Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Адресация сетевого уровня и маршрутизация - Coggle Diagram
Адресация сетевого уровня и маршрутизация
5.1 Сетевой уровень
Основные задачи
Организация связи между разными сетями (составная сеть, internetwork)
Обеспечение передачи данных между сегментами, например VLAN
Основные функции сетевого уровня (network layer)
Адресация узлов (IP-адресация)
Маршрутизация (выбор наилучшего маршрута передачи пакета)
Протокол IP
Основной протокол сетевого уровня TCP/IP
Тип доставки: best-effort (без гарантии доставки)
Существуют две версии протокола:
IPv4 с 32-битными адресами
IPv6 с 128-битными адресами
5.2 Обзор адресации сетевого уровня
IP-адресация и уровни адресов
Физический адрес (MAC-адрес) на канальном уровне
Логический адрес (IP-адрес) на сетевом уровне (адрес третьего уровня)
IP-адрес задаётся не устройству, а его интерфейсу
Коммутаторы L3 могут иметь несколько IP-адресов
Формат пакета IPv4
Пакет состоит из заголовка (обычно 20 байт) и данных
Заголовок содержит адресные и управляющие поля
Поля заголовка IPv4:
Version (4), IHL, Type of Service, Total Length
Identification, Flags, Fragment Offset
Time to Live, Protocol, Header Checksum
Source IP Address, Destination IP Address
Options (необязательное)
Представление и структура IPv4-адреса
32-битный адрес, разделён на 4 октета (8 бит каждый)
Запись в десятично-точечной нотации
Структура адреса:
Идентификатор сети (Net ID)
Идентификатор узла (Host ID)
Максимальное значение октета
Таблица преобразования двоичного октета в десятичное число
Классовая адресация IPv4
Классы адресов: A, B, C, D, E
Класс A: 1 байт под сеть, 3 байта под узел; 126 доступных сетей; до ~16 млн узлов
Класс B: 2 байта под сеть, 2 байта под узел; 16 384 сетей; до 65 534 узлов
Класс C: 3 байта под сеть, 1 байт под узел; 2 097 152 сетей; до 254 узлов
Класс D: многоадресная рассылка (multicast)
Класс E: эксперименты, зарезервирован
Частные и публичные IPv4-адреса
Публичные адреса: уникальны в Интернете, диапазон 1.0.0.1
Частные адреса IPv4 (не маршрутизируются в Интернет):
10.0.0.0 - 10.255.255.255 (Класс A)
172.16.0.0 - 172.31.255.255 (Класс B)
192.168.0.0 - 192.168.255.255 (Класс C)
Специальные адреса с разным назначением (например, 0.0.0.0, broadcast, loopback)
5.3 Формирование подсетей
Иерархия IPv4-адреса
Два уровня: сеть и узел
Добавлен уровень подсети (subnetwork) для более эффективного использования адресного пространства
Маска подсети (subnet mask) разделяет идентификатор узла на идентификатор подсети и узла
Маска подсети
32-битное число с непрерывными единицами, указывающими на часть адреса сети
Получение адреса сети с помощью побитового И между IP-адресом и маской подсети
Стандартные маски для классов A, B и C:
A: 255.0.0.0 (/8)
B: 255.255.0.0 (/16)
C: 255.255.255.0 (/24)
Преимущества деления на подсети
Рациональное использование адресов (выделение части адресного пространства)
Повышение безопасности и управляемости
Пример разбиения сети 192.168.1.0 на 20 подсетей по 6 компьютеров
Определение класса сети (С)
Расчёт количества бит, выделяемых под подсети (5 бит)
Маска подсети изменяется с 24 до 29 бит (/29)
Обеспечивает нужное количество подсетей и узлов в каждой
5.4 Бесклассовая адресация IPv4
Проблемы классовой адресации
Неэффективное использование адресного пространства (например, сеть с 1000 узлов получает 65 534 адреса)
В классах невозможно создавать подсети разного размера, что ограничивает гибкость
Введение VLSM и CIDR
VLSM (маска подсети переменной длины) позволяет делить сеть на подсети с разным числом узлов
CIDR (бесклассовая междоменная маршрутизация) убирает жесткую привязку маски к классу сети
Запись формата: IP-адрес/длина префикса (например, 192.168.1.8/29)
Пример разбиения сети 192.168.1.0/24 на подсети с разным количеством узлов
Постепенное деление сети на подсети с учётом требований по количеству узлов
Используются переменные длины масок подсети для гибкой адресации
5.5 Способы конфигурации IPv4-адреса
Статическая конфигурация
Адрес назначается вручную администратором
Динамическая конфигурация
Адрес назначается автоматически при подключении к сети на ограниченный срок
Протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) предоставляет динамические адреса
5.6 Протокол IPv6
Общая информация
Новая версия протокола IP для решения проблемы исчерпания адресного пространства
128-битный адрес (против 32 бит в IPv4) - около 3.4*10^38 адресов
Формат заголовка IPv6
Заголовок фиксированной длины 40 байт
Уменьшено количество полей, исключена контрольная сумма и поля фрагментации
Структура заголовка:
Version (6)
Traffic Class (приоритет)
Flow Label (метка потока)
Payload Length (длина полезной нагрузки)
Next Header (тип следующего заголовка)
Hop Limit (время жизни)
Source Address (128 бит)
Destination Address (128 бит)
Расширенные заголовки IPv6 для поддержки безопасности, фрагментации и др.
Представление и структура IPv6-адреса
Восемь групп по 4 шестнадцатеричные цифры, разделённые двоеточиями
Правила сокращения записи адресов (знак :: один раз, удаление ведущих нулей)
IPv6-адрес состоит из двух частей:
Префикс (prefix) - первые 64 бита, идентификатор сети/подсети
Идентификатор интерфейса (interface ID) - последние 64 бита, идентификатор интерфейса узла
5.7 Типы адресов IPv6
Основные типы
Индивидуальные (unicast)
Многоадресные (multicast)
Альтернативные (anycast)
Особенности
Индивидуальные адреса:
Global Unicast - глобальные публичные адреса, используются в Интернете, префикс 2000::/3
Unique-Local Unicast (ULA) - аналог частных адресов IPv4, для внутренних сетей, префикс FC00::/7 (здесь FD00::/8 локально назначен)
Link-Local Unicast - для связи внутри сегмента или "точка-точка", префикс FE80::/10
Многоадресные адреса:
Начинаются с FF00::/8
Используются для передачи пакетов группе узлов
Содержат флаги и область действия (Scope)
Специальные многоадресные адреса используются вместо broadcast-адресов
Альтернативные адреса (anycast):
Назначаются маршрутизаторам
Пакеты доставляются на "ближайший" интерфейс из группы
Не имеют отдельного блока адресов; входят в пространство уникальных адресов
Формат: префикс подсети + все нули