Понимание основ TCP/IP-адресов и подсети
Эта статья предназначена как общее введение к понятиям сетей и подсетей протокола Интернета (IP). В конце статьи включается глоссарий.
Применяется к: Windows 10 — все выпуски
Исходный номер КБ: 164015
Сводка
При настройке протокола TCP/IP на компьютере Windows, параметры конфигурации TCP/IP требуют:
- IP-адрес
- Маска подсети
- Шлюз по умолчанию
Чтобы правильно настроить TCP/IP, необходимо понять, как адресованы сети TCP/IP и разделены на сети и подсети.
Успех TCP/IP как сетевого протокола Интернета во многом объясняется его способностью подключать сети разных размеров и системы разных типов. Эти сети произвольно определяются на три основных класса (наряду с несколькими другими), которые имеют заранее определенные размеры. Каждая из них может быть разделена системными администраторами на более мелкие подсети. Маска подсети используется для разделения IP-адреса на две части. Одна часть определяет хост (компьютер), другая — сеть, к которой она принадлежит. Чтобы лучше понять, как работают IP-адреса и подсети, посмотрите IP-адрес и узнайте, как он организован.
IP-адреса: сети и хосты
IP-адрес — это 32-битный номер. Он уникально идентифицирует хост (компьютер или другое устройство, например принтер или маршрутизатор) в сети TCP/IP.
IP-адреса обычно выражаются в формате dotted-decimal с четырьмя номерами, разделенными периодами, такими как 192.168.123.132. Чтобы понять, как подсети используются для различия между хостами, сетями и подсетями, изучите IP-адрес в двоичной нотации.
Например, ip-адрес 192.168.123.132 (в двоичной нотации) — это 32-битный номер 110000000101000111101110000100. Это число может быть трудно понять, поэтому разделите его на четыре части из восьми двоичных цифр.
Эти 8-битные разделы называются octets. В этом примере IP-адрес становится 11000000.10101000.01111011.10000100. Это число имеет немного больше смысла, поэтому для большинства применений преобразуем двоичный адрес в формат dotted-decimal (192.168.123.132). Десятичные числа, разделенные периодами, — это октеты, преобразованные из двоичных в десятичные.
Чтобы сеть TCP/IP широкой области (WAN) эффективно работала в качестве коллекции сетей, маршрутизаторы, которые передают пакеты данных между сетями, не знают точного расположения хоста, для которого предназначен пакет информации. Маршрутизаторы знают только о том, какая сеть является членом хоста, и используют сведения, хранимые в таблице маршрутов, чтобы определить, как получить пакет в сеть принимающего пункта назначения. После доставки пакета в сеть назначения пакет доставляется соответствующему хосту.
Чтобы этот процесс работал, IP-адрес имеет две части. Первая часть IP-адреса используется в качестве сетевого адреса, последняя — как хост-адрес. Если взять пример 192.168.123.132 и разделить его на эти две части, вы получите 192.168.123. Сетевой адрес .132 Host или 192.168.123.0. 0.0.0.132 — адрес хозяина.
Маска subnet
Второй элемент, необходимый для работы TCP/IP, — это маска подсети. Маска подсети используется протоколом TCP/IP для определения того, находится ли хост в локальной подсети или в удаленной сети.
В TCP/IP части IP-адреса, используемые в качестве сетевых и хост-адресов, не исправлены. Если у вас нет дополнительных сведений, то сетевые и хост-адреса выше не могут быть определены. Эта информация предоставляется в другом 32-битовом номере, называемом подсетевой маской. В этом примере маска подсети — 255.255.255.0. Это не очевидно, что это число означает, если вы не знаете 255 в двоичной нотации равно 11111111. Таким образом, подсетевая маска 1111111.1111111.11111111.000000000.
Разделять IP-адрес и подсетевую маску вместе, можно разделять сетевые и хост-части адреса:
110000000.10101000.01111011.10000100 — IP-адрес (192.168.123.132)
111111111.11111111.1111111.00000000 — маска subnet (255.255.255.0)
Первые 24 бита (количество из них в подсети) определены как сетевой адрес. Последние 8 битов (количество оставшихся нулей в маске подсети) определены как адрес хоста. Он дает следующие адреса:
110000000.10101000.0111011.000000000 — адрес сети (192.168.123.0)
00000000.00000000.0000000.10000100 — адрес хозяина (000.000.000.132)
Итак, в этом примере с помощью маски подсети 255.255.255.0 используется сетевой ID 192.168.123.0, а адрес хоста — 0.0.0.132. Когда пакет поступает в подсеть 192.168.123.0 (из локальной подсети или удаленной сети) и имеет адрес назначения 192.168.123.132, компьютер получает его из сети и обрабатывает его.
Почти все маски десятичных подсетей преобразуются в двоичные числа, которые являются слева, и все нули справа. Некоторые другие распространенные подсети маски:
Десятичный двоичный 255.255.255.192 1111111.11111111.1111111.11000000 0 255.255.255.224 1111111.11111111.1111111.11100000
Internet RFC 1878 (доступна в InterNIC-Public Information Regarding Internet Domain Name Registration Services)описывает допустимые подсети и подсети, которые можно использовать в сетях TCP/IP.
Классы сети
Интернет-адреса выделяются организацией InterNIC,управляющей Интернетом. Эти IP-адреса делятся на классы. Наиболее распространенными из них являются классы A, B и C. Классы D и E существуют, но не используются конечными пользователями. Каждый из классов адресов имеет другую подсетевую маску по умолчанию. Класс IP-адреса можно определить, посмотрев его первый октет. Ниже следующую следующую линейку адресов Интернета класса A, B и C, каждый из которых имеет пример:
Сети класса A используют маску подсети по умолчанию 255.0.0.0 и имеют 0-127 в качестве первого октета. Адрес 10.52.36.11 — это адрес класса А. Его первый octet — 10, то есть от 1 до 126 включительно.
Сети класса B используют маску подсети по умолчанию 255.255.0.0 и имеют 128-191 в качестве первого октета. Адрес 172.16.52.63 — это адрес класса B. Его первый octet — 172, который составляет от 128 до 191 включительно.
Сети класса C используют маску подсети по умолчанию 255.255.255.0 и имеют 192-223 в качестве первого октета. Адрес 192.168.123.132 — это адрес класса C. Его первый octet 192, который находится между 192 и 223, включительно.
В некоторых сценариях значения маски подсети по умолчанию не соответствуют потребностям организации по одной из следующих причин:
- Физическая топология сети
- Номера сетей (или хостов) не соответствуют ограничениям маски подсети по умолчанию.
В следующем разделе рассказывается, как можно разделить сети с помощью масок подсети.
Subnetting
Сеть TCP/IP класса A, B или C может быть дополнительно разделена системным администратором или подсети. Это становится необходимым при согласовании логической адресной схемы Интернета (абстрактного мира IP-адресов и подсетей) с физическими сетями, которые используются в реальном мире.
Системный администратор, которому выделен блок IP-адресов, может управлять сетями, которые не организованы таким образом, чтобы легко вписываться в эти адреса. Например, у вас есть широкая сеть с 150 хостами в трех сетях (в разных городах), подключенных маршрутизатором TCP/IP. Каждая из этих трех сетей имеет 50 хостов. Вам выделена сеть класса C 192.168.123.0. (Для иллюстрации этот адрес на самом деле из диапазона, который не выделяется в Интернете.) Это означает, что для 150 хостов можно использовать адреса 192.168.123.1 по 192.168.123.254.
Два адреса, которые не могут использоваться в вашем примере, являются 192.168.123.0 и 192.168.123.255, так как двоичные адреса с хост-частью всех и все нули недействительны. Нулевой адрес недействителен, так как используется для указания сети без указания хоста. 255-й адрес (в двоичной нотации— хост-адрес всех) используется для передачи сообщения каждому хосту в сети. Просто помните, что первый и последний адрес в любой сети или подсети не может быть назначен любому отдельному хосту.
Теперь вы можете предоставить IP-адреса 254 хостов. Он отлично работает, если все 150 компьютеров находятся в одной сети. Однако 150 компьютеров находятся в трех отдельных физических сетях. Вместо того, чтобы запрашивать дополнительные блоки адресов для каждой сети, вы разделите сеть на подсети, которые позволяют использовать один блок адресов в нескольких физических сетях.
В этом случае вы разделите сеть на четыре подсети, используя подсетевую маску, которая делает сетевой адрес больше и возможный диапазон адресов хостов меньше. Другими словами, вы «заимствуете» некоторые биты, используемые для хост-адреса, и используете их для сетевой части адреса. Подсетевая маска 255.255.255.192 предоставляет четыре сети по 62 хостов каждая. Он работает, так как в двоичной нотации 255.255.255.192 то же самое, что и 11111111.1111111.110000000. Первые две цифры последнего октета становятся сетевыми адресами, поэтому вы получаете дополнительные сети 00000000 (0), 010000000 (64), 10000000 (128) и 110000000 (192). (Некоторые администраторы будут использовать только две подсети с использованием 255.255.255.192 в качестве маски подсети. Дополнительные сведения по этому вопросу см. в разделе RFC 1878.) В этих четырех сетях последние шесть двоичных цифр можно использовать для хост-адресов.
Используя подсетевую маску 255.255.255.192, сеть 192.168.123.0 становится четырьмя сетями 192.168.123.0, 192.168.123.64, 192.168.123.128 и 192.168.123.192. Эти четыре сети будут иметь допустимые хост-адреса:
192.168.123.1-62 192.168.123.65-126 192.168.123.129-190 192.168.123.193-254
Помните, что двоичные хост-адреса со всеми или всеми нулями являются недействительными, поэтому нельзя использовать адреса с последним октетом 0, 63, 64, 127, 128, 191, 192 или 255.
Вы можете увидеть, как это работает, глядя на два хост-адреса, 192.168.123.71 и 192.168.123.133. Если используется маска подсети класса C по умолчанию 255.255.255.0, оба адреса находятся в сети 192.168.123.0. Однако, если вы используете подсетевую маску 255.255.255.192, они находятся в разных сетях; 192.168.123.71 на сети 192.168.123.64, 192.168.123.133 — на сети 192.168.123.128.
Шлюзы по умолчанию
Если компьютер tCP/IP должен общаться с хостом в другой сети, он обычно общается с помощью устройства, называемого маршрутизатором. В терминах TCP/IP маршрутизатор, указанный в хосте, который связывает подсеть хостов с другими сетями, называется шлюзом по умолчанию. В этом разделе объясняется, как TCP/IP определяет, отправлять ли пакеты в шлюз по умолчанию для достижения другого компьютера или устройства в сети.
Когда хост пытается взаимодействовать с другим устройством с помощью TCP/IP, он выполняет процесс сравнения с помощью определенной подсети и IP-адреса назначения по сравнению с подсети и собственным IP-адресом. В результате этого сравнения компьютеру сообщается, является ли назначение локальным хостом или удаленным хостом.
Если в результате этого процесса определяется назначение локального хоста, компьютер отправляет пакет в локальной подсети. Если в результате сравнения определяется назначение удаленного хоста, компьютер перенаправлен пакет в шлюз по умолчанию, определенный в свойствах TCP/IP. После этого маршрутизатор несет ответственность за перенаправку пакета в правильную подсеть.
Устранение неполадок
Проблемы сети TCP/IP часто возникают из-за неправильной конфигурации трех основных записей в свойствах TCP/IP компьютера. Понимая, как ошибки в конфигурации TCP/IP влияют на сетевые операции, можно решить множество распространенных проблем TCP/IP.
Неправильная маска подсети. Если сеть использует подсетевую маску, не подлежащую маске по умолчанию для своего класса адресов, и клиент по-прежнему настроен с помощью маски подсети по умолчанию для класса адресов, связь не будет работать с некоторыми соседними сетями, но не с удаленными. Например, если вы создаете четыре подсети (например, в примере подсетей), но используете неправильную подсетевую маску 255.255.255.0 в конфигурации TCP/IP, хосты не смогут определить, что некоторые компьютеры находятся на разных подсетях, чем их собственные. В этой ситуации пакеты, предназначенные для хостов различных физических сетей, которые являются частью одного и того же адреса класса C, не будут отправлены в шлюз по умолчанию для доставки. Распространенным симптомом этой проблемы является то, что компьютер может общаться с хостами, которые находятся в локальной сети, и может общаться со всеми удаленными сетями, за исключением тех сетей, которые находятся поблизости и имеют один и тот же адрес класса A, B или C. Чтобы устранить эту проблему, просто введите правильную подсетевую маску в конфигурации TCP/IP для этого хоста.
Неправильный IP-адрес. Если вы ставите компьютеры с IP-адресами, которые должны быть на отдельных подсетях в локальной сети друг с другом, они не смогут общаться. Они будут пытаться отправлять пакеты друг другу с помощью маршрутизатора, который не может переадретировать их правильно. Симптомом этой проблемы является компьютер, который может общаться с хостами в удаленных сетях, но не может общаться с некоторыми или всеми компьютерами в локальной сети. Чтобы устранить эту проблему, убедитесь, что все компьютеры одной физической сети имеют IP-адреса в одной подсети IP. Если в одном сегменте сети иссякли IP-адреса, существуют решения, которые выходят за рамки этой статьи.
Неправильный шлюз по умолчанию: компьютер, настроенный с неправильным шлюзом по умолчанию, может взаимодействовать с хостами в своем сетевом сегменте. Но он не сможет общаться с хостами в некоторых или всех удаленных сетях. Хост может общаться с некоторыми удаленными сетями, но не с другими, если верны следующие условия:
- Одна физическая сеть имеет несколько маршрутизаторов.
- Неправильный маршрутизатор настроен как шлюз по умолчанию.
Эта проблема распространена, если в организации есть маршрутизатор к внутренней сети TCP/IP и другой маршрутизатор, подключенный к Интернету.
Ссылки
Две популярные ссылки на TCP/IP:
- «TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols», Richard Stevens, Addison Wesley, 1994
- «Работа в Интернете с TCP/IP, том 1: принципы, протоколы и архитектура», Дуглас E. Comer, Prentice Hall, 1995
Рекомендуется, чтобы системный администратор, отвечающий за сети TCP/IP, мог иметь хотя бы одну из этих ссылок.
Глоссарий
Адрес трансляции— IP-адрес с хост-частью, которая является всеми.
Host—A computer or other device on a TCP/IP network.
Internet—Глобальная коллекция сетей, подключенных друг к другу и общих IP-адресов.
InterNIC—Организация, ответственная за администрирование IP-адресов в Интернете.
IP—Сетевой протокол, используемый для отправки сетевых пакетов через сеть TCP/IP или Интернет.
IP-адрес — уникальный 32-битный адрес для хоста в сети TCP/IP или в Интернете.
Network—Существует два использования сети терминов в этой статье. Одна из них — это группа компьютеров в одном физическом сегменте сети. Другой — диапазон адресов IP-сети, выделенный системным администратором.
Сетевой адрес— IP-адрес с хост-частью, которая имеет все нули.
Octet—8-bit number, 4 из которых состоят из 32-битного IP-адреса. Они имеют диапазон 000000000-1111111, соответствующий десятичных значениям 0-255.
Пакет — единица данных, передаемая через сеть TCP/IP или широкую сеть области.
RFC (Запрос на комментарий)—Документ, используемый для определения стандартов в Интернете.
Маршрутизатор— устройство, которое передает сетевой трафик между различными IP-сетями.
Subnet Mask — 32-битный номер, используемый для разграничеть сетевые и хост-части IP-адреса.
Subnet или Subnetwork — это сеть меньшего размера, созданная путем деления более крупной сети на равные части.
TCP/IP—Используется широко, набор протоколов, стандартов и утилит, обычно используемых в Интернете и крупных сетях.
Широкая сеть области (WAN)—Большая сеть, которая является коллекцией небольших сетей, разделенных маршрутизаторами. Интернет — пример большого WAN.
Источник
