адрес что такое блок
Всё, что вы хотели знать о МАС адресе
Всем известно, что это шесть байт, обычно отображаемых в шестнадцатеричном формате, присвоены сетевой карте на заводе, и на первый взгляд случайны. Некоторые знают, что первые три байта адреса – это идентификатор производителя, а остальные три байта им назначаются. Известно также, что можно поставить себе произвольный адрес. Многие слышали и про «рандомные адреса» в Wi-Fi.
Разберемся, что это такое.
МАС адрес (media access control address) – уникальный идентификатор, назначенный сетевому адаптеру, применяется в сетях стандартов IEEE 802, в основном Ethernet, Wi-Fi и Bluetooth. Официально он называется «идентификатором типа EUI-48». Из названия очевидно, что адрес имеет длину в 48 бит, т.е. 6 байт. Общепринятого стандарта на написание адреса нет (в противоположность IPv4 адресу, где октеты всегда разделяют точками).Обычно он записывается как шесть шестнадцатеричных чисел, разделенных двоеточием: 00:AB:CD:EF:11:22, хотя некоторые производители оборудования предпочитают запись вида 00-AB-CD-EF-11-22 и даже 00ab.cdef.1122.
Исторически адреса прошивались в ПЗУ чипсета сетевой карты без возможности их модификации без флеш-программатора, но в настоящее время адрес может быть изменен программно, из операционной системы. Задать вручную МАС адрес сетевой карте можно в Linux и MacOS (всегда), Windows (почти всегда, если позволит драйвер), Android (только рутованный); с iOS (без рута) подобный трюк невозможен.
Структура адреса
Адрес состоит из части идентификатора производителя, OUI, и идентификатора, присваиваемого производителем. Назначением идентификаторов OUI (Organizationally Unique Identifier) занимается организация IEEE. На самом деле его длина может быть не только 3 байта (24 бита), а 28 или 36 бит, из которых формируются блоки (MAC Address Block, МА) адресов типов Large (MA-L), Medium (MA-M) и Small (MA-S) соответственно. Размер выдаваемого блока, в таком случае, составит 24, 20, 12 бит или 16 млн, 1 млн, 4 тыс. штук адресов. В настоящий момент распределено порядка 38 тысяч блоков, их можно посмотреть многочисленными онлайн-инструментами, например у IEEE или Wireshark.
Кому принадлежат адреса
Несложная обработка публично доступной базы данных выгрузки IEEE даёт довольно много информации. Например, некоторые организации забрали себе много OUI блоков. Вот наши герои:
| Вендор | Число блоков/записей | Число адресов, млн. |
|---|---|---|
| Cisco Systems Inc | 888 | 14208 |
| Apple | 772 | 12352 |
| Samsung | 636 | 10144 |
| Huawei Technologies Co.Ltd | 606 | 9696 |
| Intel Corporation | 375 | 5776 |
| ARRIS Group Inc. | 319 | 5104 |
| Nokia Corporation | 241 | 3856 |
| Private | 232 | 2704 |
| Texas Instruments | 212 | 3392 |
| zte corporation | 198 | 3168 |
| IEEE Registration Authority | 194 | 3072 |
| Hewlett Packard | 149 | 2384 |
| Hon Hai Precision | 136 | 2176 |
| TP-LINK | 134 | 2144 |
| Dell Inc. | 123 | 1968 |
| Juniper Networks | 110 | 1760 |
| Sagemcom Broadband SAS | 97 | 1552 |
| Fiberhome Telecommunication Technologies Co. LTD | 97 | 1552 |
| Xiaomi Communications Co Ltd | 88 | 1408 |
| Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp.Ltd | 82 | 1312 |
У Google их всего 40, и это не удивительно: они сами производят не так много сетевых устройств.
Когда закончатся МАС-адреса
Мы все порядком устали от не прекращающихся уже лет 10 историй о том, что «IPv4 адреса вот-вот кончатся». Да, новые блоки IPv4 получить уже непросто. При этом известно, что IP адреса распределены крайне неравномерно; существуют гигантские и мало использованные блоки, принадлежащие крупным корпорациям и государственным учреждением США, впрочем, без особой надежды на их перераспределение в пользу нуждающихся. Распространение NAT, CG-NAT и IPv6 сделало проблему нехватки публичных адресов не такой острой.
В МАС адресе 48 бит, из которых «полезными» можно считать 46 (почему? читай дальше), что даёт 2 46 или 10 14 адресов, что в 2 14 раз больше IPv4 адресного пространства.
В настоящий момент распределено примерно полтриллиона адресов, или лишь 0.73% от всего объёма. До исчерпания MAC адресов ещё очень, очень далеко.
Случайность бит
Можно предположить, что OUI распределены случайно, а вендор затем также случайно назначает адреса индивидуальным сетевым устройствам. Так ли это? Посмотрим на распределение бит в имеющихся в моём распоряжении базах МАС адресов 802.11-устройств, собранных работающими системами авторизации в беспроводных сетях WNAM. Адреса принадлежат реальным устройствам, подключавшихся к Wi-Fi на протяжении нескольких лет в трех странах. В дополнение идет маленькая база 802.3-устройств проводной ЛВС.
Разобьем каждый МАС-адрес (шесть байт) каждой из выборок на биты побайтово, и посмотрим на частоту появления бита «1» в каждой из 48 позиций. Если бит выставлен совершенно произвольным образом, то вероятность получить «1» должна быть 50%.
| Выборка Wi-Fi №1 (РФ) | Выборка Wi-Fi №2 (Беларусь) | Выборка Wi-Fi №3 (Узбекистан) | Выборка LAN (РФ) | |
|---|---|---|---|---|
| Число записей в базе | 5929000 | 1274000 | 366000 | 1000 |
| Номер бита: | % бит «1» | % бит «1» | % бит «1» | % бит «1» |
| 1 | 48.6% | 49.2% | 50.7% | 28.7% |
| 2 | 44.8% | 49.1% | 47.7% | 30.7% |
| 3 | 46.7% | 48.3% | 46.8% | 35.8% |
| 4 | 48.0% | 48.6% | 49.8% | 37.1% |
| 5 | 45.7% | 46.9% | 47.0% | 32.3% |
| 6 | 46.6% | 46.7% | 47.8% | 27.1% |
| 7 | 0.3% | 0.3% | 0.2% | 0.7% |
| 8 | 0.0% | 0.0% | 0.0% | 0.0% |
| 9 | 48.1% | 50.6% | 49.4% | 38.1% |
| 10 | 49.1% | 50.2% | 47.4% | 42.7% |
| 11 | 50.8% | 50.0% | 50.6% | 42.9% |
| 12 | 49.0% | 48.4% | 48.2% | 53.7% |
| 13 | 47.6% | 47.0% | 46.3% | 48.5% |
| 14 | 47.5% | 47.4% | 51.7% | 46.8% |
| 15 | 48.3% | 47.5% | 48.7% | 46.1% |
| 16 | 50.6% | 50.4% | 51.2% | 45.3% |
| 17 | 49.4% | 50.4% | 54.3% | 38.2% |
| 18 | 49.8% | 50.5% | 51.5% | 51.9% |
| 19 | 51.6% | 53.3% | 53.9% | 42.6% |
| 20 | 46.6% | 46.1% | 45.5% | 48.4% |
| 21 | 51.7% | 52.9% | 47.7% | 48.9% |
| 22 | 49.2% | 49.6% | 41.6% | 49.8% |
| 23 | 51.2% | 50.9% | 47.0% | 41.9% |
| 24 | 49.5% | 50.2% | 50.1% | 47.5% |
| 25 | 47.1% | 47.3% | 47.7% | 44.2% |
| 26 | 48.6% | 48.6% | 49.2% | 43.9% |
| 27 | 49.8% | 49.0% | 49.7% | 48.9% |
| 28 | 49.3% | 49.3% | 49.7% | 55.1% |
| 29 | 49.5% | 49.4% | 49.8% | 49.8% |
| 30 | 49.8% | 49.8% | 49.7% | 52.1% |
| 31 | 49.5% | 49.7% | 49.6% | 46.6% |
| 32 | 49.4% | 49.7% | 49.5% | 47.5% |
| 33 | 49.4% | 49.8% | 49.7% | 48.3% |
| 34 | 49.7% | 50.0% | 49.6% | 44.9% |
| 35 | 49.9% | 50.0% | 50.0% | 50.6% |
| 36 | 49.9% | 49.9% | 49.8% | 49.1% |
| 37 | 49.8% | 50.0% | 49.9% | 51.4% |
| 38 | 50.0% | 50.0% | 49.8% | 51.8% |
| 39 | 49.9% | 50.0% | 49.9% | 55.7% |
| 40 | 50.0% | 50.0% | 50.0% | 49.5% |
| 41 | 49.9% | 50.0% | 49.9% | 52.2% |
| 42 | 50.0% | 50.0% | 50.0% | 53.9% |
| 43 | 50.1% | 50.0% | 50.3% | 56.1% |
| 44 | 50.1% | 50.0% | 50.1% | 45.8% |
| 45 | 50.0% | 50.0% | 50.1% | 50.1% |
| 46 | 50.0% | 50.0% | 50.1% | 49.5% |
| 47 | 49.2% | 49.4% | 49.7% | 45.2% |
| 48 | 49.9% | 50.1% | 50.7% | 54.6% |
Откуда такая несправедливость в 7 и 8 битах? Там почти всегда нули.
Действительно, стандарт определяет эти биты как специальные (Википедия): 
Восьмой (с начала) бит первого байта МАС адреса называется Unicast/Multicast битом и определяет, какого типа кадр (фрейм) передается с этим адресом, обычный (0) или широковещательный (1) (мультикаст или броадкаст). Для обычного, unicast взаимодействия сетевого адаптера, этот бит выставлен в «0» во всех пакетах, им отправляемых.
Седьмой (с начала) бит первого байта МАС адреса называется U/L (Universal/Local) битом и определяет, является ли адрес глобально уникальным (0), или локально уникальным (1). По умолчанию, все «прошитые изготовителем» адреса глобально уникальны, поэтому подавляющее число собранных МАС адресов содержат седьмой бит выставленным в «0». В таблице присвоенных идентификаторов OUI только порядка 130 записей имеет U/L бит «1», и по всей видимости это блоки МАС адресов для специальных нужд.
С шестого по первый биты первого байта, биты второго и третьего байта в OUI идентификаторах, и тем более биты в 4-6 байтах адреса, назначаемые производителем, распределены более-менее равномерно.
Таким образом, в реальном МАС-адресе сетевого адаптера биты фактически равноценны и не несут технологического смысла, за исключением двух служебных бит старшего байта.
Распространенность
Интересно, какие производители беспроводного оборудования наиболее популярны? Объединим поиск по базе OUI с данными выборки №1.
| Вендор | Доля устройств, % |
|---|---|
| Apple | 26,09 |
| Samsung | 19,79 |
| Huawei Technologies Co. Ltd | 7,80 |
| Xiaomi Communications Co Ltd | 6,83 |
| Sony Mobile Communications Inc | 3,29 |
| LG Electronics (Mobile Communications) | 2,76 |
| ASUSTek COMPUTER INC. | 2,58 |
| TCT mobile ltd | 2,13 |
| zte corporation | 2,00 |
| не найден в базе IEEE | 1,92 |
| Lenovo Mobile Communication Technology Ltd. | 1,71 |
| HTC Corporation | 1,68 |
| Murata Manufactuaring | 1,31 |
| InPro Comm | 1,26 |
| Microsoft Corporation | 1,11 |
| Shenzhen TINNO Mobile Technology Corp. | 1,02 |
| Motorola (Wuhan) Mobility Technologies Communication Co. Ltd. | 0,93 |
| Nokia Corporation | 0,88 |
| Shanghai Wind Technologies Co. Ltd | 0,74 |
| Lenovo Mobile Communication (Wuhan) Company Limited | 0,71 |
Практика показывает, что чем зажиточнее контингент абонентов беспроводной сети в данном месте, тем больше доля устройств Apple.
Уникальность
Уникальны ли МАС адреса? В теории да, поскольку каждый из производителей устройств (владельцев блока МА) обязан обеспечивать уникальный адрес для каждого из выпускаемых им сетевых адаптеров. Однако некоторые производители чипов, а именно:
выставляют последние три байта МАС адреса в случайное число, по всей видимости, после каждой перезагрузки устройства. Таких адресов в моей выборке №1 нашлось 82 тысячи.
Поставить себе чужой, не уникальный адрес можно, конечно, путем целенаправленной его установки «как у соседа», определив его сниффером, или выбрав наугад. Также возможно случайно поставить себе не уникальный адрес, выполнив, например, восстановление бэкапа конфигурации какого-нибудь маршрутизатора вроде Mikrotik или OpenWrt.
Что будет, если в сети будет присутствовать два устройства с одним МАС адресом? Все зависит от логики сетевого оборудования (проводного роутера, контроллера беспроводной сети). Скорее всего, оба устройства или не будут работать, или будут работать с перебоями. С точки зрения стандартов IEEE, защиту от подделки МАС адресов предлагается решать при помощи, например, MACsec или 802.1Х.
Что, если поставить себе МАС с выставленным в «1» седьмым или восьмым битом, т.е. local или multicast-адрес? Скорее всего, ваша сеть на это не обратит внимания, но формально такой адрес не будет соответствует стандарту, и лучше так не делать.
Как работает рандомизация
Мы знаем, что с целью предотвратить отслеживание перемещения людей путем сканирования эфира и сбора МАС-операционные системы смартфонов уже несколько лет применяют технологию рандомизации. Теоретически, при сканировании эфира в поиске известных сетей смартфон отправляет пакет (группу пакетов) типа 802.11 probe request с МАС-адресом в качестве источника:
Включенная рандомизация позволяет указывать не «прошитый», а какой-то другой адрес источника пакета, меняющийся при каждом цикле сканирования, во времени или ещё как-то. Работает ли это? Посмотрим на статистику собранных МАС-адресов из эфира так называемым «Wi-Fi Радаром»:
| Вся выборка | Выборка только с нулевым 7м битом | |
|---|---|---|
| Число записей в базе | 3920000 | 305000 |
| Номер бита: | % бит «1» | % бит «1» |
| 1 | 66.1% | 43.3% |
| 2 | 66.5% | 43.4% |
| 3 | 31.7% | 43.8% |
| 4 | 66.6% | 46.4% |
| 5 | 66.7% | 45.7% |
| 6 | 31.9% | 46.4% |
| 7 | 92.2% | 0.0% |
| 8 | 0.0% | 0.0% |
| 9 | 67.2% | 47.5% |
| 10 | 32.3% | 45.6% |
| 11 | 66.9% | 45.3% |
| 12 | 32.3% | 46.8% |
| 13 | 32.6% | 50.1% |
| 14 | 33.0% | 56.1% |
| 15 | 32.5% | 45.0% |
| 16 | 67.2% | 48.3% |
| 17 | 33.2% | 56.9% |
| 18 | 33.3% | 56.8% |
| 19 | 33.3% | 56.3% |
| 20 | 66.8% | 43.2% |
| 21 | 67.0% | 46.4% |
| 22 | 32.6% | 50.1% |
| 23 | 32.9% | 51.2% |
| 24 | 67.6% | 52.2% |
| 25 | 49.8% | 47.8% |
| 26 | 50.0% | 50.0% |
| 27 | 50.0% | 50.2% |
| 28 | 50.0% | 49.8% |
| 29 | 50.0% | 49.4% |
| 30 | 50.0% | 50.0% |
| 31 | 50.0% | 49.7% |
| 32 | 50.0% | 49.9% |
| 33 | 50.0% | 49.7% |
| 34 | 50.0% | 49.6% |
| 35 | 50.0% | 50.1% |
| 36 | 50.0% | 49.5% |
| 37 | 50.0% | 49.9% |
| 38 | 50.0% | 49.8% |
| 39 | 50.0% | 49.9% |
| 40 | 50.0% | 50.1% |
| 41 | 50.0% | 50.2% |
| 42 | 50.0% | 50.2% |
| 43 | 50.0% | 50.1% |
| 44 | 50.0% | 50.1% |
| 45 | 50.0% | 50.0% |
| 46 | 50.0% | 49.8% |
| 47 | 50.0% | 49.8% |
| 48 | 50.1% | 50.9% |
Картина совсем другая.
8й бит первого байта МАС адреса по-прежнему соответствует Unicast-природе SRC-адреса в probe request пакете.
7й бит в 92.2% случаев установлен в Local, т.е. с достаточной долей уверенности можно считать, что именно столько собранных адресов относится к рандомизированным, а менее 8% — к реальным. При этом распределение бит в OUI для таких реальных адресов примерно совпадает с данными предыдущей таблицы.
Какому производителю, по OUI, принадлежат рандомизированные адреса (т.е. с 7м битом в «1»)?
| Производитель по OUI | Доля среди всех адресов |
|---|---|
| не найден в базе IEEE | 62.45% |
| Google Inc. | 37.54% |
| остальные | 0.01% |
При этом все рандомизированные адреса, отнесенные к Google, принадлежат одному OUI c префиксом DA:A1:19. Что это за префикс? Давайте посмотрим в исходники Android.
Стоковый андроид в поиске беспроводных сетей использует специальный, зарегистрированный OUI, один из немногих с установленным седьмым битом.
Вычислить реальный МАС из рандомного
Адрес целиком, либо его младшие три байта, это чистый Random.nextLong(). «Патентованное восстановление реального МАС» — надувательство. С большой долей уверенности можно ожидать, что производители Android-телефонов применяют и другие, не зарегистрированные OUI. Исходников iOS у нас нет, но скорее всего там применен схожий алгоритм.
Вышесказанное не отменяет работу других механизмов деанонимизации Wi-Fi абонентов, основанных на анализе других полей probe request фрейма, или корреляции относительной частоты посылаемых устройством запросов. Однако достоверно отследить абонента внешними средствами крайне проблематично. Собираемые данные больше подойдут для анализа средней/пиковой нагрузки по местоположению и времени, на основе больших чисел, без привязки к конкретным устройствам и людям. Точные данные есть только у тех, кто «внутри», у самих производителей мобильных ОС, у установленных приложений.
Что может быть опасного в том, что кто-то другой узнает МАС-адрес вашего устройства? Для проводных и беспроводных сетей можно организовать атаку «отказ в обслуживании». Для беспроводного устройства, к тому же, с некоторой вероятностью можно зафиксировать момент появления в месте, где установлен сенсор. Подменой адреса можно попробовать «представиться» вашим устройством, что может сработать, только если не применяется дополнительных средств защиты (авторизация и/или шифрование). 99.9% людей здесь не о чем волноваться.
МАС-адрес сложнее, чем кажется, но проще, чем мог бы быть.
Основы компьютерных сетей. Тема №5. Понятие IP адресации, масок подсетей и их расчет
Приветствую вас на очередном выпуске. И сегодня речь пойдет о том, какие бывают IP-адреса, и как ими пользоваться. Что такое маска подсети, как она считается, и для чего она нужна. Как делить сети на подсети и суммировать их. Заинтересовавшихся приглашаю к прочтению.
P.S. Возможно, со временем список дополнится.
Начнем, или уже продолжим, с самого популярного, заезженного и больного. Это IP-адреса. На протяжении 4-х статей это понятие встречалось по несколько раз, и скорее всего вы уже либо сами поняли для чего они, либо нагуглили и почитали о них. Но я обязан вам это рассказать, так как без ясного понимания двигаться дальше будет тяжело.
Итак IP-адрес — это адрес, используемый узлом на сетевом уровне. Он имеет иерархическую структуру. Что это значит? Это значит, что каждая цифра в его написании несет определенный смысл. Объясню на очень хорошем примере. Примером будет номер обычного телефона — +74951234567. Первой цифрой идет +7. Это говорит о том, что номер принадлежит зоне РФ. Далее следует 495. Это код Москвы. И последние 7 цифр я взял случайными. Эти цифры закреплены за районной зоной. Как видите здесь наблюдается четкая иерархия. То есть по номеру можно понять какой стране, зоне он принадлежит. IP адреса придерживаются аналогично строгой иерархии. Контролирует их организация IANA(англ. Internet Assigned Numbers Authority). Если на русском, то это «Администрация адресного пространства Интернет». Заметьте, что слово «Интернет» с большой буквы. Мало кто придает этому значение, поэтому объясню разницу. В англоязычной литературе термин «internet» используется для описания нескольких подключённых друг к другу сетей. А термин «Internet» для описания глобальной сети. Так что примите это к сведению.
Несмотря на то, что тема статьи больше теоретическая, нежели практическая, я настоятельно рекомендую отнестись к ней со всей серьезностью, так как от нее зависит понимание дальнейших тем, а особенно маршрутизации. Не для кого, я думаю, не секрет, что мы привыкли воспринимать числовую информацию в десятичном формате (в числах от 0-9). Однако все современные компьютеры воспринимают информацию в двоичном (0 и 1). Не важно при помощи тока или света передается информация. Вся она будет воспринята устройством как есть сигнал (1) или нет (0). Всего 2 значения. Поэтому был придуман алгоритм перевода из двоичной системы в десятичную, и обратно. Начну с простого и расскажу, как выглядят IP адреса в десятичном формате. Вся эта статья посвящена IP адресам версии 4. О версии 6 будет отдельная статья. В предыдущих статьях, лабах, да и вообще в жизни, вы видели что-то вроде этого «193.233.44.12». Это и есть IP адрес в десятичной записи. Состоит он из 4-х чисел, называемых октетами и разделенных между собой точками. Каждое такое число (октет) может принимать значение от 0 до 255. То есть одно из 256 значений. Длина каждого октета равна 8 битам, а суммарная длина IPv4 = 32 битам. Теперь интересный вопрос. Каким образом этот адрес воспримет компьютер, и как будет с ним работать?
Можно конечно набить это в калькулятор, коих навалом в Интернете, и он переведет его в двоичный формат, но я считаю, что переводить вручную должен уметь каждый. Особенно это касается тех, кто планирует сдавать экзамен. У вас не будет под рукой ничего, кроме бумаги и маркера, и полагаться придется только на свои навыки. Поэтому показываю, как это делать вручную. Строится таблица.
Вместо «x» записывается либо 1, либо 0. Таблица разделена на 8 колонок, каждая из которых несет в себе 1 бит (8 колонок = 8 бит = 1 октет). Расположены они по старшинству слева направо. То есть первый (левый) бит — самый старший и имеет номер 128, а последний (правый) — самый младший и имеет номер 1. Теперь объясню, откуда эти числа взялись. Так как система двоичная, и длина октета равна 8-ми битам, то каждое число получается возведением числа 2 в степень от 0 до 7. И каждая из полученных цифр записывается в таблицу от большего к меньшему. То есть слева направо. От 2 в 7-ой степени до 2 в 0-ой степени. Приведу таблицу степеней 2-ки.
Думаю теперь понятно, каким образом строится таблица. Давайте теперь разберем адрес «193.233.44.12» и посмотрим, как он выглядит в двоичном формате. Разберем каждый октет отдельно. Возьмем число 193 и посмотрим, из каких табличных комбинаций оно получается. 128 + 64 + 1 = 193.
Те числа, которые участвовали в формировании комбинации получают 1, а все остальные получают 0.
Берем первый октет 233. 128 + 64 + 32 + 8 + 1.
Получаю 128 + 64 + 16 + 4 + 1 = 213.
Вычисляю второй блок.
Считаю 128 + 32 + 16 + 4 = 180.
И напоследок четвертый.
Собираем результаты вычислений и получаем адрес 213.180.193.3. Ничего тяжелого, чистая арифметика. Если тяжело и прям невыносимо трудно, то попрактикуйтесь. Сначала может показаться страшным, так как многие закончили учебу лет 10 назад и многое позабыли. Но уверяю, что как только набьете руку, считать будет гораздо легче. Ну а для закрепления дам вам несколько примеров для самостоятельного расчета (под спойлером будут ответы, но открывайте их только когда прорешаете сами).
1) 10.124.56.220
2) 113.72.101.11
3) 173.143.32.194
4) 200.69.139.217
5) 88.212.236.76
6) 01011101.10111011.01001000.00110000
7) 01001000.10100011.00000100.10100001
8) 00001111.11011001.11101000.11110101
9) 01000101.00010100.00111011.01010000
10) 00101011.11110011.10000010.00111101
Теперь IP-адреса не должны быть чем-то страшным, и можно углубиться в их изучение.
Выше мы говорили о структуре телефонных номеров и их иерархии. И вот на заре рождения Интернета в том представлении, в каком мы его привыкли видеть, возник вопрос. Вопрос заключался в том, что IP-адреса нужно как-то сгруппировать и контролировать выдачу. Решением было разделить все пространство IP-адресов на классы. Это решение получило название классовая адресация (от англ. Classful). Она уже давно устарела, но практически в любой книге на нее отводятся целые главы и разделы. Cisco тоже не забывает про это и в своих учебных материалах рассказывает про нее. Поэтому я пробегусь по этой теме и покажу, чем она блистала с 1981 по 1995 год.
Пространство было поделено на 5 классов. Каждому классу был назначен блок адресов.
Начнем с класса A. Если внимательно посмотреть на таблицу, то можно заметить, что этому блоку дан самый большой блок адресов, а если быть точным, то половина всего адресного пространства. Предназначался данный класс для крупных сетей. Структура этого класса выглядит следующим образом.
В чем суть. Первый октет, то есть 8 бит, остаются за адресом сети, а 3 последних октета (то есть оставшиеся 24 бита) назначаются хостам. Вот для того, чтобы показать, какой кусок относится к сети, а какой к хостам, используется маска. По структуре записи она аналогична записи IP-адреса. Отличие маски от IP-адресов в том, что 0 и 1 не могут чередоваться. Сначала идут 1, а потом 0. Таким образом, там где есть единица, значит это участок сети. Чуть ниже, после разбора классов, я покажу, как с ней работать. Сейчас главное знать, что маска класса A — 255.0.0.0. В таблице еще упомянут какой-то первый бит и для класса A он равен 0. Этот бит как раз нужен для того, чтобы сетевое устройство понимало, к какому классу оно принадлежит. Он же еще задает начальный и конечный диапазон адресов. Если в двоичном виде записать на всех октетах единицы, кроме первого бита в первом октете (там всегда 0), то получится 127.255.255.255, что является границей класса A. Например, возьмем адрес 44.58.63.132. Мы знаем, что у класса A первый октет отдается под адрес сети. То есть «44» — это адрес сети, а «58.63.132» — это адрес хоста.
Поговорим про класс B
Этому классу был дан блок поменьше. И адреса из этого блока предназначались для сетей средних масштабов. 2 октета отданы под адрес сети, и 2 — под адрес хостов. Маска у B класса — 255.255.0.0. Первые биты строго 10. А остальные меняются. Перейдем к примеру: 172.16.105.32. Два первых октета под адрес сети — «172.16». А 3-ий и 4-ый под адрес хоста — «105.32».
Этот класс обделили адресами и дали ему самый маленький блок. Он был предназначен для мелких сетей. Зато этот класс отдавал целых 3 октета под адрес сети и только 1 октет — под хосты. Маска у него — 255.255.255.0. Первые биты 110. На примере это выглядит так — 192.168.1.5. Адрес сети «192.168.1», а адрес хоста «5».
Классы D и E. Я неcпроста объединил их в один. Адреса из этих блоков зарезервированы и не могут назначаться сетям и хостам. Класс D предназначен для многоадресной рассылки. Аналогию можно привести с телевидением. Телеканал вещает группе лиц свой эфир. И те, кто подключены, могут смотреть телепередачи. То есть в распоряжение администраторов могут попасть только 3 первых класса.
Напомню, что первые биты у класса D — это 1110. Пример адреса — 224.0.0.5.
А первые биты у класса E — это 1111. Поэтому, если вдруг увидите адрес вида 240.0.0.1, смело говорите, что это адрес E класса.
Про классы обмолвились. Теперь озвучу вопрос, который мне недавно задали. Так зачем тогда маски? У нас итак хосты понимают в каком они классе. Но суть вот в чем. Например, у вас есть маленький офис, и вам нужен блок IP-адресов. Никто не будет вам выдавать все адреса класса C. А дадут только его кусок. Например 192.168.1.0 с маской 255.255.255.0. Так вот эта маска и будет определять вашу границу. Мы уже говорили, что октет варьируется в значении от 0 до 255. Вот этот 4 октет полностью в вашем распоряжении. За исключением первого адреса и последнего, то есть 0 и 255 в данном случае. Первый адрес — это адрес сети (в данном случае 192.168.1.0), а последний адрес — широковещательный адрес (192.168.1.255). Напомню, что широковещательный адрес используется в том случае, когда надо передать информацию всем узлам в сети. Поэтому есть правило. Если вам надо узнать номер сети, то все биты относящиеся к хосту обращаете в 0, а если широковещательный, то все биты — в 1. Поэтому, если из 256 адресов забирается 2 адреса, то на назначение хостам остается 254 адреса (256 — 2). На собеседованиях и экзаменах часто любят спрашивать: «Количество IP-адресов в сети?» и «Сколько доступных IP-адресов в сети для назначения хостам?». Два разных вопроса, которые могут поставить в тупик. Ответом на первый будет — все адреса, включая адрес сети и широковещательный адрес, а на второй вопрос — все адреса, кроме адреса сети и широковещательного адреса.
Теперь углубимся в изучении маски.
Я записал адрес класса C 192.168.1.1 с маской 255.255.255.0 в десятичном и двоичном формате. Обратите внимание на то, как выглядит IP-адрес и маска в двоичном формате. Если в IP-адресе 0 и 1 чередуются, то в маске сначала идут 1, а потом 0. Эти биты фиксируют адрес сети и задают размер. По таблице выше можно сделать вывод, что в двоичном виде маска представлена последовательностью 24 единиц подряд. Это говорит о том, что целых 3 октета выделено под сеть, а 4 октет свободен под адресацию для хостов. Здесь ничего необычного. Это стандартная маска класса C.
Но вот в чем загвоздка. Например, в вашем офисе 100 компьютеров, и расширяться вы не планируете. Зачем плодить сеть из 250+ адресов, которые вам не нужны?! На помощь приходит разделение на подсети. Это очень удобная вещь. Объясню принцип на примере того же класса C. Как бы вы не хотели, но трогать 3 октета нельзя. Они фиксированы. Но вот 4 октет свободен под хосты, поэтому его можно трогать. Заимствуя биты из хостового куска, вы дробите сеть на n-ое количество подсетей и, соответственно, уменьшаете в ней количество адресов для хостов.
Попробуем это воплотить в реальность. Меняю маску. Заимствую первый бит из хостовой части(то есть 1-ый бит 4-ого октета выставляю в единицу). Получается следующая маска.
Данная маска делит сеть на 2 части. Если до дробления у сети было 256 адресов(от 0 до 255), то после дробления у каждого куска будет по 128 адресов(от 0 до 127 и от 128 до 255).
Теперь посмотрю, что изменится в целом с адресами.
Красным цветом я показал те биты, которые зафиксированы и не могут изменяться. То есть маска ей задает границу. Соответственно биты помеченные черным цветом определены для адресации хостов. Теперь вычислю эту границу. Чтобы определить начало, надо все свободные биты(помеченные черным цветом) обратить в ноль, а для определения конца обратить в единицы. Приступаю.
То есть в четвертом октете меняются все биты, кроме первого. Он жестко фиксирован в рамках этой сети.
Теперь посмотрим на вторую половину сети и вычислим ее адреса. Деление у нас производилось заимствованием первого бита в 4-ом октете, значит он является делителем. Первая половина сети получалась, когда этот бит принимал значение 0, а значит вторая сеть образуется, когда этот бит примет значение 1. Обращаю этот бит в 1 и посмотрю на границы.
Приведу в десятичный вид.
Если вы рассчитали количество бит, отдаваемые под хосты, то количество доступных IP-адресов можно вычислить по формуле
В книге У. Одома по подготовке к CCNA R&S приведена хорошая формула для расчета битов, отдаваемых на подсеть и хосты:
N + S + H = 32, где N — кол-во битов сети (класс A — 8 бит, B — 16 бит, C — 24 бита), S — кол-во заимствованных битов на подсеть (это то, что мы делали выше, когда заимствовали 1 бит из хостовой части), H — кол-во бит отводимых хостам.
Внесу ясность и объясню, как и где применять эти формулы.
Нам выдали сеть 172.16.0.0 и попросили создать 120 подсетей со 180 хостами и записать маску. Приступим.
В качестве шпаргалки, и для быстроты вычисления, я ниже подготовил таблицу степеней двойки.
Двигаемся дальше. Первое главное условие, при использовании классовой адресации — это то, что должна использоваться одна маска для всех подсетей. То есть, если у вас для одной подсети маска 255.255.255.0, то для другой подсети она не может быть 255.255.255.128.
Теперь смотрим на выданную сеть. Путем логических размышлений понимаем, что это адрес класса B. А значит его N (кол-во битов сети) = 16. Ок. Значит на хосты выделено тоже 16 бит. Вспоминаем условия задачи. Нужно создать 120 подсетей. «Откусывать» биты от сетевой части запрещено, значит кусаем от хостовой части.
Теперь нужно взять такое кол-во бит, чтобы хватило для 120 подсетей, однако оставляло достаточное кол-во под биты для хоста. Смотрим на таблицу выше. Если взять 7 бит, то получим 128. 128>120, следовательно попадаем под условие. Если возьмем 6 бит, то получим 64. 64 H = 32 — (N + S) => H = 32 — (16 + 7) = 9. Смотрим на таблицу выше (или возводим 2 в 9 степень в уме) и получаем число 512. Отнимаем 2 (адрес сети и широковещательный адрес) и получаем 510 адресов. Нам нужно 180, а значит под условие мы попадаем причем с большим запасом. В таких случаях вам предоставляется право выбора. Сделать больше подсетей или хостов на подсеть. Объясняю, что это значит. У нас есть 9 бит на хосты. Если мы возьмем 8 бит, то получим число 256. 256 — 2 = 254 адреса. Этот вариант нам тоже подходит. Возьмем 7 бит. Получаем 128. Даже не отнимая 2 адреса, становится понятно, что это меньше 180 => данный вариант отбрасывается сразу. Итого получаем, что минимальное количество для подсети — 7 бит, а для хостов — 8 бит. Поэтому свободный бит можно отдать либо на подсеть, либо на хосты. Маска получается сложением N и S. В нашем случае получаем, если под подсеть отдаем 7 бит, то получаем 23. В десятичном виде маска будет выглядеть 255.255.254.0. А если отдадим под подсеть 8 бит, то получим 24 (или в десятичном виде 255.255.255.0). Иногда бывает, что под задачу существует всего одна маска. Ну и, конечно, могут быть случаи, когда маска не попадает не под какие условия. В этих случаях нужно брать сеть другого класса или доказывать заказчику, что это невозможно.
Думаю теперь понятно, как работала классовая адресация, и как ее рассчитывали. Возможно с первого раза голова не переварит этого, поэтому перечитывайте еще раз и повнимательнее. Как только начнет что-то проясняться, потренируйтесь на задачках, которые я оставлю.
1) Записать маску для проекта: сеть 172.16.0.0. 250 подсетей и 220 хостов.
2) Записать маску для проекта: сеть 10.0.0.0. 2000 подсетей и 1500 хостов.
3) Записать маску для проекта: сеть 192.168.0.0. 4 подсети и 60 хостов.
На этом разговор про классовые сети начну закруглять и подведу итоги. Классовая адресация — это зарождение сегодняшнего интернета, и именно с нее все началось. Поэтому плюсов у нее много, и за это создателям спасибо. Но, как вы могли заметить, у нее было жесткая привязка к одной маске. За счет этого IP-адреса использовались не экономно и расточительно. А в связи с бурным ростом Интернета адресов стало не хватать, и срочно нужно было вносить изменения.
Поняли ведущие умы, что использовать классовые сети не удобно и нужно от них отказываться. Это привело к созданию бесклассовой адресации и маскам переменной длины, о чем мы ниже поговорим. Но перед этим пару слов о видах IP-адресов. Несмотря на то, что переход от классовой адресации к бесклассовой предполагал экономию IP-адресов, на деле эта проблема все равно решалась не полностью. Все упиралось в саму технологию IPv4. Объясню почему. Выше я говорил, что длина IP адреса равна 32 бита. Каждый бит может принимать значение 0 или 1, то есть два значения. Соответственно, чтобы вычислить все комбинации, надо возвести 2 в 32-ую степень. Получаем 4294967296 адресов. Если вычесть отсюда зарезервированные для специальных нужд и прочего, то останется примерно 4.2 млрд. адресов, когда на Земле проживает около 7.3 млрд. человек. Поэтому ведущие умы быстро просекли эту фишку и начали искать решение. Они решили выделить некое адресное пространство, которое будет использоваться только в пределах локальной сети и не будет использоваться в Интернете. Это разделило адреса на 2 лагеря: белые или публичные (англ. public) и серые или частные (англ. private).
Привожу диапазон адресов, которые выделены под локальные сети:
1) 10.0.0.0 — 10.255.255.255 с маской 255.0.0.0 (или кратко 10/8).
2) 172.16.0.0 — 172.31.255.255 с маской 255.240.0.0 (или кратко 172.16/12).
3) 192.168.0.0 — 192.168.255.255 (или кратко 192.168/16).
Если честно, я мало где видел применение адресации 172.16.X.X. Обычно в корпоративной среде всегда используется 10.X.X.X, а в домах/квартирах и мелких офисах 192.168.X.X.
Теперь прошу обратить внимание на очень важную вещь, которую многие путают. Не путайте классовую адресацию и диапазон частных адресов. Очень много людей наступают на эти грабли и свято верят, что диапазон частных адресов 10.0.0.0 — 10.255.255.255 — это диапазон A класса.
Разобрались, что такое частные адреса или private адреса. Но это еще не все. Есть еще список зарезервированных адресов, которые не могут светиться в Интернете. По ним написана целая документация на IETF. Привожу ссылку, где можете прочитать оригинал. Я кратко опишу часто встречающиеся.
1) 0.0.0.0/8 — диапазон адресов, используемый хостами для самоидентификации. Обычно это можно увидеть, когда хост пытается получить IP-адрес от DHCP сервера. Так как изначально у него нету IP-адреса, то в поле источника он вставляет адрес из данного диапазона.
2) 127.0.0.0/8 — loopback или localhost адреса. Это IP-адреса, используемые компьютером, чтобы обратиться к самому себе. Очень полезно для проверки работы TCP/IP. Дело в том, что независимо от наличия соединения с Интернетом или локальной сетью, адреса из этого пула должны всегда пинговаться. Если этого не происходит, значит система накрылась или накрывается медным тазом.
3) 169.254.0.0/16 — link-local address или локальные адреса. Автоматически используются хостами при отсутствии DHCP-сервера или его недоступности. Это позволяет быстро организовать локальную сеть и проверить работу узлов. Однако данный пул адресов не маршрутизируется. Следовательно, выйти в Интернет с них не получится.
4) 224.0.0.0/4 — блок адресов, зарезервированный под многоадресную рассылку или multicast. Для тех, кто хочет побольше узнать про multicast, оставляю ссылку.
Бесклассовая адресация (англ. Classless Inter-Domain Routing или CIDR). Описана была в стандарте RFC1519 в 1993 году. Она отказалась от классовых рамок и фиксированной маски. Адреса делятся только на публичные и зарезервированные, о которых написано выше. Если в классовой адресации маска нарезалась единой для всех подсетей, то в бесклассовой — у каждой подсети может быть своя маска. На теории все хорошо и красиво, но нет ничего лучше, чем практика. Поэтому перехожу к ней и объясню, как можно делить на подсети с разным количеством хостов.
В качестве шпаргалки приведу список всех возможных масок.
Представим ситуацию. Вам выдали сеть 192.168.1.0/24 и поставили следующие условия:
1) Подсеть на 10 адресов для гостей.
2) Подсеть на 42 адреса для сотрудников.
3) Подсеть на 2 адреса для соединения 2 маршрутизаторов.
4) Подсеть на 26 адресов для филиала.
Ок. Данная маска показывает, что в нашем распоряжении находятся 256 адресов. По условию эту сеть надо каким-то образом разделить на 4 подсети. Давайте попробуем. 256 очень хорошо делится на 4, давая в ответе 64. Значит один большой блок в 256 адресов можно поделить на 4 равных блока по 64 адреса в каждом. И все было бы прекрасно, но это порождает большое число пустых адресов. Для сотрудников, которым нужно 42 адреса, ладно, может в дальнейшем компания еще наймет. Но вот подсеть для маршрутизаторов, которая требует всего 2 адреса, оставит 60 пустых адресов. Да, вы можете сказать, что это private адреса, и кому дело до них. А теперь представьте, что это публичные адреса, которые маршрутизируются в Интернете. Их и так мало, а тут мы еще будем их отбрасывать. Это не дело, тем более, когда мы можем гибко управлять адресным пространством. Поэтому возвращаемся к примеру и нарежем подсети так, как нам нужно.
Итак, какие подсети должны быть нарезаны, чтобы вместились все адреса, заданные по условию?!
1) Для 10 хостов, наименьшей подсетью будет блок из 16 адресов.
2) Для 42 хостов, наименьшей подсетью будет блок из 64 адресов.
3) Для 2 хостов, наименьшей подсетью будет блок из 4 адресов.
4) Для 26 хостов, наименьшей подсетью будет блок из 32 адресов.
Я понимаю, что не все могут с первого раза в это вникнуть, и в этом нет ничего страшного. Все люди разные и по-разному воспринимают информацию. Для полноты эффекта покажу деление на картинке.
Вот у нас блок, состоящий из 256 адресов.
После деления на 4 части получается следующая картинка.
Выше мы выяснили, что при таком раскладе адреса используются не рационально. Теперь обратите внимание, как стало выглядеть адресное пространство после нарезки подсетей разной длины.
Как видите, в свободном доступе осталось куча адресов, которые мы в дальнейшем сможем использовать. Можно посчитать точную цифру. 256 — (64 + 32 + 16 + 4) = 140 адресов.
Вот столько адресов мы сэкономили. Двигаемся дальше и ответим на следующие вопросы:
— Какими будут сетевые и широковещательные адреса?
— Какие адреса можно будет назначить хостам?
— Как буду выглядеть маски?
Механизм деления на подсети с разной маской получил название VLSM (от англ. Variable Length Subnet Mask) или маска подсети переменной длины. Дам важный совет! Начинайте адресацию с самой большой подсети. Иначе вы можете попасть на то, что адреса начнут перекрываться. Поэтому сначала планируйте сеть на бумаге. Нарисуйте ее, изобразите в виде фигур, просчитайте вручную или на калькуляторе и только потом переходите настройке в боевых условиях.
Итак, самая большая подсеть состоит из 64 адресов. С нее и начнем. Первый пул адресов будет следующий:
Адрес подсети — 192.168.1.0.
Широковещательный адрес — 192.168.1.63.
Пул адресов для назначения хостам от 192.168.1.1 до 192.168.1.62.
Теперь выбор маски. Тут все просто. Отнимаем от целой сети нужный кусок и полученное число записываем в октет маски. То есть 256 — 64 = 192 => маска 255.255.255.192 или /26.
Адрес подсети — 192.168.1.64.
Широковещательный адрес — 192.168.1.95.
Пул адресов для назначения хостам будет от 192.168.1.65 до 192.168.1.94.
Маска: 256 — 32 = 224 => 255.255.255.224 или /27.
Адрес подсети — 192.168.1.96.
Широковещательный адрес — 192.168.1.111.
Пул адресов для назначения хостам будет от 192.168.1.97 до 192.168.1.110.
Маска: 256 — 16 = 240 => 255.255.255.240 или /28.
Адрес подсети — 192.168.1.112.
Широковещательный адрес — 192.168.1.115.
Разрешенными адресами будут 192.168.1.113 и 192.168.1.114.
Маска: 256 — 4 = 252 => 255.255.255.252 или /30.
Вот таким образом, при помощи VLSM или масок переменной длины, мы экономно создали 4 подсети с нужным количеством адресов в каждой. Думаю это стоит закрепить задачкой для самостоятельного решения.
Разделите сеть 192.168.1.0/24 на 3 разные подсети. Найдите и запишите в каждой подсети ее адреса, широковещательный адрес, пул разрешенных к выдаче адресов и маску. Указываю требуемые размеры подсетей:
1) Подсеть на 120 адресов.
2) Подсеть на 12 адресов.
3) Подсеть на 5 адресов.
1) Адрес подсети — 192.168.1.0.
Широковещательный адрес — 192.168.1.127.
Пул адресов для назначения хостам будет от 192.168.1.1 до 192.168.1.126.
Маска: 256 — 128 = 128 => 255.255.255.128 или /25.
2) Адрес подсети — 192.168.1.128.
Широковещательный адрес — 192.168.1.143.
Пул адресов для назначения хостам будет от 192.168.1.129 до 192.168.1.142.
Маска: 256 — 16 = 240 => 255.255.255.240 или /28.
3) Адрес подсети — 192.168.1.144.
Широковещательный адрес — 192.168.1.151.
Пул адресов для назначения хостам будет от 192.168.1.145 до 192.168.1.150.
Маска: 256 — 8 = 248 => 255.255.255.248 или /29.
Теперь, когда вы знаете, как делить сети на подсети, самое время научиться собирать подсети в одну общую подсеть. Иначе это называется суммированием или summarization. Суммирование чаще всего используется в маршрутизации. Когда у вас в таблице маршрутизатора несколько соседних подсетей, маршрутизация которых проходит через один и тот же интерфейс или адрес. Скорее всего этот процесс лучше объяснять при разборе маршрутизации, но учитывая то, что тема маршрутизации и так большая, то я объясню процесс суммирования в этой статье. Тем более, что суммирование это сплошная математика, а в этой статье мы ею и занимаемся. Ну что же, приступлю.
Представим, что у меня компания состоящая из главного здания и корпусов. Я работаю в главном здании, а в корпусах коллеги. Хоть у меня и главное здание, но в нем всего 4 подсети:
— 192.168.0.0/24
— 192.168.1.0/24
— 192.168.2.0/24
— 192.168.3.0/24
Тут коллеги с соседнего здания очухались и поняли, что у них слетела конфигурация на маршрутизаторе, а бекапов нет. Наизусть они не помнят, какие в главном здании подсети, но помнят, что они находятся рядом друг с другом, и просят прислать одну суммированную. Теперь у меня возникает задача, как их суммировать. Для начала я переведу все подсети в двоичный вид.
Посмотрите внимательно на таблицу. Как видите, у 4 подсетей первые 22 бита одинаковые. Соответственно, если я возьму 192.168.0.0 с маской /22 или 255.255.252.0, то покрою свои 4 подсети. Но обратите внимание на 5 подсеть, которую я специально ввел. Это подсеть 192.168.4.0. 22-ой бит у нее отличается от предыдущих 4-х, а значит выше выбранное не покроет эту подсеть.
Ок. Теперь я отправлю коллегам суммированную подсеть, и, если они все правильно пропишут, то маршрутизация до моих подсетей будет работать без проблем.
Возьмем тот же пример и немного изменим условия. Нас попросили прислать суммарный маршрут для подсетей 192.168.0.0 и 192.168.1.0. Я не поленюсь и создам еще одну таблицу.
Обратите внимание, что у 2 первых подсетей одинаковые не 22 бита, а 23 бита. Это значит, что их можно просуммировать еще компактнее. В принципе работать будет и так, и так. Но как говорилось в одной рекламе: «Если нет разницы — зачем платить больше?». Поэтому старайтесь суммировать, не задевая при этом соседние подсети.
Таким образом, переводя подсети в двоичный формат и находя одинаковые биты, можно их суммировать.
Вообще суммирование полезно применять, когда надо объединить несколько подсетей, расположенных вблизи друг с другом. Это позволит сэкономить ресурсы маршрутизаторов. Однако это не всегда возможно. Просуммировать, например, подсеть 192.168.1.0 и 192.168.15.0, не захватив при этом соседние подсети, невозможно. Поэтому перед суммированием стоит подумать над ее целесообразностью. Поэтому повторюсь еще раз, что начинать какую-либо революцию надо на бумажке. Ну и для закрепления материала оставлю небольшую задачу.
1) 10.3.128.0
2) 10.3.129.0
3) 10.3.130.0
4) 10.3.131.0
Просуммируйте подсети и найдите маску, которая сможет покрыть их, не задевая при этом соседние подсети.