Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Сетевой уровень и адресация: IPv4 и IPv6 - Coggle Diagram
Сетевой уровень и адресация: IPv4 и IPv6
5.1 Сетевой уровень (Network Layer)
Назначение: объединение разнородных подсетей и сегментов (VLAN) в единую составную сеть.
Протокол IP : базовый протокол сетевого уровня для логической адресации узлов и маршрутизации (выбора оптимального пути).
Принцип доставки Best-effort: передача данных без гарантии надежности доставки (контроль возлагается на протоколы вышележащих уровней).
Используемые версии протокола: IPv4 (32-разрядные адреса) и IPv6 (128-разрядные адреса).
5.2 Обзор адресации сетевого уровня и структура IPv4
Логический IP-адрес: назначается администратором независимо от аппаратного MAC-адреса и идентифицирует сетевой интерфейс устройства (коммутаторы L3 имеют несколько IP).
Формат пакета IPv4 (5.2.1)
Фиксированный заголовок: базовый размер 20 байт (может увеличиваться полем необязательных Опций кратно 32 битам).
Ключевые поля: Version (4), IHL (длина заголовка), Type of Service (приоритет), Total Length (общая длина пакета).
Фрагментация: Identification, Flags (признаки фрагментации) и Fragment Offset (позиция фрагмента).
Контроль передачи: Time to Live (TTL, время жизни пакета в хопах), Protocol (код протокола уровня L4) и Header Checksum (контрольная сумма только заголовка).
Адресные поля: Source IP Address (32 бита) и Destination IP Address (32 бита).
Представление и логическая структура IPv4 (5.2.2)
Точечно-десятичная нотация: 32 бита делятся на 4 октета по 8 бит с десятичными значениями от 0 до 255.
Двухуровневая иерархия: адрес состоит из идентификатора сети (Net ID) и идентификатора узла (Host ID).
Классовая адресация (5.2.3)
Класс A (старший бит 0): 8 бит сети, 24 бита узла; 126 сетей, до 16 777 214 узлов в каждой.
Класс B (старшие биты 10): 16 бит сети, 16 бит узла; 16 384 сетей, до 65 534 узлов в каждой.
Класс C (старшие биты 110): 24 бита сети, 8 бит узла; более 2 млн сетей, до 254 узлов в каждой.
Класс D (старшие биты 1110): зарезервирован для многоадресных групп (Multicast), деление на сеть/узел отсутствует.
Класс E (старшие биты 1111): зарезервирован для экспериментальных целей.
Частные и публичные адреса IPv4 (5.2.4)
Публичные адреса: глобально уникальные адреса сети Интернет (от 1.0.0.1 до 223.255.255.254, кроме частных).
Частные диапазоны (RFC 1918, не маршрутизируются в Internet): 10.0.0.0/8 (класс A), 172.16.0.0/12 (класс B) и 192.168.0.0/16 (класс C).
Специальные адреса: 0.0.0.0 (неопределенный адрес/запрос DHCP), адрес сети (все нули в Host ID), направленный широковещательный (все единицы в Host ID), ограниченный широковещательный (255.255.255.255) и обратная петля Loopback (127.0.0.0/8).
5.3 Формирование подсетей (Subnetting)
Трехуровневая иерархия (RFC 950): поле Host ID разделено на идентификатор подсети (Subnet ID) и идентификатор узла.
Маска подсети (Subnet Mask): непрерывная последовательность единиц для сетевой части и нулей для узловой части.
Операция логического «И» (&): побитовое умножение IP-адреса на маску подсети дает чистый адрес подсети.
Формулы расчета: число создаваемых подсетей $2^s$ (где $s$ — число заимствованных бит узла); полезных адресов узлов $2^n - 2$ (где $n$ — оставшиеся биты узла).
5.4 Бесклассовая адресация IPv4 (VLSM и CIDR)
Проблемы классовой модели: быстрое исчерпание пула адресов и нерациональный расход адресов при фиксированном делении.
VLSM (Variable Length Subnet Mask): маски переменной длины, позволяющие рекурсивно делить сеть на подсети разного размера под конкретные нужды.
CIDR (Classless Inter-Domain Routing): бесклассовая междоменная маршрутизация с компактной префиксной записью вида «IP-адрес/длина префикса» (например, /24, /29).
5.5 Способы конфигурации IPv4-адресов
Статический: ручной ввод IP-адреса, маски и шлюза администратором.
Динамический: автоматическое получение адреса и параметров конфигурации в аренду по протоколам DHCP (RFC 2131) или BOOTP.
5.6 Протокол IPv6: архитектура и формат
Особенности: 128-разрядный адрес ($3,4 \times 10^{38}$ адресов), встроенная безопасность IPSec, упрощение маршрутизации и автоконфигурация узлов.
Формат заголовка IPv6 (5.6.1)
Фиксированный базовый заголовок длиной 40 байт (вдвое больше IPv4, но с фиксированной структурой без IHL).
Поля: Version (6), Traffic Class (приоритет), Flow Label (метка потока данных для спецобработки), Payload Length (размер данных без заголовка).
Служебные поля: Next Header (тип следующего расширенного заголовка или протокола L4), Hop Limit (лимит переходов вместо TTL), Source/Destination Address (по 128 бит).
Оптимизация: контрольная сумма заголовка удалена для ускорения маршрутизации; минимальный MTU без фрагментации увеличен до 1280 байт.
Расширенные заголовки (Extension Headers): цепочечная структура через Next Header (Hop-by-Hop, Routing, Fragment, AH/ESP для IPSec, Destination Options).
Представление и структура адреса IPv6 (5.6.2)
Запись: 8 групп по 4 шестнадцатеричные цифры через двоеточие (2001:0DB8:...).
Правила сокращения: отбрасывание ведущих нулей в группах и однократная замена непрерывной последовательности нулевых групп символом «::».
Структура: Префикс (первые 64 бита — идентификатор сети/подсети) и Interface ID (последние 64 бита — идентификатор интерфейса узла).
5.7 Типы адресов IPv6
Базовые категории: Unicast (индивидуальный узел), Multicast (группа узлов) и Anycast (альтернативный ближайший узел; широковещание Broadcast полностью отсутствует).
Индивидуальные адреса (Unicast, 5.7.1)
Global Unicast (префикс 2000::/3): публичные маршрутизируемые адреса глобальной сети Internet.
Unique-Local Unicast (ULA, префикс FC00::/7): локальные частные адреса организаций (FD00::/8 — локально назначенные с 40-битным Global ID, FC00::/8 — резерв).
Link-Local Unicast (префикс FE80::/10): немаршрутизируемые адреса для взаимодействия только внутри одного физического сегмента, генерируются автоматически.
Специальные Unicast адреса: ::/0 (маршрут по умолчанию), ::/128 (неопределенный), ::1/128 (Loopback), 2002::/16 (туннели 6to4) и 2001::/32 (Teredo).
Многоадресные адреса (Multicast, 5.7.2)
Структура адреса: префикс FF00::/8, 4 бита флагов (бит T: 0 — постоянный, 1 — временный), 4 бита области действия Scope и 112 бит Group ID.
Области Scope: Interface-Local (1), Link-Local (2), Admin-Local (4), Site-Local (5), Organization (8), Global (E).
Замена Broadcast: FF02::1 (все узлы в сегменте связи), FF02::2 (все маршрутизаторы в сегменте).
Адрес Solicited-Node: префикс FF02::1:FF00::/104 + младшие 24 бита Interface ID (используется протоколом NDP для разрешения MAC-адресов вместо ARP-бродкастов).
Альтернативные адреса (Anycast, 5.7.3)
Назначение: присваиваются нескольким маршрутизаторам/коммутаторам L3 для доставки пакета до «ближайшего» интерфейса по метрике.
Особенности: формируются из префикса подсети и нулей в узловой части, не могут выступать адресом источника.