zabika.ru 1



Лабораторная работа № 10

Адресная схема СТЕКА TCP/IP



Цель работы

Изучить:

  • методы адресации в сетях TCP/IP;

  • принципы функционирования службы DNS;

  • способы выделения IP-подсетей, использование масок;


Постановка задачи

  1. Изучить методические указания к лабораторной работе, лекционный материал и рекомендуемую литературу.

  2. Выполнить упражнения.

  3. Ответить на контрольные вопросы.


Методические указания

  1. Типы адресов стека TCP/IP.

В стеке TCP/IP используется 3 типа адресов:

  • локальные (физические) адреса;

  • IP-адреса;

  • символьные доменные имена.

Локальный адрес – такой тип адреса, который используется средствами базовой технологии для доставки данных в пределах подсети, являющейся элементом составной сети. В разных подсетях допустимы различные сетевые технологии, следовательно, различные протоколы. Поэтому при разработке стека TCP/IP предполагалось наличие разных типов локальных адресов. Для ЛВС локальный адрес – это MAC-адрес. Если подсетью является глобальная сеть (например, протокол IP работает над IPX или X.25), то в этом случае локальными адресами будут адреса X.25 или IPX.

  1. IP-адреса.

IP-адрес – основной тип адреса, на основе которого сетевой уровень передает пакеты между сетями. Это 32-битный адрес, состоящий из двух логических частей: номера сети и номера узла. Номер сети указывается провайдером Internet (если сеть должна работать как составная часть Internet) или выбирается администратором произвольно. Обычно поставщики услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений InterNIC (Internet Network Information Center) и распределяют их между своими абонентами. Поле номера сети в IP-адресе называется сетевым префиксом. Номер узла идентифицирует устройство в конкретной подсети.


Устройствами, которым назначаются IP-адреса, могут быть компьютеры, коммуникационные серверы, маршрутизаторы и т.д.. Маршрутизатор имеет несколько портов и входит сразу в несколько сетей, поэтому каждый порт маршрутизатора имеет свой IP-адрес и свой локальный адрес в той сети, которая к нему подключена. Конечный узел также может входить в несколько IP-сетей, следовательно может иметь несколько IP-адресов. Таким образом, IP-адрес характеризует не отдельный узел, а одно сетевое соединение.

IP-адреса делятся на классы: A, B, C, D, E. По классу можно определить, какая часть IP-адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла. То есть где проходит граница между сетевым префиксом и номером устройства. Класс определяется по значению первых бит адреса. У класса А первый бит IP-адреса должен быть равен 0. У класса В – 10, С – 110, D – 1110, Е – 11110.

Класс А предназначен для больших сетей. На номер сети в нем отводится 1 байт, на номер узла – 3 байта. Количество номеров сетей в классе А равно 27-2=126 (сеть с номером 0 – не используется, номер 127 зарезервирован для специальных целей). Количество узлов: 224-2. В настоящий момент все адреса класса А уже выделены.

Класс В предназначен для сетей среднего размера. На номер сети в нем отводится 16 бит и 16 бит на номер узла. Максимальное количество сетей класса В: 214-2 = 16382. Максимальное число узлов: 216-2 = 65534.

Класс С предназначен для небольших сетей. На номер сети в нем отводится 24 бита, на номер узла 8 бит. Максимальное количество сетей класса С: 221-2 = 2097152. Максимальное число узлов: 28-2 = 254.

Адрес класса D не делится на номер сети и номер узла. Сети класса D имеют особый групповой адрес multicast. Пакет с адресом multicast должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес. Групповая адресация предназначена для экономичного распространения в Internet или корпоративной сети аудио- и видеопрограмм.


Класс Е зарезервирован на будущее.

В протоколе IP-определено несколько специальных IP-адресов, которые не назначаются конечным узлам.


  1. Если весь IP-адрес состоит из нулей, то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет (0.0.0.0). Такой адрес используется только в некоторых сообщениях протокола ICMP.

  2. Если номер сети равен нулю, то по умолчанию считается, что узел назначения принадлежит той же самой сети, что и узел-отправитель. (Например, для сети класса В: 0.0.72.16).

  3. Если все двоичные разряды IP-адреса равны единице, то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковещательным сообщением (limited broadcast), т.е. только в пределах той сети, где находится отправитель. Пакет с ограниченным широковещательным адресом никогда не будет пропущен через маршрутизатор. (255.255.255.255).

  4. Если в поле номер узла назначения все двоичные единицы, то пакет рассылается всем узлам сети с заданным номером сети. Такая рассылка называется направленным широковещательным сообщением (broadcast или multicasting). (Например, для сети класса С: 192.190.21.255).

  5. IP-адрес, первый байт которого равен 127, используется для тестирования программ и взаимодействия процессов в пределах локальной машины. Данные при этом не передаются по сети, а опускаются до физического уровня и сразу возвращаются модулям верхнего уровня. Образуется «петля». Поэтому адрес 127.0.0.1 называется loopback или «петля обратной связи».

  6. Адрес, у которого в поле номер узла все нули, обозначает пул адресов. (Например, для класса В: 129.35.0.0).

  7. Адреса, значение первого байта которых превышает 223 не могут использоваться в качестве номера узла, так как они используются для групповой адресации.

Из-за роста количества сетей и нерационального использования адресного пространства уже давно наблюдается дефицит IP-адресов. Существуют различные методы решения этой проблемы:


  • переход на новую версию протокола IPv6;

  • использование масок и их развитие в технологию бесклассовой доменной маршрутизации CIDR (Classless Inter-Domain Routing);

  • использование технологии трансляции адресов NAT (Network Address Translator) – преобразование адресов с помощью специальных таблиц соответствия.

Для автоматизации назначения IP-адресов разработан протокол динамического конфигурирования хоста DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), работающий по модели клиент-сервер.

  1. Использование масок.

Маска – это 32-разрядное двоичное число, которое используется в паре с IP-адресом и содержит единицы в тех разрядах, которые должны в IP-адресе интерпретироваться как номер сети.

Снабжая каждый IP-адрес маской можно отказаться от понятий классов и сделать более гибкой систему адресации (т.е. более гибко отделить номер сети от номера узла).

Механизм масок широко распространен в IP-сетях. С помощью масок администратор может структурировать свою сеть, не получая дополнительных номеров сетей от провайдера.

  1. Доменная система имен.

Доменная система имен DNS (Domain Name System) была разработана в 1983 году Питером Мокапетрисом. Она состоит из трех основных элементов:

  • иерархического пространства имен;

  • серверов имен доменов;

  • распознавателей (resolver) – программ-клиентов, генерирующих запросы на информацию для DNS-серверов.

Основная задача DNS – разрешение доменного имени в IP-адрес.

Любой компьютер в Internet уникально идентифицируется DNS-именем, которое состоит из хост-имени данной системы и имен всех родительских доменов, вплоть до корня дерева DNS, разделенных точками. Доменные имена образуют распределенную базу данных, хранящуюся на серверах DNS. Иерархия доменных имен аналогична иерархии имен файлов в файловой системе. Домен может содержать поддомены и хосты. Первое слово справа в DNS-имени – домен верхнего уровня. Пространство имен DNS предусматривает существование семи доменов верхнего уровня (по типу организации) и 191 домена верхнего уровня с кодировкой страны (географические или международные домены).


Каждый домен имен должен иметь свой DNS-сервер. Для всех основных операционных систем существуют версии DNS-серверов. Сервер DNS домена хранит только имена, которые заканчиваются на следующем ниже уровне иерархии по сравнению с именем домена. При такой организации службы DNS нагрузка по разрешению имен распределяется более-менее равномерно между всеми DNS-серверами.

Существует две основные схемы разрешения DNS-имен:


  • рекурсивная;

  • итерационная.

В итерационной схеме работу по поиску IP-адреса координирует DNS-клиент. DNS-сервер не несет ответственности за поиск информации. Эта схема применяется редко. Чаще всего используется рекурсивная схема, в которой клиент перепоручает работу по разрешению DNS-имени своему серверу.
Упражнение1.

Используя путь \system32\drivers\etc, выполнить следующие задания:

1) Найти и просмотреть файл hosts на локальном компьютере. Какова его структура? Для чего он предназначен?

2) Найти и просмотреть файл services. Какую информацию он содержит? В каком формате? Определите номера портов для стандартных протоколов ftp, tftp, http, smtp, telnet.
Упражнение 2.

Описать процесс нахождения IP-адреса компьютера В по его доменному имени Web-броузером, выполняющимся на компьютере А с адресом: my.cad.ru

Доменное имя компьютера В: povt-serv.fitr.bntu.by
Упражнение 3

В компании имеется 3 ЛВС, в каждой из которых находится по 500 узлов. Поясните, сколько IP-адресов будет занято, если она выберет:

  1. три сети класса В;

  2. одну сеть класса В с разделением на подсети;

  3. адресацию CIDR

Поясните ваш ответ описанием каждой схемы адресации.
Упражнение 4.

Какие из данных адресов не могут быть использованы в качестве IP-адреса конечного узла сети, подключенной к Internet? Обоснуйте ответ.

  1. 0.0.0.0


  2. 127.0.0.1

  3. 201.13.123.245

  4. 226.4.37.105

  5. 103.24.254.0

  6. 154.12.255.255

  7. 255.255.255.255

  1. 13.13.13.13

  2. 204.0.3.1

  3. 193.256.1.16

  4. 194.87.45.0

  5. 195.34.116.255

  6. 161.23.45.305


Упражнение 5.

По IP-адресу узла и маске подсети определите номер подсети и номер узла. Какое максимальное число узлов может быть в данной подсети?

  1. IP-адрес 198.65.12.67, маска 255.255.255.240;

  2. IP-адрес 129.64.134.5, маска 255.255.128.0


Упражнение 6.

По заданному IP-адресу и необходимому количеству подсетей N определить:

- маску для разбиения на подсети;

- список возможных IP-адресов подсетсей;

- максимальное количество IP-адресов в каждой подсети;

- минимальный и максимальный IP-адреса для каждой подсети.
1) IP= 192.150.148.0; N = 6.

2) IP= 134.234.0.0; N = 12.
Полученные результаты свести в таблицу:

Маска

IP-адреса подсетей

Максимальное количество IP-адресов в подсети

Минимальный IP-адрес в подсети

Максимальный IP-адрес в подсети


Контрольные вопросы

  1. Какие типы адресов используются в TCP/IP? Что такое локальный адрес?

  2. Перечислите возможные пути преодоления дефицита IP-адресов.

  3. Для чего используется протокол DHCP?
  4. Сколько уровней иерархии в IP-адресе? Из каких логических частей он состоит?


  5. Что такое сетевой префикс? Может ли конечный узел иметь несколько IP-адресов?

  6. Назовите и охарактеризуйте классы IP-адресов. Как определить класс IP-адреса?

  7. Как называется адрес 255.255.255.255? Какие узлы получат информацию по такому адресу назначения?

  8. Что такое направленное широковещательное сообщение? Почему в сетях TCP/IP широковещательный шторм ограничен?

  9. Что такое маска? Для чего используются маски?

  10. Какова структура DNS-имени? Как организована система доменов и доменных имен?

  11. Какие схемы разрешения DNS-имен вы знаете?