Лабораторная работа на тему "Протоколы. IP-адресация"

Лабораторная работа № 8

Тема: Протоколы. IP-адресация

Цель работы:

• Изучить эталонную модель протоколов ISO/OSI и стек протоколов TCP/IP;

• Изучить IP-адресацию и правила назначения IP-адресов.

Методические указания

Протокол – это набор правил, описывающих метод передачи информации по сети. Понятие протокола является исключительно важным для компьютерных сетей. Это связано с тем, что сеть может объединять компьютеры разных типов, работающие под управлением разных операционных систем. Чтобы эти компьютеры могли обмениваться друг с другом информацией, они должны «разговаривать на одном языке», то есть использовать одни и те же протоколы - правила передачи информации по сети.

Стек протоколов TCP/IP является протокольной основой Интернет. Ключевым моментом при этом является IP-адресация.

IP-адрес – это уникальный числовой адрес, однозначно идентифицирующий узел, группу узлов или сеть. IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел (так называемых «октетов»), разделенных точками, каждое из которых может принимать значения в диапазоне от 0 до 255, например:

128.10.2.30 - традиционная десятичная форма представления адреса,

10000000 00001010 00000010 00011110 - двоичная форма представления этого же адреса.

Адрес состоит из двух логических частей - номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла, определяется значениями первых битов адреса:

• Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А, и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. (Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специальных целей). В сетях класса А количество узлов должно быть больше 2¹⁶, но не превышать 2²⁴.

• Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В и является сетью средних размеров с числом узлов 2⁸ - 2¹⁶. В сетях класса В под адрес сети и под адрес узла отводится по 16 битов, то есть по 2 байта.

• Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С с числом узлов не больше 2⁸. Под адрес сети отводится 24 бита, а под адрес узла - 8 битов.

• Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес - multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.

• Если адрес начинается с последовательности 11110, то это адрес класса Е, он зарезервирован для будущих применений.

В таблице приведены диапазоны номеров сетей, соответствующих каждому классу сетей.

В протоколе IP существует несколько соглашений об особой интерпретации IP-адресов:

• если IР-адрес состоит только из двоичных нулей, то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет;

  0 0 0 0 ................................... 0 0 0 0

• если в поле номера сети стоят 0, то по умолчанию считается, что этот узел принадлежит той же самой сети, что и узел, который отправил пакет;

  0 0 0 0 .......0 Номер узла

• если все двоичные разряды IP-адреса равны 1, то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковещательным сообщением (limited broadcast);

  1 1 1 1 .........................................1 1

• если в поле адреса назначения стоят сплошные 1, то пакет, имеющий такой адрес рассылается всем узлам сети с заданным номером. Такая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast);

  Номер сети 1111................11

• адрес 127.0.0.1 зарезервирован для организации обратной связи при тестировании работы программного обеспечения узла без реальной отправки пакета по сети. Этот адрес имеет название loopback.

Уже упоминавшаяся форма группового IP-адреса - multicast - означает, что данный пакет должен быть доставлен сразу нескольким узлам, которые образуют группу с номером, указанным в поле адреса. Узлы сами идентифицируют себя, то есть определяют, к какой из групп они относятся. Один и тот же узел может входить в несколько групп. Такие сообщения в отличие от широковещательных называются мультивещательными. Групповой адрес не делится на поля номера сети и узла и обрабатывается маршрутизатором особым образом.

Ход работы:

1. Ознакомиться с теоретическими сведениями по теме. Особенно внимательно изучить материал, относящийся к IP-адресации.

2. На основе примера, разобранного для сетей класса А, заполнить третью колонку таблицы 1.

3. Выполнить аналогичные расчеты и заполнить четвертую и пятую колонки таблицы 1.

Для выполнения задания 2 необходимо выполнить следующие действия:

1. Перевести каждое число IP-адреса в двоичную форму. Для перевода можно воспользоваться программой «Калькулятор», установив «Вид/Инженерный».

2. По первым битам IP-адреса определить класс сети.

3. В соответствии с классом определить маску сети по умолчанию.

4. Выписать только те биты IP-адреса, которые соответствуют единичным битам в маске сети. Представить эти биты в точечной нотации. Это будет номер сети.

5. Выписать те биты IP-адреса, которые соответствуют нулевым битам в маске сети. Представить их в точечной нотации. Это будет номер хоста.

6. В двоичном представлении IP-адреса биты, соответствующие номеру хоста, заменить единицами. Представить получившийся адрес в точечной нотации. Это будет широковещательный адрес.

Задание

1. Ознакомьтесь с теоретическими сведениями по теме «Протоколы. IP-адресация».

2. Заполните таблицу 1 «Характеристики сетей различных классов».

Таблица 1

1. Для  IP-адреса, указанного в индивидуальном задании, считая, что маска сети задана по умолчанию, определите:

   1. Класс сети;

   2. Число сетей;

   3. Маску сети по умолчанию;

   4. Номер сети;

   5. Номер хоста;

   6. Минимальный номер сети;

   7. Максимальный номер сети;

   8. Широковещательный адрес.

2. Используя маску, указанную в индивидуальном задании, определите

   1. Маску сети (в десятичной нотации);

   2. Номер сети (в десятичной нотации);

   3. Номер хоста (в десятичной нотации);

   4. Минимальный номер хоста;

   5. Максимальный номер хоста;

   6. Широковещательный адрес;

   7. Число хостов.

Пример выполнения задания 2.

Пусть IP-адрес 64.10.20.30

Переводим числа в двоичный формат:

64₁₀=01000000₂

10₁₀=00001010₂

20₁₀=00010100₂

30₁₀=00011110₂

Записываем двоичную форму представления IP-адреса:

01000000.00001010.00010100.00011110

Первые биты адреса – 01, значит, это сеть класса А.

Маска сети по умолчанию: 255.0.0.0

Записываем в двоичной форме маску сети и IP-адрес:

Маска:              11111111.   00000000.00000000.00000000

IP-адрес:            01000000.  00001010.00010100.00011110

                          ________   __________________________

                            Эти биты                   А эти биты

соответствуют            соответствуют

номеру сети                номеру хоста

Значит, номер сети - 01000000₂ или 64₁₀

   номер хоста - 00001010.00010100.00011110₂ или 10.20.30₁₀

Заменяем в IP-адресе номер хоста единицами, получим широковещательный адрес 01000000.111111.111111.111111₂ или 64.255.255.255

Следовательно:

IP-адрес                                             64.10.20.30

Класс сети                                         А

Маска сети                                        255.0.0.0

Номер сети                                        64.0.0.0

Номер хоста                                      0.10.20.30

Широковещательный адрес          64.255.255.255

Число сетей 2⁷-2 =

При выполнении задания 3 необходимо вначале определить маску сети. Маска содержит столько единичных битов, сколько указано в числе после дробной черты. Остальные вычисления выполняются подобно заданию 2.

Контрольные вопросы

• Что такое протокол?

• Назовите уровни модели протоколов модели ISO/OSI и назначение протоколов каждого уровня.

• Назовите уровни стека протоколов TCP/IP и назначение протоколов каждого уровня.

• Приведите примеры протоколов, входящих в стек TCP/IP.

• Что такое аппаратный адрес?

• Что такое IP-адрес?

• Каковы правила назначения IP-адресов?

• Как проанализировать IP-адрес?

Варианты индивидуальных заданий

Таблица 2

Заключение: Выполнив эту практическую работу, Вы узнаете, каков формат IP-адреса, что такое маска сети, научитесь выделять составные части IP-адреса и определять по нему класс сети.

6