(T) Architektura adresów IP”

Architektura adresów IP

Wstęp do adresacji protokołu IP

  • Przydziałem adresów na poziomie globalnym kieruje Internetowa Korporacja ds. Nadanych Nazw i Numerów ICANN (The Internet Corporation for Assigned Names and Numbers), delegująca w tym celu, pomniejsze regionalne urzędy rejestracyjne RIR (Regional Internet Registries). Sprawują one kontrolę nad dużymi blokami adresów IPv4 oraz IPv6, rozdysponowując je pomniejszym krajowym instytucją jak i dużym dostawcą usług internetowych ISP (Internet service Provider). W kompetencji których leży przydział pojedynczych bądź niewielkich pul adresów względem użytkowników domowych bądź komercyjnych.
  • Przydzielane przez dostawcę ISP adresy mogą być od niego zależne (Provider aggregatable), tym samym zmiana dostawcy wymaga miany adresacji, bądź niezależne (provider independent) dzięki którym zmiana dostawcy nie musi się wiązać ze zmianą adresacji sieciowej.
Podział adresów IP (ICAN)
  • Adres IPv4 składa się z 32 bitów zapisywanych w postaci czterech oddzielonych do siebie kropkami oktetów, zawierających liczby z zakresu od 0 do 255. Dzięki czemu ilość możliwych do uzyskania kombinacji wynosi 232 a tym samym pozwala uzyskać 4 294 967 296 gotowych do przypisania adresów. Rosnące zapotrzebowanie na nowe adresy IP jak i nieoptymalny sposób ich nadawania w wczesnej fazie istnienia Internetu sprawiły, że zaistniała potrzeba stworzenia nowego bardziej pojemnego protokołu zwanego IPv6, którego 128 bitowy adres pozwala uzyskać 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 465 kombinacji.
Klasa Zakres adresów Liczba sieci Liczba hostów Pierwsze bity
A 1.0.0.0 – 126.0.0.0 127 16.777.214 0
B 128.1.0.0 – 191.254.0.0 16.382 65.534 10
C 192.0.1.0 – 223.255.254.0 2.097.159 254 110
D 224.0.0.0 – 239.255.255.254 Brak podziału Brak podziału 1110
E 240.0.0.0 – 255.255.255.255 Zarezerwowana 1111

klasowy podziałał sieci IPv4

VLSM (Variable Length Subnet Mask)

  • W początkowej fazie rozwoju Internetu, adresy IP były przydzielane centralnie, co w latach 80 dwudziestego wieku zaczęło sprawiać wiele kłopotów, wywołanych znaczącym wzrostem ilości sieci lokalnych LAN. Aby temu zaradzić postanowiono o przekazaniu części kompetencji w zarządzaniu adresami, na ręce administratorów lokalnych. Powstała również koncepcja podziału sztywnej klasowej puli adresów, na nowe dynamiczne pule dzielone poprzez maskę podsieci zwaną maską VLSM (Variable Length Subnet Mask).
  • Rozwiązanie to zastosowano jedynie w stosunku do sieci LAN, natomiast z perspektywy reszty Internetu nic się nie zmieniło, co w późniejszym okresie czasu okazało się środkiem niewystarczającym do zaistniałych problemów. Nowy podział adresów polegał na tak zwanym adresowaniu podsieci (Subnet addressing), w którym bity hosta zostały oddane do dyspozycji administratora sieci, dzięki czemu mógł on dowolnie je dzielić na inne pod sieci. Natomiast pierwsze najbardziej znaczące bity klasy A, B i C pozostawały bez zmian.
  • Do oznaczenia które bity adresu identyfikują podsieć a które hosty, postanowiono wykorzystać maskę VLSM, składającą się z ciągu 32 bitów wskazujący podział sieci poprzez proces koniunkcji bitowej z adresem IP. Maska zapisywana była w postaci ciąg czterech oddzielonych od siebie kropkami liczb z zakresu od 0 do 255. Przykładowy adres wykorzystujący VLSM wygląda następująco:
Klasa B Numer sieci (16 bitów, 14 wolnych) początkowe bity 10 Identyfikator podsieci (8 bitów) Identyfikator hosta (8 bitów) w puli hosta odchodzą dwa skrajne adresy.

Budowa adresu IPv4

CIDR (Classless Inter-Domain Routing)

  • Wprowadzenie maski VLSM stanowiło rozwiązanie przejściowe, które w oczywisty sposób nie mogło rozwiązać problemów z stale kurczącą się pulą adresów IP. W latach 90 dwudziestego wieku powstała lista zadań, które należy rozwiązać, aby Internet mógł dalej funkcjonować w obecnym kształcie. Trzy następujące problemy były na tyle dotkliwe, że wymagały podjęcia natychmiastowych działań.
    • W 1994 roku pula adresów klasy B była wyczerpana w połowie, a prognozy przewidywały jej kompletne zużycie do roku 1995.
    • Pula możliwych do osiągnięcia adresów IP była na tyle mała, że nie pozwoliła by na funkcjonowanie Internetu po roku 2000.
    • Znaczący przyrost nowych sieci lokalnych zwiększył ilość pozycji w globalnej tablicy trasowania, a tym samym zmniejszył ich wydajność.
  • Do rozwiązania powyższych zadań powołano w 1992 roku grupę roboczą ROAD (ROuting and ADdressing). Uznała ona punkt pierwszy oraz trzeci za najważniejsze do rozwiązania, odstawiając tym samym punk drugi na dalszy plan. Pierwszym krokiem nowej grupy było usunięcie pozostałości klasowego podziału na sieci w strukturach Internetu, poprzez zastosowanie rozwiązania zbliżonego do VLSM. Nowa metoda bezklasowego trasowania między domenowego CIDR (Classless Inter-Domain Routing), wprowadziła maskę podsieci w której po adresie IP występował Prefix zapisywany w postaci liczby od 0 do 32. Zmianie uległy również globalne tablice trasowania w których zaczęto stosować system hierarchiczny (hierarchical routing) zaproponowany przez Kleinrocka i Kamouna jeszcze w latach 70. Wykorzystany w nim podział puli adresów, został zaaranżowany w strukturę drzewa co znaczne zmniejszyło ilość pozycji w globalnych tablicach routingu, a tym samym rozwiązało problem trzeci.
  • Jako rozwiązanie punktu pierwszego postanowiono o stworzeniu nowych prywatnych puli adresów, których działanie ograniczono do sieci lokalnych LAN, dzięki czemu wszystkie urządzenia znajdujące się w np. firmie czy domach mogły korzystać z jednego lub paru adresów publicznych.
  • Skutki ostatniego problemu zaczęto niwelować poprzez stopniowe wprowadzanie nowego protokołu IPv6. Dysponuje on znacznie większą ilością adresów IP oraz bardziej wydajnymi metodami tworzenia globalnych tablic routingu.
AdresMaskaZakresLiczba hostów
10.0.0.0 255.0.0.0 10.0.0.0 – 10.255.255.255 2563
172.16.0.0 255.240.0.0 172.16.0.0 – 172.21.255.255 16*2562
192.168.0.0 255.255.0.0 192.168.0.0 – 192.168.255.255 2562

Prywatne adresy IP (RFC 1918)

Pozostałe tematy związane z protokołem IPv4

PDFPRINT

Robert T Kucharski

Cisco Network Engineer in GPW.

Dodaj komentarz