Adresowanie IP i maski podsieci

Adres IP jednoznacznie wskazuje urządzenie w sieci. W wersji IPv4 składa się z czterech liczb od 0 do 255, oddzielonych kropkami – na przykład 192.168.1.10. Każda z tych liczb to jeden bajt, więc cały adres ma 32 bity, co daje 2³² = 4 294 967 296 możliwych adresów. To ich wyczerpanie było powodem prac nad IPv6.

Sam adres to jednak za mało. Trzeba jeszcze wiedzieć, która jego część opisuje sieć, a która konkretne urządzenie w tej sieci. Odpowiada za to maska podsieci – również 32 bity, ale ułożone w szczególny sposób: najpierw same jedynki, potem same zera. Jedynki wskazują część sieciową, zera – część hosta. Zapisuje się ją jak adres, na przykład 255.255.255.0, albo skrótowo przez liczbę jedynek: /24.

Cztery zasady, które wystarczą do większości pytań:

• Adres i maska zawsze chodzą w parze. Z samego 192.168.1.10 nie wynika nic o granicy sieci. Dlatego zadania CKE podają obie wartości, a pytanie bez maski nie ma jednej odpowiedzi.
• Każdy z czterech bajtów mieści się w zakresie 0–255. Największa liczba na ośmiu bitach to 11111111, czyli 255. 168.255.255.360 nie jest adresem IP, bo 360 nie mieści się w bajcie.
• W masce jedynki muszą być ciągłe i zaczynać się od lewej. 255.255.255.0 jest maską, 255.255.0.255 nie – ma dziurę w środku. Standard CIDR wymaga wprost, żeby maska była „left contiguous".
• Użytecznych hostów jest 2 do potęgi liczby bitów hosta, minus 2. Pierwszy adres w zakresie identyfikuje sieć, ostatni służy do rozgłaszania – żadnego nie wolno przypisać komputerowi.

Poza adresem i maską komputer ma zwykle ustawioną bramę domyślną – adres routera, któremu oddaje ruch do innych sieci; rolę bramy opisuje hasło router, switch, hub, access point.

Osobnym przypadkiem jest 127.0.0.1 – adres pętli zwrotnej (loopback). Pakiet wysłany pod niego nie opuszcza komputera, tylko wraca do niego samego; służy do testów i do łączenia się z serwerem uruchomionym lokalnie. Zarezerwowany jest na to cały blok 127.0.0.0/8.

To hasło uczy budowy adresu i maski. Rachunki przy maskach spoza granicy bajtu (/26, /28, /29) i dzielenie sieci na podsieci to następny krok – obliczanie adresu sieci i podsieci. Klasy A–E i zakresy prywatne mają własne hasło: klasy adresów IP.

Rozwinięcia pozostałych skrótów sieciowych (LAN, WAN, ISP, IEEE, RFC…) zbiera słownik skrótów sieciowych.

IP

Internet Protocol protokół, który adresuje pakiety i decyduje, którędy pójdą

IPv4

Internet Protocol version 4 wersja z adresem 32-bitowym, zapisywanym jako cztery liczby dziesiętne

IPv6

Internet Protocol version 6 nowsza wersja z adresem 128-bitowym, zapisywanym szesnastkowo

CIDR

Classless Inter-Domain Routing bezklasowy podział adresów; stąd skrócony zapis maski w postaci /24

Weźmy adres 192.168.1.10 z maską 255.255.255.0, czyli /24, i ustawmy oba zapisy jeden pod drugim binarnie – zamianę pojedynczego bajta na osiem bitów opisuje hasło zamiana z systemu dziesiętnego na binarny, tutaj liczy się tylko wynik:

• adres: 11000000.10101000.00000001.00001010
• maska: 11111111.11111111.11111111.00000000

Pod jedynkami maski leży część sieciowa, pod zerami – część hosta:

• maska ma 24 jedynki, więc pierwsze trzy bajty to sieć: 192.168.1
• zostaje 8 bitów na hosta, czyli ostatni bajt: 10
• adres sieci powstaje przez wyzerowanie części hosta: 192.168.1.0
• adres rozgłoszeniowy przez ustawienie w niej samych jedynek: 192.168.1.255
• wszystkie urządzenia od 192.168.1.1 do 192.168.1.254 są w tej samej sieci

Liczbę adresów w sieci liczy się jako 2 do potęgi liczby bitów hosta. Przy 8 bitach daje to 256, ale dwa adresy są zarezerwowane, więc zostaje 254 użyteczne.

Jak sprawdzić, czy dwa adresy są w tej samej sieci. Formalnie wykonuje się iloczyn bitowy (operację AND) adresu i maski: bit wyniku to 1 tylko wtedy, gdy oba bity wejściowe są jedynkami. Ponieważ maska ma z przodu same jedynki, a dalej same zera, iloczyn przepisuje część sieciową i zeruje część hosta. Wyniki dla obu adresów porównujesz ze sobą.

Przy masce kończącej się na granicy bajtu nie trzeba liczyć binarnie – wystarczy zasłonić palcem bajty odpowiadające zerom maski:

• 192.168.1.10 i 192.168.1.200 przy masce /24 – oba mają sieć 192.168.1.0, więc tak
• 192.168.1.10 i 192.168.2.10 przy masce /24 – sieci 192.168.1.0 i 192.168.2.0, więc nie
• te same dwa adresy przy masce /16 – oba mają sieć 192.168.0.0, więc tak

Odpowiedź zależy od maski, nie od samych adresów. Gdy maska nie kończy się na granicy bajtu, palcem się już nie zasłoni – procedura jest w haśle obliczanie adresu sieci i podsieci.

Jeśli cel wypada poza własną siecią, komputer oddaje pakiet bramie domyślnej, a router szuka dalszej trasy. Dlatego źle wpisana maska zrywa łączność nawet przy poprawnym adresie: komputer uzna, że cel jest „u sąsiada", i nigdy nie odda pakietu routerowi.

Własną konfigurację pokazuje ipconfig (Windows – bez parametrów wypisuje adres IPv4, maskę podsieci i bramę domyślną dla wszystkich kart) albo ip addr i ip route w Linuksie. Adres i maskę zwykle nadaje automatycznie serwer DHCP, nie użytkownik.

Zapomniane „minus 2". Maska 255.255.255.0 daje 256 adresów, ale komputerom można przypisać 254. Pytanie brzmi zwykle „ile komputerów można podłączyć", więc odpowiedzią jest liczba użytecznych hostów. 256 zamiast 254 albo 8 zamiast 6 to najczęstsza strata punktu w tym temacie – dystraktory w zadaniach P/F są dobierane pod ten błąd.

Bajt większy od 255. 168.255.255.360 i 300.200.256.1 wyglądają jak adresy IP, ale nimi nie są: na ośmiu bitach największa liczba to 255. Wystarczy jeden człon za duży, żeby cały zapis był nieprawidłowy. Ten sam test dotyczy maski.

Maska z dziurą. 255.255.0.255 i 255.255.255.1 bywają wybierane jako „maski", bo składają się z liczb 255 i 0. Rozstrzyga zapis binarny: jedynki muszą tworzyć jeden nieprzerwany ciąg od lewej krawędzi. 255.255.0.255 to 11111111.11111111.00000000.11111111 – po zerach wracają jedynki. Poprawna maska ma w każdym bajcie jedną z wartości 0, 128, 192, 224, 240, 248, 252, 254, 255.

Porównywanie adresów bez patrzenia na maskę. 192.168.10.65 i 192.168.10.128 przy masce 255.255.255.0 są w tej samej sieci 192.168.10.0, ale przy masce /26 już nie. Uzasadnienie „są w jednej sieci, bo mają wspólne trzy pierwsze bajty" jest przypadkowo prawdziwe tylko dla /24.

Prefiks mylony z liczbą hostów. /24 to liczba jedynek maski, czyli bitów części sieciowej – nie liczba komputerów i nie liczba bitów hosta. Bitów hosta jest 32 minus prefiks: dla /24 osiem, a nie 24.

Adres sieci albo rozgłoszeniowy przypisany komputerowi. W sieci 192.168.1.0/24 ani 192.168.1.0, ani 192.168.1.255 nie wolno wpisać w konfiguracji karty; zakres użyteczny zaczyna się od .1. Uwaga: „ostatni adres" zależy od maski – przy /24 jest to .255, ale przy /28 już .15, .31, .47 i tak dalej.

127.0.0.1 traktowany jak zwykły adres w sieci lokalnej. To adres pętli zwrotnej: wskazuje ten sam komputer, na którym wpisano polecenie, i nie zaadresuje innego urządzenia. Nie mylić go z adresem prywatnym 192.168.0.1 ani z bramą domyślną.

• Adres IPv4 ma 32 bity zapisane jako cztery liczby od 0 do 255; razem 2³² ≈ 4,3 miliarda adresów.
• Maska oddziela część sieciową (jedynki) od części hosta (zera) i musi mieć jedynki ciągłe od lewej.
• Prefiks /n to liczba jedynek maski; bitów hosta jest 32 minus n.
• Liczba użytecznych hostów = 2 do potęgi liczby bitów hosta, minus 2 (adres sieci i rozgłoszeniowy).
• Maska /24 to 255.255.255.0 i daje 254 użyteczne adresy; /28 daje 14, a /30 tylko 2.
• Dwa komputery są w tej samej sieci, gdy po nałożeniu tej samej maski mają identyczną część sieciową.
• Brama domyślna to adres routera, którym wychodzi ruch do innych sieci; 127.0.0.1 nigdy nie opuszcza komputera.

Zagadnienia z tego samego obszaru matury – warto je powtórzyć razem: