 21 бит для сетевой части адреса, и это дает возможность применить до 2097152 адресов, начиная от 192.0.0.0 и заканчивая 223.255.255.0.

D

Адреса класса D используются для многоадресных приложений. В них первые три бита установлены на «1», а их четвертый - на «0». Они являются 32-разрядными, и это означает, что все значения в диапазоне 224.0.0.0 - 239.255.255.255 используются для однозначной идентификации групп многоадресной рассылки. В пространстве класса D нет адресов хостов, так как все хосты внутри группы совместно используют общий «айпи» для получателя.

E

Адреса E определяются как экспериментальные, которые зарезервированы для будущих целей тестирования. Они никогда не регистрировались и не использовались стандартным образом. Первый их октет находится в диапазоне от 240 до 255. Данный диапазон зарезервирован IETF, а соединение аналогично разновидности D. Ввиду того, что он не входит в основные классы IP-адресов, особые IP-адреса E не должны назначаться хост-устройствам.

Для большей наглядности лучше изобразить эти данные в структурированном виде.

Такая таблица классов IP-адресов помогает с точностью определить тип соединения и используемые в ней «айпи».

Что такое обновленная технология?

IETF определил проблему с быстрым исчерпанием адресного пространства несколько десятилетий назад. Несмотря на изобретение бесклассовой адресации, было оценено, что для удовлетворения долгосрочных потребностей требуется новый протокол. IPv6 разработан как следующий стандарт, который был выпущен в 1995 году. Полученное адресное пространство было увеличено с 32 до 128 бит (16 октетов), что признано исследователями адекватным, по крайней мере, для среднесрочных требований к росту интернета.

Еще одно решение проблемы

После изобретения системы доменных имен (DNS) стало очевидно, что использование классов для идентификаторов будет ограничивать масштабируемость интернета. В результате IETF опубликовал RC 1518 и 1519 в 1993 году для определения бесклассового метода маршрутизации пакетов данных. Самое последнее определение этого стандарта произошло в 2006 году в соответствии с RFC 4632. Бесклассовая «айпи»-адресация была введена как более эффективное средство для использования сетевого пространства, по сравнению со сложившейся системой. При применении данной технологии «айпи» рассматривается как 32-разрядный поток, где граница между идентификацией сети и хостом может быть в любой из бит-позиций. Сетевая его часть определяется числом 1, которое в маске подсети применяется ко всему адресу. Маска подсети используется локально на хостах, подключенных к сети, и никогда не передается в пакете данных или датаграмме.