IP адресация

Назначение маски 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.

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 число два (2) в степени количества отведенных для них бит (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.

Адреса подсетей

Взаимодействие IP-адреса и маски подсети

1. Маска подсетиsubnet mask

Поля номеров сети и подсети образуют расширенный
сетевой префикс. Для выделения расширенного сетевого префикса используется
маска подсети (subnet mask). Маска подсети – это 32-разрядное двоичное число
(по длине IP-адреса), в разрядах расширенного префикса содержащая единицу; в
остальных разрядах находится ноль. Расширенный сетевой префикс получается
побитным сложением по модулю два (операция XOR) IP-адреса и маски подсети.

При таком построении очевидно, что число подсетей
представляет

собой
степень двойки- 2n,
где n — длина поля номера
подсети. Таким образом, характеристики IP-адреса полностью задаются собственно
IP-адресом и маской подсети.

Для упрощения записи применяют следующую нотацию (так
называемая CIDR-нотация): IP-адрес/длина расширенного сетевого префикса.
Например, адрес 192.168.0.1 с маской 255.255.255.0 будет в данной нотации
выглядеть как 192.168.0.1/24 (очевидно, что 24 – это число единиц, содержащихся
в маске подсети).

В следующей таблице показаны
стандартные маски подсетей для классов адресов Интернета

Табл.3 Стандартные маски подсети

Но для каждого класса возможны и другие маски
подсети. Рассмотрим примердля класса А:

-255.0.0.0
— маска для сети класса A; длина расширенного сетевого префикса — 8;

-255.255.0.0
-маска для сети класса A; длина
расширенного сетевого префикса- 6;

-255.255.255.0
— маска для сети класса A; длина расширенного сетевого префикса — 24.

Изменяем настройки TCPIPv4

Зайдите в «Сетевые подключения». Можно нажать правой кнопкой мыши на значок подключения (на панели уведомлений) и выбрать «Центр управления сетями и общим доступом». Затем, в новом окне слева выбрать «Изменение параметров адаптера».

Дальше, нажмите правой кнопкой мыши на тот адаптер, через который вы подключаетесь к интернету, и выберите «Свойства». Если по Wi-Fi, то это «Беспроводная сеть». Если по кабелю, то скорее всего это «Ethernet» (подключение по локальной сети).

В окне «Свойства» выделите пункт IP версии 4 (TCP/IPv4), и нажмите на кнопку «Свойства». В большинстве случаев, компьютер получает настройки автоматически от роутера, или провайдера. Поэтому, получение IP-адреса оставьте автоматически (если провайдер, или администратор вашей сети не требует статических настроек), а DNS пропишите вручную и нажмите Ok. Укажите такие адреса: 8.8.8.8 / 8.8.4.4. Как на скриншоте ниже.

Компьютер желательно перезагрузить.

Если это не помогло, и у вас подключение через маршрутизатор, то можно попробовать вручную задать настройки IP.

Задаем статические адреса для IPv4

Вам нужно узнать IP-адрес своего роутера. Скорее всего, это 192.168.1.1, или 192.168.0.1. Он должен быть указан на самом маршрутизаторе.

В поле IP-адрес прописываем адрес роутера и меняем последнюю цифру. Например: 192.168.1.10. Маска подсети – будет выставлена автоматически. Основной шлюз – IP-ёадрес роутера. DNS можете оставить «получать автоматически», или прописать свои. Вот так:

Как это сделать в Windows 7, я подробно описывал в этой статье. Если ничего не получится, верните все на автоматическое получение параметров.

Заключение

Если мои рекомендации не помогли, и вы выяснили, что проблем на стороне интернет-провайдера нет, или интернет работает на других устройства от этого же маршрутизатора, то можно попробовать сделать сброс настроек сети.

В том случае, если проблема в маршрутизаторе, то можно проверить его настройки, или сбросить их к заводским, и выполнить поворотную настройку. Инструкции для некоторых  моделей вы найдете здесь.

Отсутствие доступа к интернету, или сети для IPv4, это практически та же проблема, что без доступа к интернету в Windows 7, и Ограничено в Windows 10.

129

Сергей

Решение проблем и ошибок

Классы сетей IP

IP-адреса разделяются на 5 классов: A, B, C, D, E. Адреса классов A, B и
C делятся на две логические части: номер сети и номер узла.

Идентификатор
сети, также называемый адресом сети, обозначает один сетевой сегмент в более
крупной объединенной сети (сети сетей), использующей протокол TCP/IP. IP-адреса
всех систем, подключенных к одной сети, имеют один и тот же идентификатор сети.
Этот идентификатор также используется для уникального обозначения каждой сети в
более крупной объединенной сети.

Идентификатор узла, также называемый адресом узла, определяет
узел TCP/IP (рабочую станцию, сервер, маршрутизатор
или другое TCP/IP-устройство) в пределах каждой сети. Идентификатор узла
уникальным образом обозначает систему в том сегменте сети, к которой она
подключена.

Класс А

У адресов класса A старший бит установлен 0
(рис.1). Длина сетевого префикса _ 8 бит. Для номера узла выделяется 3 байта
(24 бита). Таким образом, в классе A может быть 126 сетей (27 — 2,
два номера сети имеют специальное значение). Каждая сеть этого класса может
поддерживать максимум 16777214 узлов (224 — 2). Адресный блок класса A может содержать максимум
231 уникальных адресов, в то время как в протоколе IP версии 4 возможно
существование 232 адресов. Таким образом адресное
пространство класса A занимает 50% всего адресного пространства протокола IP
версии 4.

Адреса класса A предназначены для использования в больших сетях, с
большим количеством узлов. На данный момент все адреса класса A распределены.

Рис.1 Класс А

Класс В

У адресов класса B два старших бита установлены
в 1 и 0 соответственно (рис. 2). Длина сетевого префикса- 16 бит. Поле номера узла тоже имеет длину
16 бит. Таким образом, число сетей класса B равно 16384 (214);
каждая сеть класса B может поддерживать до 65534 узлов (216 — 2). Адресный блок сетей класса B содержит 230
уникальных адресов, то есть 25% всего адресного пространства.

Класс B предназначен для применения в сетях среднего размера (например,
крупное предприятие).

Рис.2 Класс В

Класс С

У адресов класса C три старших бита установлены
в 1, 1 и 0 соответственно (рис. 3). Префикс сети имеет длину 24 бита, номер
узла -8 бит. Максимально возможное
количество сетей класса C составляет 2097152 (221). Каждая сеть
может поддерживать максимум 254 узла (28- 2). Весь адресный блок сетей класса C содержит 229
уникальных адреса, что равно 12,5% от всего адресного пространства.

Класс C предназначен для сетей с небольшим количеством узлов.

Рис.3 Класс С

Класс
D

Адреса класса D представляют собой специальные адреса, не относящиеся к
отдельным сетям. Первые 4 бита этих адресов равны 1110 (рис. 4). Таким образом,
значение первого октета этого диапазона адресов находится в пределах от 224 до
239. Адреса класса D используются для многоадресатных
пакетов, с помощью которых во многих разных протоколах данные передаются
многочисленным группам хостов. К таким протоколам относится протокол
обнаружения устройств корпорации Cisco (Cisco Discovery Protocol – CDP), функционирующий на основе протокола ICMP,
или межсетевой протокол управления группами Internet
(Internet Group Management Protocol – IGMP),
который находит все более широкое распространение, после того, как был
реализован в программном обеспечении Cisco IOS версии
11.2.

Эти адреса можно рассматривать как заранее запрограммированные в
логической структуре большинства сетевых устройств. Это означает, что при
обнаружении в пакете адреса получателя такого типа устройство на него
обязательно отвечает. Например, если один из хостов передает пакет с IP-адресом
получателя 224.0.0.5, на него отвечают все маршрутизаторы
(использующие протокол OSPF), которые находятся в сегменте

сети с этим адресом Ethernet.

Рис.4 Класс D

Класс
Е

Адреса в диапазоне
240.0.0.0—255.255.255.255 называются адресами класса E. Первый октет этих
адресов начинается с битов 1111 (рис.5). Эти адреса зарезервированы для будущих
дополнений в схеме адресации IP. Но возможность того, что эти дополнения
когда-либо будут приняты, находится под вопросом, поскольку уже появилась
версия 6 протокола IP (IPv6).

Рис.5 Класс Е

Бесклассовая маршрутизация

Концепция бесклассовой междоменной
маршрутизации (Classless Inter
– Domain Routing, CIDR)
была официально документирована в сентябре 1993 года в RFC 1517, RFC 1518, RFC
1519 и RFC 1520. Ее появление было вызвано участившимися кризисами в сети Internet. Из-за несовершенства протоколов маршрутизации
обмен сообщениями обобновлении таблиц приводил к
сбоям магистральных маршрутизаторов, из-за перегрузки

их ресурсов при
обработке большого объема служебной информации. Так, в 1994 году таблицы
магистральных маршрутизаторов в Internet
содержали до 70 000 маршрутов. Внедрение протокола CIDR сократило число записей
до 30 000. Кроме того, дополнительной предпосылкой внедрения протокола CIDR
явилась реальная опасность нехватки адресного пространства при дальнейшем
расширении Internet. Данная технология позволяет
реализовать две новые, не поддерживаемые ранее возможности:

-отход от
традиционной концепции разделения адресов протокола IP на классы. Это позволяет
более эффективно использовать адресное пространство протокола IP версии 4;

-объединение
маршрутов. При этом одна запись в таблице маршрутизации может представлять
сотни адресов. Кроме того, оно позволяет снизить объем маршрутной информации в магистральных маршрутизаторах сети
Internet.

Рассмотрим более подробно возможности, предоставляемые новой
технологией. Протокол CIDR позволяет использовать вместо традиционных классов
адресов протокола IP обобщенный сетевой префикс. Он служит для определения
границы между номером сети и номером хоста в IP-адресе (вместо проверки первых
трех байтов адреса для определения его класса). Вследствие этого данная технология
поддерживает организацию сетей произвольного размера взамен сетей со
стандартными сетевыми номерами,

ассоциируемыми
с соответствующими классами адресов.

В протоколе CIDR каждый элемент маршрутной информации рекламируется маршрутизаторами совместно с сетевым префиксом. Битовая
длина сетевого префикса помогает определить число старших битов,
соответствующих номеру сети в записи таблицы маршрутизации.

Например, адрес подсети в таблице маршрутизации с номером
сети, занимающим 20 бит, и номером хоста, занимающим 12 бит, будет
записан с сетевым префиксом длиной 20 бит, или /20. Удобство заключается в том,
что рекламируемый маршрутизатором IP-адрес подсети с
префиксом /20 может быть адресом любого класса (А, B или С). Поддерживающие
протокол CIDR маршрутизаторы не проверяют класс
адреса обычными методами, вместо этого они полагаются на информацию о сетевом
префиксе, пришедшую

с рекламируемым
маршрутом.

Если отвлечься от разделения адресов на классы, то сетевой префикс можно
рассматривать как непрерывный битовый блок в адресном пространстве протокола
IP. Например, рассмотренный выше сетевой префикс /20 оставляет то же самое
количество бит для задания адресов хостов, что и в адресах с разделением на
классы, а именно 12 бит, что позволяет поддерживать до 4094 (212 — 2
= 4094) адресов хостов.

Ввиду того, что многие хосты при работе с адресами учитывают их

принадлежность к
определенному классу, при настройке требуется задавать маску подсети. Если
администратор вместо маски подсети укажет сетевой префикс, то хост его не
воспримет.

Проблема, например, возникает в случае, если необходимо использовать
адрес 200.25.16.0 с сетевым префиксом /20 для поддержки 4094 хостов (212
— 2 = 4094), так как не поддерживающие протокол CIDR хосты будут
интерпретировать заданный адрес, как адрес класса С с маской 255.255.255.0. При этом оставшихся в поле номера
хоста битов не

хватит для задания
требуемого количества адресов хостов. Если хосты поддерживают протокол CIDR, то
данный адрес может иметь любой сетевой префикс.

Протокол CIDR позволяет более эффективно использовать адресное
пространство протокола IP. Обычно провайдеры услуг Internet
выделяют своим клиентам адреса определенных классов, что ведет к некоторой
избыточности. Благодаря протоколу CIDR, провайдеры получают возможность
«нарезать» блоки из выделенного им адресного пространства в точном
соответствии с требованиями каждого клиента, при этом у него остается
пространство для маневра на случай его будущего роста.

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.

Одноадресная рассылка

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.

Широковещательная рассылка

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.

Многоадресная рассылка

3 Планирование сети

После того, как мы немного познакомились с сетями, пора переходить к практике. При планировании сети предприятия нужно в первую очередь определиться с классом сети и возможным количеством конечных узлов сети (компьютеров, сетевых принтеров, wi-fi роутеров, телефонов, ноутбуков, виртуальных машин, и т.п.). Класс не столько важен, сколько максимальное количество хостов, которое определяется по формуле:

Где,Х – это количество хостов в подсети;n – количество бит отведенных на хостовую часть;

Мы отнимаем 2, потому что в каждой из сетей резервируется два адреса:

• Адрес сети (все биты отведенные на хостовую часть равны нулю)
• Широковещательный адрес (все биты отведенные на хостовую часть равны единице)

Каждую сеть можно разбить на подсети. Количество подсетей считается по формуле:

Где,С – это количество подсетей;n – количество бит отведенных на адрес сети;

Еще, при расчете, нам понадобится заранее подготовленная таблица с масками сетей в двоичной и, соответственно, десятичной форме и указанием максимального количества хостов в сети (рис. 1.3.1).

Рисунок 1.3.1 – Маски подсетей в десятичной и двоичной форме с соответствующим префиксом и максимальным количеством хостов

Давайте помечтаем, что у нас огромное предприятие с 250000 хостами, которые должны получить уникальный IP-адрес. Используя рис. 1.3.1 видим, что для этого нам нужна маска 255.252.0.0, которая покроет чуть больше 250 000 адресов. Префикс сети равен 14. Префикс – это краткое обозначение количества единичек в сетевой части.
Теперь возьмем, к примеру, IP-адрес с предыдущей статьи с префиксом 14 (98.251.16.138/14) и на его базе определим:

• Адрес сети
• Широковещательный адрес
• Адрес первого хоста сети
• Адрес последнего хоста сети
• Максимальное количество хостов в сети
• Количество сетей

Рисунок 1.3.2 – Подсчет параметров сети

Теперь объясню, что здесь было сделано. Для начала мы перевели каждый октет из десятичной формы в двоичную и провели грань между адресом сети и хостовой частью используя маску. В результате получили адрес сети (красное) и хостовую часть в двоичной форме. Теперь нужно перевести адрес сети в десятичную форму, для этого пользуемся предыдущей статьей и у нас получается адрес – 98.248.0.0. Теперь таким же образом узнаем широковещательный адрес (где вся хостовая часть равна единичкам) и получаем – 98.251.255.255. Оба этих адреса мы не можем использовать как адреса хоста, так как они зарезервированы уже. Теперь первый адрес хоста – это адрес сети плюс единичка (т.е. 98.248.0.1), а последний – это широковещательный адрес минус единичка (т.е. 98.251.255.254). Количество сетей и хостов определяем по формуле 1.3.1 и 1.3.2.
Вот и все.

Служебные IP-адреса

Некоторые IP-адреса являются зарезервированными. Для таких адресов
существуют соглашения об их особой интерпретации (Табл.2):

1. Если все биты IP-адреса установлены в нуль, то он обозначает
адресданного устройства.

2. Если в поле номера сети стоят нули, то считается, что получательпринадлежит той же самой сети, что и
отправитель.

3. Если все биты IP-адреса установлены в единицу, то пакет с таким
адресом должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и
отправитель. Такая рассылка называется ограниченным широковещательным
сообщением (limited broadcast).

4. Если все биты номера узла установлены в нуль, то пакет предназначен
для данной сети.

5. Если все биты в поле номера узла установлены в единицу, то пакет
рассылается всем узлам сети с данным номером сети. Такая рассылка называется
широковещательным сообщением (broadcast).

Из этих двух пунктов
видно, что в любой сети два значения номера узла зарезервированы для служебной
надобности.

6. Если первый октет адреса равен 127, то адрес обозначает тот жесамый узел. Такой адрес используется
для взаимодействия процессов на одной и той же машине (например, для целей
тестирования). Этот адрес имеет название возвратного (loopback).

Табл.2 Служебные
IP – адреса

Сводная информация

Строками таблицы являются номера зон, первая цифра, следующая за знаком +. Колонки указывают на вторую цифру кода страны (при наличии деления зоны).