Adresarea IP - Clasele de adrese IP, Masca de retea

Adresarea IP

O adresa IP este un sir de 32 de biti ce identifica doua lucruri: o retea si o statie in cadrul acelei retele. Forma in care sunt folosite totusi adresele IP nu este cea binara, astfel incat cand spunem adresa IP aveam mai degraba in minte reprezentarea zecimala a patru octeti, separati prin trei puncte.

Astfel pentru o adresa IP data: 10110001000001000001011000001000, vom separa mai intai bitii in grupuri de cate 8 biti: 10110001.00000100.00010110.00001000 si in final vom converti fiecare grup in zecimal: 177.4.22.8.

Desi aceasta noua exprimare inlesneste semnificativ lucrul cu adresele IP, aduce unele limitari legate de usurinta de a discerne intre portiunea de retea si cea de statie din cadrul adresei IP. Incercarea de a pastra reprezentarea zecimala ca model de referinta pentru IP si de a clarifica distinctia intre cele doua componente ale adresei IP a dus la definirea claselor de adrese IP.

Clasele de adrese IP

In tabelul urmator sunt prezentate cele 5 clase definite pentru spatiul de adrese IP.

O adresa IP de retea este o adresa pentru care toti bitii de statie sunt 0. O astfel de adresa este folosita pentru identificarea intregii retele, aceasta fiind in fapt forma relevanta a oricarei adrese ce calatoreste peste Internet.

O adresa IP de broadcast sau de difuzare este o adresa pentru care toti bitii de statie sunt 1. Un pachet destinat unei astfel de adrese va ajunge la toate statiile din aceeasi retea.

Clasa A

A fost proiectata pentru a satisface cerintele ridicate de retele de mari dimensiuni. Astfel pentru definirea retelei va fi folosit doar primul octet, ramanand pentru identificarea statiei 24 de biti, adica mai mult de 16,7 milioane de posibilitati. Din tabelul de mai sus se poate observa ca domeniul de valori pentru clasa A nu include retelele 0.0.0.0 si 127.0.0.0, acestea fiind rezervate. Clasa de adrese 0.0.0.0 nu este folosita datorita posibilelor confuzii cu rutele implicite, in vreme ce clasa 127.0.0.0 este rezervata pentru adrese de loopback, in scopul monitorizarii si testarii.

Tot din studiul numarului de statii din tabelului de mai sus se observa eliminarea a cate doua adrese dintre cele ce pot fi alocate statiilor, pentru fiecare dintre clasele rutabile. Cele doua adrese sunt: adresa de retea si adresa de broadcast.

Clasa B

O clasa de adrese B este definita de valorile primilor doi biti din adresa IP, acesti primi doi biti fiind 10. Respectand aceasta constrangere rezulta ca toate adresele IP ale caror prim octet se afla intre 10000000 si 10111111, adica intre 128 si 191, apartin unei clase B.

Campul de retea pentru o clasa B va cuprinde primii doi octeti, dar cum primii doi biti ai primului octet sunt fixati, ne raman doar 14 biti pentru a crea clase B. Pentru definirea statiilor vom avea la dispozitie ultimii doi octeti, adica 16 biti. Astfel vom obtine 16.384 retele, fiecare avand un numar maxim de statii de 65.533.

Clasa C

Clasele C se definesc prin alocarea primilor 3 octeti pentru definirea retelei si doar a ultimilor 8 biti pentru distingerea intre statiile aceleiasi retele. Primii trei biti din primul octet trebuie sa fie 110, adica valoarea acestui prim octet trebuie sa se afle intre 192 si 223 pentru ca o adresa sa apartina unei clase C.

Desi numarul claselor C depaseste 2 milioane, numarul de statii pentru fiecare dintre aceste retele este de doar 254.

Clasa D

Clasa de adrese D este folosita pentru retele multicast. Chiar daca retelele multicast nu s-au ridicat la inaltimea asteptarilor formate la inceputul anilor `90, exista in continuare proiecte de cercetare cu un impact major bazate pe multicast (M-Bone fiind cel mai recent), iar retelele de transmisie pentru programe TV sau macar pentru radio nu par sa se desprinda de arhitecturile multicast.

Pentru adresa multicast spatiul de adrese este plat, toti cei 4 octeti fiind folositi pentru definirea adresei de statie. Deoarece primii 4 biti ai primului octet sunt fixati, si anume 1110, numarul adreselor de multicast este de 268 milioane.

Clasa E

Clasa de adrese E este rezervata si nu poate fi folosita in retelele publice, sau in solutii de multicast.

Masca de retea

Masca de retea este un sir de 32 de biti care, in conjunctie logica cu o adresa IP, va separa adresa de retea, anuland bitii de statie.

Fiecare bit din masca de retea ce corespunde (se afla pe aceeasi pozitie) cu un bit din campul de retea va avea valoare 1, in vreme ce toti bitii corespunzatori campului de statie vor avea valoarea zero.

Mastile de retea sunt inutile intr-un mediu ce ofera adresare classful, deoarece simpla testare a valorii primului octet fata de 128 si 192 ne-ar oferi toate informatiile necesare despre numarul bitilor ce apartin campului retea dintr-o adresa IP data. In schimb, odata cu aparitia adresarii classless, masca de retea a devenit piatra de temelie in deciziile de rutare.

Reprezentarea mastilor de retea folosita cel mai des este cea decimala, datorita similitudinii cu forma de exprimare a adreselor IP.

O a doua forma de reprezentare a mastilor de retea este sub forma unui numar ce reprezinta numarul de biti de 1 din masca de retea, aceasta forma de reprezentare fiind referita ca prefix de retea.

Subretele

In adresarea classful aveam trei dimensiuni de retele, ducand la o utilizare extrem de ineficienta a spatiului de adrese. Inchipuiti-va numai ca pentru 300 de statii ce trebuie sa fie in acelasi domeniu de broadcast (in aceeasi retea) administratorul de retea ar fi trebuit sa solicite o clasa B, urmand sa foloseasca sub 0,5% din adresele disponibile.

Intrebarea este daca in loc de o intreaga clasa B nu am fi putut aloca doar jumatate de clasa B, dubland astfel eficienta alocarii de adrese? Sau, reformuland, daca avem clasa B 130.170.0.0, care este jumatatea acesteia?

Pentru a injumatati un spatiu de adrese, va trebui in fapt sa injumatatim numarul de statii, adica sa reducem cu unu numarul de biti de statie. Bitul astfel obtinut va intra in componenta unui nou camp, pe care il vom numi camp de subretea.

Masca de retea va avea valoarea 1 atat in campurile corespunzatoare bitilor de retea, cat si in campurile corespunzatoare bitilor de subretea.

In concluzie, pentru a injumatati un spatiu de adrese, trebuie sa extindem masca de retea cu un bit (cel corespunzator campului de subretea), iar cele doua jumatati vor fi obtinute facand acest bit o data 0, o data 1.

Avand de injumatatit o clasa B, cele doua jumatati vor avea masca de retea /17, bitul de subretea fiind chiar al 17-lea bit din adresa IP.

Rezultatul operatiei de injumatatire este prezentat mai jos.

Desi modul de utilizare a unei masti de retea reiese direct din definitia acesteia, vom exemplifica pe doua adrese ce se aflau in spatiul initial de adrese, dar dupa injumatatire au ajuns in retele diferite. Fie 130.170.32.0 si 130.170.132.0 aceste adrese:

Putem acum aloca acum pentru reteaua de 300 de statii doar jumatate de clasa B, adica 32 de mii de adrese. Dar nimic nu ne impiedica sa impiedica sa injumatatim inca odata unul dintre spatiile de adrese obtinut, avand astfel la dispozitie doua spatii de cate 16 mii de adrese. Si, de ce nu, sa mergem mai departe cu procesul de creare de subretele pentru a obtine spatii de 512 adrese.

Pentru a reprezenta 512 variante avem nevoie de 9 biti in campul statie. Din cei 16 biti initiali vom trece direct 7 biti in campul de subretea. Masca de retea trebuie extinsa cu 7 biti devenind 23, rezultatul operatiei fiind definirea unui spatiu de adrese ce ocupa doar 1/64 din spatiul initial.

In concluzie, subretelele au aparut in scopul eficientizarii modului de alocare a adreselor IP. Pentru a imparti in subretele un spatiu de adrese dat, o parte din bitii de statie sunt trecuti intr-un nou camp, cel de subretea, acesta avand rolul de a oferi un al treilea nivel de ierarhizare a adreselor IP.

Prima si ultima subretea

In momentul cand cream subretele este usor de observat posibila confuzie ce se poate face intre adresa de retea a spatiului de adrese initial si adresa de retea a primei subretele create, dar totodata si intre adresa de difuzare pentru spatiul de adrese initial si adresa de difuzare a ultimei subretele.

In exemplul de mai inainte singura diferenta intre clasa B si prima sa jumatate era masca de retea folosita, si tot masca de retea este singura diferenta intre adresa de difuzare a clasei B si adresa de difuzare a celei de a doua jumatati.

Datorita acestei ambiguitati, odata cu aparitia subretelelor a aparut si interdictia de a folosi prima si ultima subretea. Astfel, numarul maxim de subretele ce poate fi folosit devine 2 la puterea numarului de biti de subretea minus 2.

O prima consecinta este imposibilitatea imprumutarii unui singur bit pentru crearea de subretele, adica imposibilitatea injumatatirii unui spatiu de adrese. Numarul minim de biti ce trebuie imprumutati este 2.

O a doua, si mult mai drastica consecinta este pierderea unui procent din spatiul de adrese in urma procesului de creare de subretele. In tabelul de mai jos este analizata eficienta folosirii spatiului de adrese in urma crearii de subretele pentru o clasa C.

Desi si la ora actuala multe carti de calculatoare recomanda in continuare evitarea folosirii primei si ultimei subretele, ratiunile sunt mai mult de natura didactica pentru ca Internetul in vasta lui majoritate contine echipamente capabile sa evite eventualele confuzii, si asta fara nici un alt cost aditional.

Tema de casa

Pentru o adresa IP si o masca de retea date sa se raspunda la urmatoarele intrebari:

Sa se transforme in binar adresa IP si masca de retea.

Din ce clasa face parte adresa IP?

Care este adresa de retea pentru clasa respectiva

Care este adresa retelei, in zecimal si in binar

Cati biti au fost imprumutati pentru subretea din bitii disponibili pentru statii?

Cati biti au ramas pentru statii

Care este numarul maxim de subretele utilizabile ce pot fi create

Care este numarul maxim de statii ce pot fi definite pentru fiecare subretea

Pentru IP-ul dat, care este adresa de broadcast

Care este domeniul adreselor IP pentru statii?