Компьютерные сети. 6-е изд.

Опция Record route (Запись маршрута) требует от всех маршрутизаторов на пути следования пакета добавлять свой IP-адрес к полю Options. Это позволяет системным администраторам выявлять ошибки в алгоритмах маршрутизации (к примеру, когда все пакеты, отправляемые из Хьюстона в Даллас, сначала попадают в Токио). Когда появилась сеть ARPANET, пакеты проходили максимум через 9 маршрутизаторов, поэтому 40 байт для этого параметра вполне хватало. Как уже говорилось, сегодня этого недостаточно.

Наконец, опция Timestamp (Временная метка) аналогична Record route, но кроме 32-разрядного IP-адреса каждый маршрутизатор также записывает 32-разрядную запись о текущем времени. Timestamp также применяется в основном для измерения параметров сети.

В последнее время опции IP теряют свою значимость. Маршрутизаторы либо игнорируют их, либо обрабатывают неэффективно, отодвигая в сторону как нечто нетипичное. В общем, они поддерживаются лишь частично и используются редко.

5.7.2. IP-адреса

Определяющим признаком IPv4 является его 32-битный адрес. У каждого хоста и маршрутизатора в интернете есть IP-адрес, который может использоваться в полях Source address и Destination address IP-пакетов. Важно отметить, что IP-адрес на самом деле не имеет отношения к хосту. Он относится к сетевому интерфейсу, поэтому хост, соединенный с двумя сетями, должен иметь два IP-адреса. Однако на практике большинство хостов подключены к одной сети, следовательно, имеют один адрес. Маршрутизаторы, наоборот, обычно имеют несколько интерфейсов, а значит, и несколько IP-адресов.

Префиксы

В отличие от Ethernet-адресов IP-адреса имеют иерархическую организацию. Первая часть 32-битного адреса имеет переменную длину и задает сеть, а последняя указывает на хост. Сетевая часть совпадает для всех хостов одной сети (например, LAN Ethernet). Таким образом, сеть соответствует непрерывному блоку пространства IP-адресов, который называется префиксом (prefix).

IP-адреса обычно записываются в виде четырех десятичных чисел (которые соответствуют отдельным байтам), разделенных точками (dotted decimal notation). Например, шестнадцатеричный адрес 80D00297 записывается как 128.208.2.151. Префикс задается наименьшим IP-адресом в блоке и размером блока. Размер определяется числом битов в сетевой части; оставшиеся биты в части хоста могут варьироваться. Таким образом, размер является степенью двойки. По традиции он пишется после префикса IP-адреса в виде слеша и длины сетевой части в битах. В нашем примере префикс содержит 28 адресов и поэтому для сетевой части отводится 24 бита. Пишется это так: 128.208.2.0/24.

Поскольку длина префикса не выводится из IP-адреса, протоколы маршрутизации вынуждены передавать префиксы на маршрутизаторы. Иногда они задаются с помощью указания длины (например, «/16»). Длина префикса соответствует двоичной маске, в которой единицы указывают на сетевую часть. Такая маска называется маской подсети (subnet mask). Выполнение операции AND между маской и IP-адресом позволяет выделить сетевую часть. В нашем примере (илл. 5.49) маска подсети выглядит так: 255.255.255.0.

Илл. 5.49. Префикс IP-адреса и маска подсети

У иерархических адресов есть достоинства и недостатки. Важное преимущество префиксов состоит в том, что маршрутизаторы могут направлять пакеты, используя только сетевую часть адреса, поскольку каждой сети соответствует свой уникальный адресный блок. Маршрутизатору не нужно учитывать часть адреса, задающую хост, так как пакеты для всех хостов одной сети передаются в одном направлении. Пакеты передаются на хосты только после того, как попадают в нужную сеть. В результате таблицы маршрутизации значительно сокращаются. Учитывая, что число хостов в интернете превышает миллиард, это очень существенное преимущество, так как иначе таблицы маршрутизации были бы невероятно большими. Но благодаря иерархии им приходится хранить пути лишь для 300 000 префиксов.

Хотя иерархия упрощает маршрутизацию в интернете, у нее есть два недостатка. Во-первых, IP-адрес хоста зависит от его местоположения в сети. Адреса Ethernet можно использовать в любой точке мира, а IP-адрес принадлежит конкретной сети, и поэтому маршрутизаторы могут доставить пакет, предназначенный для данного адреса, только в эту сеть. Чтобы хосты могли перемещаться из одной сети в другую, сохраняя свой IP-адрес, необходимы новые решения, такие как мобильный IP.

Второй недостаток состоит в том, что неправильная иерархия может привести к неэффективному использованию адресов. Если адреса приписываются сетям слишком крупными блоками, много адресов будет выделено, но не будет использоваться. Этот факт не имел бы большого значения, если бы адресов было достаточно, но уже более десяти лет назад стало ясно, что свободное адресное пространство в интернете заполняется с невероятной скоростью. Протокол IPv6 решил эту проблему, но пока он не распространится повсеместно, эффективное выделение адресов будет вызывать серьезные затруднения.

Подсети