Adresowanie

Adres IP (ang. IP address) - liczba nadawana interfejsowi sieciowemu, grupie interfejsów (broadcast, multicast), bądź całej sieci komputerowej w protokole IP, służąca identyfikacji elementów sieci w warstwie trzeciej modelu OSI - w obrębie sieci lokalnej oraz poza nią (tzw. adres publiczny). Adres IP nie jest "numerem rejestracyjnym" komputera - nie identyfikuje jednoznacznie fizycznego urządzenia - może się dowolnie często zmieniać (np. przy każdym wejściu do sieci Internet) jak również kilka urządzeń może dzielić jeden publiczny adres IP. Ustalenie prawdziwego adresu IP użytkownika, do którego następowała transmisja w danym czasie jest możliwe dla systemu/sieci odpornej na przypadki tzw. IP spoofingu (por. man in the middle, zapora sieciowa, ettercap) - na podstawie historycznych zapisów systemowych. W najpopularniejszej wersji czwartej (IPv4) jest zapisywany zwykle w podziale na oktety zapisywane w systemie dziesiętnym i oddzielane kropkami, rzadziej szesnastkowym bądź dwójkowym (oddzielane dwukropkami bądź spacjami). Początkowo schemat adresacji IP zakładał sztywny podział na klasy. Klasa A umożliwia zaadresowanie 16 milionów unikalnych hostów, klasa B obejmuj 65 tysięcy adresów, natomiast najmniejsza klasa C umożliwia stworzenie sieci składającej się z 254 hostów. Adresy sieci klasy A są już niedostępne, organizacja InterNIC zaprzestała też przydzielania adresów sieci klasy B. Najwięcej jest adresów sieci klasy C, jednak ich wadą jest stosunkowo mała liczba adresów dostępnych w ramach pojedynczej sieci klasy C.

Maska podsieci, maska adresu(ang. subnetwork mask, address mask) - liczba służąca do wyodrębnienia w adresie IP części będącej adresem podsieci i części, która jest adresem hosta w tej podsieci. Pola adresu IP, dla których w masce znajduje się bit równy 1, należą do adresu podsieci, a pozostałe bity do adresu urządzenia w tej podsieci. Po wykonaniu iloczynu bitowego (funkcja AND) maski i adresu IP, otrzymuje się adres IP całej podsieci, do której należy urządzenie z tym adresem IP. Model adresowania w oparciu o maski adresów wprowadzono w odpowiedzi na początkowo sztywny, lecz w rezultacie niewystarczający podział adresów na klasy A, B i C. Pozwala on w elastyczny sposób dowolnie dzielić duże sieci (zwłaszcza te o ograniczonej puli adresów IP) na mniejsze podsieci. Maska adresu jest takiej samej długości jak adres IP i składa się z ciągu bitów o wartości 1, po których następuje ciąg zer - dla IPv4 maska ma 32 bity, dla IPv6 ma 128 bitów. W przypadku IPv4 podawana jest najczęściej w postaci czterech liczb 8-bitowych zapisanych zazwyczaj dziesiętnie i oddzielonych kropkami (na przykład 255.255.255.224). Wartość maski musi być znana wszystkim routerom i komputerom znajdującym się w danej podsieci. W wyniku porównywania maski adresu (np. 255.255.255.0) z konkretnym adresem IP (np. 192.180.5.22) router otrzymuje informację o tym, która część adresu identyfikuje podsieć (w tym przypadku 192.180.5), a która urządzenie mające przypisany ten adres IP (.22). Często można spotkać się ze skróconym zapisem maski w postaci określającej liczbę początkowych bitów mających wartość 1 (zob. CIDR). Najczęściej spotykany jest zapis, w którym podawany jest adres podsieci, a następnie po rozdzielającym ukośniku skrócony zapis maski.

IPv4 (ang. Internet Protocol version 4) - czwarta wersja protokołu komunikacyjnego IP przeznaczonego dla Internetu. Identyfikacja hostów w IPv4 opiera się na adresach IP. Dane przesyłane są w postaci standardowych datagramów. Wykorzystanie IPv4 jest możliwe niezależnie od technologii łączącej urządzenia sieciowe - sieć telefoniczna, kablowa, radiowa, itp. IPv4 znajduje się obecnie w powszechnym użyciu. Dostępna jest również nowsza wersja - IPv6. Opis czwartej wersji protokołu IP znajduje się w RFC 791. W modelu TCP/IP protokół IPv4 znajduje się w warstwie Internetu, której odpowiada warstwa sieci w modelu OSI.

IPv6 (ang. Internet Protocol version 6) - protokół komunikacyjny, będący następcą protokołu IPv4, do którego opracowania przyczynił się w głównej mierze problem małej, kończącej się liczby adresów IPv4. Podstawowymi zadaniami nowej wersji protokołu jest zwiększenie przestrzeni dostępnych adresów poprzez zwiększenie długości adresu z 32-bitów do 128-bitów, uproszczenie nagłówka protokołu oraz zapewnienie jego elastyczności poprzez wprowadzenie rozszerzeń, a także wprowadzenie wsparcia dla klas usług, uwierzytelniania oraz spójności danych. Protokół jest znany także jako IP Next Generation oraz IPng. Głównymi dokumentami opisującymi protokół są RFC 2460 oraz RFC 4291.

Adresacja stanowi niezwykle ważny element w działaniu sieci komputerowych ponieważ na jej podstawie odbywa się dostarczanie informacji. Kiedy listonosz dostarcza nam list, dokonuje tego na podstawie naszego adresu zamieszania, w sieciach komputerowych natomiast, aby dostarczyć pakiety do odpowiedniego hosta potrzebny jest inny adres, nazywamy adresem IP. Stanowi on kluczowy element w funkcjonowaniu protokołów warstwy sieciowej. W tym artykule omówimy sobie, w jaki sposób działa adresowanie IP w wersji 4.

Adres IP jest adresem logicznym interfejsu sieciowego (hosta) to znaczy, że nie musi to być tylko adres konkretnego komputera, może to być również adres interfejsu (interfejsów) rutera czy access pointa.

Każdy adres IPv4 składa się z 32-bitowego ciągu zer i jedynek. Wynika to z faktu, że działanie urządzeń w sieciach komputerowych oparte jest na logice cyfrowej, co oznacza, że adresy te interpretowane są jako liczby binarne. Dla prostszego stosowania adresacji i zapamiętywania adresów, na co dzień stosuje się jednak zapis dziesiętny. Zapis ten składa się z 4 części (każda z nich to 1 bajt czyli 8 bitów), zwanych oktetami.

adres IP w zapisie dziesiętnym 192.112.20.101 będzie miał postać binarną równą 11000000.01110000.00010100.01100101

W każdym adresie IP, pewna część bitów (liczona od lewej strony), reprezentuje adres sieci, reszta natomiast stanowi adres konkretnego hosta. Jest to logiczne ponieważ pakiet najpierw musi trafić do właściwej sieci, dopiero potem trafia do konkretnego hosta. Jak w życiu, list najpierw trafia do miasta, dopiero potem pod wskazany numer domu na konkretnej ulicy. Jaka część bitów przeznaczona jest na adres sieci, a jaka na adres hosta określone jest przez tzw. maskę podsieci, która to określaja wielkość sieci oraz liczbę hostów w niej funkcjonujących.

Zanim przejdziemy do omówienia maski, musimy jeszcze określić typy adresów, które związane są z każdą siecią, są nimi:

Podział ten będzie nam potrzebny aby we właściwy sposób móc obliczać adresy IP.

Wróćmy teraz do naszej maski podsieci, która to określa, jaka część adresu IP określa sieć, a jaka hosty. Podobnie jak sam adres IP, również maska zapisana jest w postaci 32-bitowej i przez urządzenia sieciowe interpretowana jest jako liczba binarna, natomiast w zapisie oraz konfiguracji urządzeń stosuje się zapis dziesiętny, podzielony na 4 oktety. Przykładowa maska podsieci może mieć postać 255.255.255.0 dziesiętne czyli 11111111111111111111111100000000 binarnie. Czasami też możemy spotkać się z tzw. skróconym zapisem maski (np. /24), określającym, ile jest jedynek w binarnym zapisie maski. My będziemy stosować oba te zapisy.

W jaki sposób interpretować zapis binarny, a co za tym idzie jak określić, która część adresu jest adresem sieci, a która hosta? Bardzo prosto: jedynki określają sieć, a zera hosty należące do tej sieci.

Teraz omówimy sobie, w jaki sposób należy obliczać adresy IP. Jest to przydatne w momencie kiedy będziemy chcieli na podstawie podanego adresu i maski określić adres sieci, do której należy host, maksymalną liczbę hostów należących do tej sieci oraz adres rozgłoszeniowy. Aby wykonać tego typu zadanie potrzebna będzie umiejętność konwersji liczb dziesiętnych na binarne (i odwrotnie) oraz wiedza z zakresu wykonywania operacji logicznych, a konkretnie operacji AND i NOT. Zaczynamy!

Podany jest adres ip w postaci: 192.168.1.145 oraz maska 255.255.255.128. Na podstawie tych danych należy obliczyć:

Na otrzymanych liczbach binarnych wykonujemy operację AND (czyli mnożymy liczby w kolumnach)

Na postaci binarnej maski wykonujemy operację logiczną NOT (jedynki zamieniamy na zera, a zera na jedynki)

przypominam, że skrócony zapis maski to liczba jedynek w jej postaci binarnej

Jeśli adres sieci ma postać 192.168.1.128 to adres pierwszego hosta będzie miał postać 192.168.1.129

Jeśli natomiast adres rozgłoszeniowy ma postać 192.168.1.255 to adres ostatniego hosta będzie miał postać 192.168.1.254

Powyższy sposób przeliczania sprawdzi przy adresie z każdej klasy adresowej. Zwróćcie uwagę na to, że wszelkie operacje (AND, NOT, dodawanie czy odejmowanie) wykonywaliśmy w kolumnach, oktet pod oktetem. Jeśli obliczalibyśmy adres z innej klasy, np 153.15.102.120 /18 i przykładowo, wykonując operację NOT na postaci binarnej maski i konwertując ją na liczbę dziesiętną otrzymalibyśmy postać 0.0.63.255, to aby uzyskać adres rozgłoszeniowy 63 dodajemy do trzeciego oktetu, natomiast 255 do czwartego oktetu adresu sieci. Stosując te zasady, będziecie w stanie przeliczać każdy adres IP.

Adresowanie IP