Информатика / Computer science

Теоретические сведения

("ТЕЛЕ" от др.-греч. - "далеко", "КОММУНИКАЦИЯ" от англ. - "связь"). Телекоммуникационные технологии - это технологии для удаленной связи. Компьютерная сеть - это совокупность компьютеров и различных устройств (хостов), обеспечивающих информационный обмен между компьютерами в сети без использования каких-либо промежуточных носителей информации.

Виды сетей по территориальной распространенности:

• Локальные (объединяют компьютеры в одном помещении, здании);
• Региональные (объединяют компьютеры одного региона, города, страны);
• Глобальные (Интернет) (объединяют многие локальные, региональные и корпоративные (виртуальные частные сети))

Основу Интернет составляют более 100 миллионов серверов - мощных компьютеров, постоянно подключенных к сети. Чтобы информация по сети доходила до адресата, у каждого компьютера должен быть свой уникальный номер. Адресация - способ идентификации абонентов сети.

MAC-адрес ("Media Access Control" — управление доступом к носителю) — это уникальный идентификатор, присваиваемый каждой единице оборудования компьютерных сетей.  В широковещательных сетях (таких, как сети на основе Ethernet) MAC-адрес позволяет уникально идентифицировать каждый узел сети и доставлять данные только этому узлу. Таким образом, MAC-адреса формируют основу сетей на канальном уровне, которую используют протоколы более высокого (сетевого) уровня. Для преобразования MAC-адресов в адреса сетевого уровня и обратно применяются специальные протоколы (например, ARP и RARP в сетях TCP/IP). MAC-адреса состоит из 48-разрядов (6 октетов) разделенных на четыре части.

IP - адрес - это уникальный 32-битный номер, логический адрес, который получает каждый компьютер, подключенный к Интернет. Двоичная запись IP-адреса - это серия из 32 бит, разделенных на четыре 8-битных байта. Десятичная запись IP-адреса - это четыре числа, разделенных точками, где каждое из них принадлежит промежутку от 0 до 255. 

Общее количество IP адресов превышает 4 млрд. 2³² = 4 294 967 296.

IP-адрес включает в себя две части:

1) номер сети (подсети Интернет), частью которой является непосредственно этот компьютер, и

2) номер самого компьютера в данной сети.

Разбиение на эти части является одинаковым для всех сетей, поэтому у каждой сети есть маска подсети. Маска подсети - это 32-разрядное двоичное число, которое показывает, какая часть IP-адреса компьютера относится к адресу сети (подсети Интернет), а какая - к адресу компьютера в этой сети. Адрес сети получается в результате поразрядной конъюнкции заданного IP-адреса и его маски. В маске сети нули и  единицы не должны чередоваться, то есть маской может быть только двоичное число, у которого сначала подряд идут все единицы, а потом подряд все нули. Причем первые числа маски должны быть равны десятичному числу 255 (= двоичное 1111 1111). Итак, есть всего несколько чисел, которые могут стоять в третьей части записи маски:

1000 0000 (десятичное 128)

1100 0000 (десятичное 192)

1110 0000 (десятичное 224)

1111 0000 (десятичное 240)

1111 1000 (десятичное 248)

1111 1100 (десятичное 252)

1111 1110 (десятичное 254)

1111 1111 (десятичное 255)

IP - адреса делятся на классы. К классам A,B,C относятся коммерческие адреса, присваиваемые узлам. Класс D зарезервирован для многоадресных рассылок, а класс E для экспериментов.

Помимо классов, IP-адреса делятся на категории, предназначенные для одноадресных, широковещательных или многоадресных рассылок. С помощью IP-адресов узлы могут обмениваться данными в режиме «один к одному» (одноадресная рассылка), «один ко многим» (многоадресная рассылка) или «один ко всем» (широковещательная рассылка).

Одноадресная рассылка. Пакет с одноадресным назначением предназначен конкретному узлу. Пример: узел с IP-адресом 192.168.1.5 (источник) запрашивает веб-страницу с сервера с IP-адресом 192.168.1.200 (адресат).  Для отправки и приема одноадресного пакета в заголовке IP-пакета должен указываться IP-адрес назначения. Кроме того, в заголовке кадра Ethernet должен быть MAC-адрес назначения. IP-адрес и MAC-адрес – это данные для доставки пакета одному узлу.

Широковещательная рассылка. В пакете широковещательной рассылки содержится IP-адрес назначения, в узловой части которого присутствуют только единицы (1). Это означает, что пакет получат и обработают все узлы в локальной сети (домене широковещательной рассылки). 

В сети класса C 192.168.1.0 с маской подсети по умолчанию 255.255.255.0 используется адрес широковещательной рассылки 192.168.1.255. Узловая часть – 255 или двоичное 11111111 (все единицы).

В сети класса B 172.16.0.0 с маской подсети по умолчанию 255.255.0.0 используется адрес широковещательной рассылки 172.16.255.255.

В сети класса A 10.0.0.0 с маской подсети по умолчанию 255.0.0.0 используется адрес широковещательной рассылки 10.255.255.255.

Для сетевого IP-адреса широковещательной рассылки нужен соответствующий MAC-адрес в кадре Ethernet. В сетях Ethernet используется MAC-адрес широковещательной рассылки из 48 единиц, который в шестнадцатеричном формате выглядит как FF-FF-FF-FF-FF-FF.

Многоадресная рассылка. Адреса многоадресных рассылок позволяют исходному устройству рассылать пакет группе устройств.  Устройства, относящиеся к многоадресной группе, получают ее IP-адрес. Диапазон таких адресов – от 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Поскольку адреса многоадресных рассылок соответствуют группам адресов (которые иногда называются группами узлов), они используются только как адресаты пакета. У источника всегда одноадресный адрес.

Как и одноадресным или широковещательным адресам, IP-адресам многоадресной рассылки нужен соответствующий MAC-адрес, позволяющий доставлять кадры в локальной сети. MAC-адрес многоадресной рассылки – это особое значение, которое в шестнадцатеричном формате начинается с 01-00-5E. Нижние 23 бита IP-адреса многоадресной группы преобразуются в остальные 6 шестнадцатеричных символов адреса Ethernet. Пример: шестнадцатеричное значение 01-00-5E-0F-64-C5. Каждому шестнадцатеричному символу соответствует 4 двоичных бита.