Компьютерные сети

Настройка роутеров

В целом, в настройках роутеров ничего сложно нет, вот основные моменты:

1. Каждому роутеру был задан Loopback адрес с маской /32, каждый октет адреса равен номеру роутера, сделано это было просто для удобства, например, для R3 это 3.3.3.3/32.

2. На интерфейсах роутеров были назначены р2р сети, принцип назначения объяснялся в посте про TTL.

3. Маршрутизация использовалась динамическая, протокол OSPF.

4. Петля делалась за счет статического маршрута на R4.

Но, наверное, мне нужно было бы начать с напоминания топологии:

IP настройки на интерфейсах

Вот так настраиваются Loopback интерфейсы на роутерах (на примере R5, фактически для этой лабы Lo адреса и не нужны):

На других роутерах меняется только IP-адрес. IP настройки на интерфейсах роутеров Cisco подробно рассматривались здесь. Но, если что, вот пример настроек на физических интерфейсах R5:

Настройки OSPF

Детально про настройку OSPF говорить не буду. Но его конфиг я покажу, вот так он выглядит на R5:

На R1 строку network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 0 нужно будет заменить на network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0. На других роутерах третья команда network не нужна.

Краткое пояснение по командам OSPF

Командной router ospf 100 мы запускаем процесс OSPF на роутере и даем ему номер 100, как понимаете, на роутере может работать несколько разных процессов OSPF, при этом на двух соседних роутерах номера их OSPF процессов могут не совпадать, но обычно их делают одинаковыми для удобства.

Команда network довольно интересная, первое число, похожее на IP-адрес, это номер сети, второе число, похожее на маску сети, на самом деле wildcard mask, на русский язык ее переводят как обратная маска или инверсная маска, но сути ее работы это название не отражает. Когда-нибудь я про не напишу, сейчас отправлю в Яндекс или Гугл.

Можно сказать, что команда network это правило для маршрутизатора, роутер перебирает свои IP-интерфейсы и проверяет: попадают ли они под правило, заданные командой network или нет. Если интерфейс попадает под правило, то на нем включается OSPF процесс, интерфейс включается в регион, который указан после ключевого слова area, а информация о сети, которая настроена на этом интерфейсе, будет рассказана другим маршрутизаторам, с которыми установлено OSPF соседство.

Примечание:

Такая конфигурация OSPF подходит для лабы, но не подходит для реальных сетей. Как минимум, потому, что считается небезопасной, дело в том, что командой network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 0 мы включаем OSPF на интерфейсе fa0/0, и роутер будет пытаться найти OSPF соседей за портом fa0/0. Fa0/0 это порт в сторону клиента, за которым на самом деле может оказаться злоумышленник.

Выход из такой ситуации у Cisco называется passive-interface, у Huawei такая же фича называется silent-interface. Вообще, хорошим тоном с точки зрения безопасности сети, является включение OSPF руками на тех сетевых линках, где он вам действительно нужен, а сети с клиентских интерфейсов, если это действительно требуется, вкидывать процессу OSPF через механизм редистрибьюции маршрутов.

Под правило network 5.5.5.5 0.0.0.0 area 0 попадает интерфейс Lo0, на нем включается OSPF процесс, сам интерфейс включается в нулевой регион, его адрес относится к сети 5.5.5.5/32, R5 начинает рассказывать всем своим OSPF соседям о том, что у него есть такая сеть.

Посмотреть OSPF интерфейсы на роутере можно так:

Если нужна какая-то более детальная информация по интерфейсу:

Для создания петли маршрутизации на роутере R4 прописывался вот такой статический маршрут:

На статиках сейчас останавливаться не буду, скоро будет отдельный пост.

Настройка и подготовка хостов

Теперь о подготовке и настройке хостов. Я не сисадмин Linux, поэтому, возможно, действия, описанные ниже, можно сделать более оптимально и просто, но тут уж как смог.

Для начала разберемся, где взять образы дистрибутивов Linux для EVE-NG, во-первых, на официальном сайте, там же есть гайд: текст + видео. На Ютуб канале, который был обозначен в начале поста есть видео о том, как подготовить свой дистрибутив для эмуляции в EVE-NG.

Настройки EVE-NG для хостов

Теперь о некоторых настройках в EVE-NG, которые я использовал для хостов. При первом запуске образа Linux в EVE-NG для подключения к хосту придется использовать VNC. Мне через VNC с отдельными окнами для каждого хоста работать было неудобно, поэтому я решил проблему так: на эмулируемом образе создал два порта, один из которых был подключен в лабу, второй был подключен в мою домашнюю сеть. На порт, который смотрит в домашнюю сеть, IP-адрес прилетает по DHCP от домашнего роутера, по этому адресу я и подключался к машине в дальнейшем.

Вот первичные настройки виртуальной машины в EVE:

Чтобы эмулируемые в лабе устройства могли получать адреса от физического роутера, в сетевых настройках VMWare для виртуалки EVE-NG должен быть включен bridge. Настройка производится вот здесь, вот так:

На топологию лабы нужно добавить интерфейс/устройство, через которое виртуальные хосты, могли бы подключаться к реальной физической сети, надо сделать так: по рабочей области жмем ПКМ, в меню выбираем Network, в появившемся окне в списке Type выбираем как на скрине ниже.

Образ Linux одним линком нужно будет подключить к появившемуся облаку, это облако свяжет его с физической сетью.

На официальном сайте EVE образ Debian идут с графическим интерфейсом, но все примеры настроек сделаны в эмуляторе терминала, во-первых, это быстрее, во-вторых, я не знаю как делать сетевые настройки в Linux через графику.

Если вы скачали образ Debian с официального сайта EVE (а я так и сделал), то там уже будет создан пользователь с логином user и паролем Test123.

Настройка sudo на хостах

Мне удобнее работать через sudo, в Debian sudo нужно включить, вот перечень команд для этого:

Для пользователя с логином user правка файла /etc/sudoers не требуется, но если хотите создать нового пользователя и работать из-под него, то не забудьте отредактировать файл sudoers, добавив запись аналогичную той, что сделана для user.

Сетевые настройки хостов

Теперь к сетевым настройкам на хостах. Командой ip a смотрим сетевые интерфейсы, которые сейчас есть.

Интерфейс ens3 соответствует интерфейсу e0 на топологии EVE-NG, интерфейс ens4 это e1, этот мануал я пишу уже после того, как собрал изначальную схему и записал видео, т.е. ниже буду рассказать как добавить третий образ на схему (для исходных двух хостов отличаться будут только настраиваемые IP-адреса и прописываемые статики), физически я его подключил так:

Перед тем как продолжать докладываю, этих ваших команд в Linux вагон и маленькая тележка, список команд можно увеличивать за счет установки новых программ и утилит, но базовые команды по работе с сетью и интерфейсами можно найти в этой шпаргалке на сайте Red Hat.

Я хочу чтобы на ens3 мне приходили настройки из моей реальной сети по DHCP, давайте это организуем, пишем команду:

В данном файле можно делать различные сетевые настройки, VIM не использую, потому что не хочу писать гайд о том, как из него выйти. В этом файле пишем настройки для интерфейса ens3, пишем их так:

Строка с решеткой это просто комментарий, вторая строка говорит том, что ens3 надо включать сразу как включится образ, третья строка заставляет машину начинать слать DHCP запросы через ens3, чтобы получить свои сетевые настройки. В файле это выглядит так:

Далее нажимаем Ctrl+O чтобы сохранить, Ctrl+X закрыть файл. Если вы после редактирования напишите ip a, то увидите, что сетевые настройки на ens3 по DHCP не прилетают, на самом деле они и не запрашиваются, значит нужно передернуть, передергивать интерфейс будем такой командой:

После этого мы видим, что адрес был выдан и это 192.168.0.130. Всё, по этому адресу мы можем подключаться при помощи SSH клиента, который установлен на основной операционной системе, плюс образ Linux теперь имеет доступ к интернету.

Настройки SSH на клиенте, через который мы будем подключаться к Debian, стандартные, в SecureCRT они находятся здесь:

Для того чтобы была возможность подключаться по SSH на виртуальной машине должен быть запущен SSH сервер, который должен слушать 22 порт на предмет входящих подключений, сам порт должен быть открыть, включен ли сервер и какой порт он слушает можно проверить так:

Строка Active: active (running) означаете, что сервер включен, по портам, полагаю, не нужно пояснять. Посмотреть открытые tcp/udp порты можно еще и так:

Если не установлен ssh сервер его надо установить, в Debian и ему подобных дистрибутивах это делается так:

Если 22 порт закрыт, его надо открыть, вариантов почему порт закрыт, может быть много, например, у вас установлен фаервол ufw и он не разрешает подключение к 22 порту, открыть порт можно будет так:

С вопросом подключения по SSH мы разобрались, нам надо теперь разобраться с интеграцией образа Linux в лабу, для этого на ens4 нужно назначить IP-адрес:

Строка iface ens3 inet static говорит о том, что адрес на интерфейс надо назначить руками, строка address 192.168.3.25/24 сообщает операционной системе какой IP-адрес и маску мы хотим использовать на этом интерфейсе. Строка # gateway 192.168.3.1 закомментирована, если убрать решетку, то машина будет считать, что за портом ens4 находится шлюз по умолчанию. Эту строку я закомментировал, потому что мой домашний роутер по DHCP сообщил, что именно он является шлюзом по умолчанию для данного хоста(а через домашний роутер осуществляется выход в интернет, а обычным домашним компьютерам и роутерам живется проще, когда они дорогу в интрнет знают не как full view, а как маршрут по умолчанию).

В связи с тем, что домашний роутер является шлюзом по умолчанию, но третий хост все-таки должен знать как добраться до других устройств лабы, пришлось писать и три статических маршрута: первый нужен чтобы был доступен узел Host_1, второй нужен чтобы был доступен Host_2, третий нужен чтобы были доступны p2p сети, настроенные между роутерами между роутерами. Если нужно чтобы были доступны Loopback интерфейсы роутеров, статики до них нужно тоже прописать.

Посмотрим применились ли настройки на ens4:

Наших настроек на ens4 не видим, статических маршрутов, которые мы добавили, тоже не увидим:

Надо передернуть, скажете вы:

И будете правы, получилось! Сразу после этого в таблице маршрутизации должны будут появиться маршруты, которые мы задавали статикой:

Если не появились, надо будет напечатать в эмуляторе терминала три команды из файла interfaces, но уже без ключевого слова up, вот так:

Чтобы новый хост получил связность с другими узлами сети, нужно не забыть выполнить настройки на R3(донастроить OSPF + настроить интерфейс в сторону хоста), показывать я это уже не буду.

Для просмотра базовой информации о сетевых и канальных параметрах есть четыре команды:

ПОСМОТРЕТЬ СЕТЕВЫЕ НАСТРОЙКИ:

ПОСМОТРЕТЬ КАНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ:

ARP ТАБЛИЦА:

ТАБЛИЦА МАРШРУТИЗАЦИИ:

Давайте проверим доступность R3:

Успех, а теперь попингуем Host_1 и Host_2:

А вот хосты не доступны. Вопрос: почему? На роутерах настройки корректные. Что надо сделать, чтобы эти узлы стали доступны?

Напоследок дам еще некотрые пояснения. Сетевые настройки мы выполняли в файле /etc/network/interfaces для того, чтобы после перезагрузки виртуальной машины они сохранились. Но адреса можно настраивать временно без сохранения в настроек в файл.

В примере ниже адрес 192.168.3.44/24 добавляется на интерфейс ens4 как secondary, поскольку основной адрес у нас уже задан, а add означает добавить. Вторичный адрес будет активен до перезагрузки.

На этом, собственно, всё. Видео к данном посту нет и не планировалось.

Но для начала коротко поясню как узлы работают с TTL. Представим, что пакет пришел на узел, он его получает и смотрит на значение поля TTL:

• если значение равно единице, это значит, что пакет уже не будет передан следующему узлу: если пакет со значением 1 пришел на узел получатель, то он будет обработан и передан вышестоящему процессу, если же узел не конечный, то такой пакет будет уничтожен;

• если значение поля TTL больше единицы, то пакет можно передать следующему узлу, если это требуется, либо если узел конечный, то он вскроет IP-заголовок и передаст содержимое пакета своему вышестоящему процессу;

• если пакет нужно передать следующему узлу, то из значения TTL будет вычтена единица, произойдет пересчет контрольной суммы и пакет будет отправлен дальше.

Ничего сложного.

Топология сети и некоторые пояснения

Немного поясню по топологии сети: роутеры это образы Cisco 3725, хосты это образы Debian 10. На схеме показаны сети, которые настроены на линках между роутерами, для удобства нумерация была организована по следующему принципу:

1. Первый октет всегда равен десяти.

2. Второй октет это всегда меньший номер роутера.

3. Третий октет номер всегда номер большего роутера.

4. Четвертый октет равен номеру роутера.

5. Маска всегда /24.

Если бы у нас был линк R1 <-> R5. То на интерфейсе R1 был бы назначен адрес 10.1.5.1/24, на R5 такой: 10.1.5.5/24. Сети хостов назначил случайно и никакой системы в нумерации там нет.

Как работает Time to Live

Работает TTL на самом деле очень просто. Обратимся к нашей схеме. Узел Host_1 отправляет пакеты узлу Host_2, если значение TTL будет равно 4, то пакет будет уничтожен роутером R5, но если значение будет равно 5 или больше, то Host_2 получит пакет.

В этом легко убедиться, сделаем ping с Host_1. Для начала зададим TTL=4.

Параметр t команды ping задает значение TTL. Трассировка подтверждает результаты пинга:

Параметр m команде traceroute задает значение TTL, видим, что было пройдено четыре транзитных узла и пакет был уничтожен на четвертом (пятым узлом должен был быть Host_2). А теперь сделаем то же самое для TTL=5.

Успешный успех. Если мы попытаемся пропинговать адрес 192.168.2.17 с TTL=4, пинг у нас пройдет, т.к. этот адрес настроен на R5.

Вопрос: почему четвертым хопом мы видим 10.4.5.5, а не 192.168.2.17? Ведь трассировку мы делаем до 192 адреса.

Создадим на сети петлю маршрутизации

Во всех этих примерах на сети не было петли маршрутизации, давайте ее создадим и посмотрим что будет. Петля маршрутизации была создана на линке R3 <-> R4, для этого со стороны R4 был добавлен вот такой статический маршрут в сторону R3:

Теперь пинг с первого хоста до второго не проходит:

Вот трассировка, значение TTL по умолчанию для команды traceroute равно 30, так говорит man, петля подтверждает сведения, полученные из man:

В данном случае петля маршрутизации видна в трассировке, и по адресам мы можем сказать, что проблема на линке R3<->R4. Но при помощи трассировки не всегда можно локализовать проблему.

В дампе Wireshark петля будет выглядеть так:

Для того, чтобы получить этот дамп, выполнялся вот такой пинг:

В сторону Host_2 было направлено четыре пакета с TTL = 12. В дампе нас интересуют поля Source, Destination и TTL, дамп снимался с интерфейса R4 в сторону R3, по нему видно что на R4 пакет приходит с TTL равным 10, далее R4 этот пакет отправляет в сторону R3, а тот в свою очередь шлет пакет в R4 и так происходит до тех пор, пока TTL не станет равным 1. Если бы не было TTL, пакет на этом линке мог бы ходить до бесконечности.

Напоследок еще один вопрос, если я изменяю статический маршрут на R4, с помощью которого организуется петля, на такой (next-hop меняется на имя интерфейса в сторону R3):

Трассировка с первого хоста до второго становится такой:

По трассировке мы сейчас не можем сделать однозначный вывод о том, что произошла петля. Вопрос: почему трассировка стала такой?

Следующий пост будет без видео, в нем будет краткая инструкция о том, как подготовить данную лабу, делать краткую инструкцию how to в виде длинного видео не вижу особого смысла.

Видео версия

Для тех, кому проще смотреть, чем читать, есть видео версия.

Общего у них то, что пакет делится на ячейки, каждая ячейка имеет свой размер и свое имя, такая ячейка называется полем. Разница между представленными выше структурами в том, что в первых двух случаях есть поля Type of Service, но на самом деле это поле сейчас заменено на DSCP и ECN. Если говорить совсем просто, то поле ToS использовалось для того, чтобы узел мог отличить важный пакет от неважного и в первую очередь обрабатывать важные пакеты, а неважные уже по возможности. О DSCP и ECN поговорим ниже.

Важно понимать, что узлы ничего не знают ни о каких пакетах, пакет это лишь удобная абстракция для людей. Для компьютеров и роутеров это последовательность нулей и единиц. IP заголовок можно разбить на пять строк(если не считать опции, которые не обязательны) и длина каждой строки получится 32 бита или 4 байта, такая строка в RFC называется 32 битным словом. Поле заголовка не может начинаться на одном слове, а заканчиваться на другом.

Такой строгий подход к структуре заголовка не случаен, для себя я выделил две основные причины этого, которые в общем-то взаимосвязаны:

1. Сам IP размер пакетов считает не в битах или байтах, а в словах.

2. Процессоры сетевых узлов обрабатывают не байты или биты, а слова, если длина слова IP будет равна или кратна машинному слову процессора, то его будет проще обработать.

Кстати говоря, мы уже знаем размер типичного заголовка, он составляет 20 байт, т.к. у нас пять слов (если не считать поля с опциями) и каждое слово 4 байта.

Поля IP заголовка

Теперь разберемся с каждым полем в отдельности. Начнем с версии и размера заголовка.

Версия (Version)

Это версия протокола IP, под него выделено четыре бита, для протокола IPv4 здесь всегда неизменное значение – 4. Хочу заметить, что в IPv4 четверка не связана с количество октетов в IP-адресе, просто такое совпадение.

Размер заголовка (Internet Header Length)

Поле нужно, чтобы узел мог понять: где заканчивается заголовок и начинаются данные, т.к. поле опций не обязательное и их может быть больше чем одна. Под размер заголовка выделено четыре бита, значение данного поля это число, которое равно числу слов в заголовке. Понятно, что максимальное количество слов в заголовке равно пятнадцати.

DSCP и ECN

Под поле DSCP (Differentiated Services Code Point), выделено 6 бит, используется для разделения трафика на классы обслуживания.

Поле ECN (Explicit Congestion Notification) или указатель перегрузки имеет размер два бита. При помощи этого поля узлы могут сигнализировать о перегрузке. Не каждое устройство с этим полем умеет работать, сигнализация через ECN будет работать только в том случае, если узлы сети умеют его обрабатывать.

Размер пакета (Total Length)

Далее обсудим четыре поля, которые имеют отношение к размеру IP-пакета и его фрагментации, начнем с размера.

Это поле позволяет обрабатывающему устройству понять полный размер пакета, то есть заголовок + данные. Под поле выделено два байта, мы уже понимаем, что минимальный размер IP-пакета равен 20 байт, то есть это заголовок без опций и данных, а максимальный размер равен 65535 байт, это максимальное число, которое можно записать при помощи двух байт.

Идентификатор (Identification)

Чаще всего это поле используется в тех ситуация, когда пакет фрагментируется, чтобы принимающая сторона понимала, как из полученных кусочков правильно собрать пакет. У фрагментированных пакетов, которые являются частью одного целого, значение в этом поле должны быть одинаковыми.

Флаги (Flags)

Под флаги выделено три бита, используются для контроля над фрагментацией пакетов. Нумерация бит в поле начинается с нуля, крайний левый бит старший, а крайний правый – младший:

• нулевой бит зарезервирован и должен быть всегда равен нулю;

• если значение первого бита ноль, то допускается фрагментация пакетов, если единица (бит DF или Do not Fragment), то фрагментация запрещена и, если размер пакета при запрещенной фрагментации будет больше, чем разрешенный на канале, то такой пакет в канал отправлен не будет;

• второй бит служит для того, чтобы конечные узлы понимали, где начинается последовательность фрагментированных пакетов, а где она заканчивается, если значение этого бита равно единице (MF More Fragments), то узел понимает, что этот пакет не последний и нужно ждать еще фрагментированные пакеты, чтобы собрать изначально разделенный пакет.

Поскольку тема фрагментации важная, то про нее будет отдельный пост и видео.

Смещение фрагмента (Fragment Offset)

Это поле используется в тех случаях, когда выполняется фрагментация пакетов, размер этого поля равен 13 бит. Об этом поле мы поговорим отдельно и детально, когда будем разбираться с фрагментацией пакетов.

Время жизни (Time to Live, TTL)

TTL имеет размер один байт или восемь бит, поле выполняет функцию защиты от петель маршрутизации. Благодаря TTL пакет не блуждает по сети до бесконечности в ситуациях, когда из-за неверной конфигурации роутеров произошла петля маршрутизации. TTL это число от 0 до 255, это число определяет максимально допустимое число узлов, через которое может пройти пакет, перед тем, как он будет уничтожен.

Время жизни для пакета задается узлом источником и изначально оно измерялось в секундах (то есть максимально возможное время жизни IP пакета раньше было 255 секунд), современные маршрутизаторы обрабатывают пакеты гораздо быстрее, чем за секунду, поэтому сейчас TTL – это значение, которое определяет число транзитных узлов, которые может пройти пакет, прежде чем он будет уничтожен.

Протокол (Protocol)

Под поле выделено 8 бит, поле использует узел получатель, чтобы понять какому процессу передать данные, когда IP-заголовок будет снят. В данное поле записывается код протокола, который был помещен отправителем в IP-пакет, коды регламентированы и их можно найти на сайте IANA.

Контрольная сумма заголовка (Header Checksum)

Под поле выделено два байта и как понятно из названия: протокол IP не имеет механизма проверки целостности данных, поскольку поле «контрольная сумма заголовка» не учитывает поле данных при проверке. Не забываем, что TTL меняется от узла к узлу, а это значит, что и контрольная сумма будет меняться от узла к узлу, то есть каждый транзитный маршрутизатор сперва принимает IP-пакет, вычисляет его контрольную сумму, сравнивает со значением, записанным в поле «контрольная сумма заголовка», затем изменяет поле TTL, вычисляет новую контрольную сумму и отправляет пакет следующему соседу.

Стоит отметить, что если значение контрольной суммы, которую посчитал узел, отличается от контрольной суммы, которая записана в пакете, то он просто уничтожается.

IP-адрес источника

Поле IP-адрес источника имеет размер 32 бита и не изменяется при передаче пакета по сети (если не рассматриваем ситуации с NAT), это поле важно для узла получателя, чтобы знать кому отвечать.

IP-адрес назначения

Данное поле имеет размер четыре байта, в него записывается IP-адрес узла, которому данный пакет предназначен, роутеры смотрят на этот поле при принятии решения о том куда направлять пакет.

Поле данных в IP-пакете

Поле данных в IP-пакете служит контейнером для других протоколов, которым IP оказывает услуги транспорта. Если учитывать, что максимально возможный размер IP-пакета 65535 байт, то максимально возможный размер поля данных 65515 байт.

Поле опций

С большой долей вероятности вы либо не будете использовать опции, либо будете пользоваться ими очень редко, поскольку для штатной передачи трафика опции обычно не используются, поэтому и останавливаться на них сейчас не буду, для самых любознательных дам ссылку.

Если кому интересно, то выше показана структура пакета с опциями Record Route.

Вопросы для ваших ответов

В конце каждого поста обычно стараюсь придумать несколько вопросов, но к данной теме как-то не очень получается, здесь в основном была справочная информация на запоминание.

Видео версия

А вот видео версия у нас есть в наличии, кому больше нравится смотреть - смотрите.

Идентифицировать устройства в небольших сетях проще было бы по названию, например, у вас дома есть компьютер, ноутбук, несколько мобильных телефонов, планшет и умный чайник, в такой ситуации проще дать имя каждому узлу и обращаться к нему по имени, а вот рассказать это имя всем остальным узлам в мире выглядит проблемой, да и гарантировать, что это имя не пересечется с другим тоже сложно. Поэтому узлы для сетевого взаимодействия мы нумеруем при помощи IP-адресов, да еще и не просто так, а по определенным правилам.

Свойства IP-адресов

IP-адрес обладает большим количеством свойств, выделю пять основных (на мой взгляд):

1. Размер IP-адреса 32 бита или 4 байта, если хотите можно говорить октета. Это означает, что у нас примерно имеется 4 млрд адресов, более точно можете узнать, если возведете два в тридцать вторую степень (у нас для хранения IP-адреса выделено 32 бита, каждый бит может принимать значение либо ноль, либо единица).

2. IP-адрес назначается на канальный интерфейс устройства.

3. IP-адрес для нормальной работы сети должен быть уникальным в пределах всей сети, если на устройстве А и Б будут одинаковые адреса, то для одной части узлов сети будет доступно устройство А, а для другой части сети устройство Б, этим можно пользоваться для реализации anycast взаимодействия, так как штатно в IPv4 этот вид взаимодействия не реализован.

4. IP-адрес состоит из двух частей:

   • первая часть адреса является идентификатором канальной среды или номером сети (Network ID), номер сети будет одинаковым для всех узлов внутри одной канальной среды и разным у узлов из разных канальных сред;

   • вторая часть IP-адреса – это номер узла или идентификатор хоста (Host ID), номер узла должен быть разным для всех узлов внутри одной сети, но может повторяться, если узлы находятся в разных канальных средах.

5. На текущий момент границу между номером сети и номером узла проводит маска подсети. Если вы не знаете маску подсети, то не сможете сказать: где у IP-адреса номер хоста, а где номер сети.

IP-адрес на устройство назначается не его производителем, а человеком, который это устройство использует, скорее всего, сетевым администратором. При этом способ назначения не важен: адреса можно выдавать динамически при помощи DHCP, или же статически: своими собственными руками назначать каждому интерфейсу.

Номер сети и номер хоста

IP-адрес нумерует сразу две сущности: сам узел и сеть, в которой этот узел находится. Таким образом получается, что узлы, находящиеся в одной подсети, имеют одинаковый номер сети, но у них разные номера хостов. Если два или более узла находятся в одной подсети, то не будет ошибкой говорить, что они находятся в одной канальной среде.

Если два узла находятся в разных подсетях, то их номера узлов могут повторяться, а их номера сети будут разными. Узлы, находящиеся в одной канальной среде, могут обратиться к узлам другой подсети через маршрутизатор, основная задача роутера как раз и заключается в том, чтобы перекладывать кадры из одной канальной среды в другую.

Все вышесказанное продемонстрировано на этой картинке.

На ней изображено три сети: зеленая, оранжевая и синяя, номера сетей я указал римскими цифрами, номера узлов подписаны арабскими. Все три сети соединены одним роутером, для того чтобы этот роутер мог связать узлы этих трех сетей друг с другом, его интерфейсы должны находиться во всех трех сетях, то есть если мы хотим, чтобы зеленый узел мог пинговать оранжевый узел, то хотя бы один интерфейс роутера должен быть в зеленой сети и хотя бы один интерфейс роутера должен быть в оранжевой сети.

Сколько IP-адресов может быть на устройстве?

Операционные системы, а вернее прошивки некоторых простых устройств позволяют задать только один адрес, в некоторых случаях несколько IP-адресов, но спецификация IP нас не ограничивает в количестве адресов, которые можно присвоить одному узлу.

Если вспомним самое начало, то там речь была о том, что IP-адрес назначается на канальный интерфейс узла и тут можно подумать, что если у узла три канальных интерфейса, то ему можно назначить три адреса из разных подсетей, но это не так.

Если у узла три канальных интерфейса, то ему на каждый канальный интерфейс можно назначить один основной IP-адрес и сколько угодно вторичных. Важно чтобы на разных канальных интерфейсах были адреса из разных подсетей, при этом основной и вторичные IP-адреса на одном интерфейсе могут быть из одной подсети.

Как записать IP-адрес

Разбираться будем с формами записи в десятичной системе счисления. Если вы выходите в интернет, то, наверное, видели IP-адреса, например, 192.168.0.1. Читатель может заметить и спросить, ну и чего тут рассказывать, вон на экране написано 192.168.0.1, это и есть форма записи IP-адреса, которая всем понятна и удобна. Я бы мог в свою очередь сказать, что это стандартная форма записи, но, насколько мне известно, в спецификации IP стандартная форма записи никак не описана.

В общем так, если вам достаточно что IP-адрес, это число размером 32 бита и записывается он как четыре числа по восемь бит разделенных точками, то дальше можно и не читать если этого недостаточно, то давайте начнем по порядку.

Для начала запишем форму записи для 192.168.0.1 в общем виде:

А теперь давайте запишем в этом виде самый маленький и самый большой адреса:

Переведем их в двоичный вид:

В двоичном виде вместо точки я использовал пайп. Самый маленький адрес в двоичном виде представляет собой тридцать два нуля, самый большой тридцать две единицы, комбинции нулей и единиц между двумя представленными выше крайностями это все остальные IP-адреса. Фактически IP-адрес это число 32 бита, оно же может быть и десятичным. Вопрос в том, как нам записать адрес в десятичном виде одним числом и можно ли это вообще делать?

Для примера давайте пропингуем Яндекс:

Яндекс доступен по адресу: 5.255.255.242. Давайте переведем адрес в двоичный вид, каждый октет по отдельности:

Про переводы чисел из одной системы счисления в другую я рассказывать не планирую, если не умеете переводить, пользуйтесь калькулятором в режиме "Программист", в десятичном режиме пишите свое число, в соответствующей строке видите его двоичное представление.

Хотел бы обратить внимание на число 5. Калькулятор представляет его как четыре бита: 0101, а под одно число IP-адреса у нас выделено восемь бит. В таком случае мы должны вместо недостающих старших бит написать нули (чем старше бит, тем левее он стоит, аналогично и для байтов), так как они в данном случае ничего не значат и само восьми битное число никак не изменится (чего не скажешь о числе размером 32 бита, если октет будет в середине, а не как у нас крайним слева).

Но вернемся к IP-адресу. Чтобы представить его в виде обычного числа, нам нужно из двоичной формы убрать разделители:

Роутер или компьютер работают с адресами без разделителей для них это просто биты. Затем получившуюся битовую последовательность переводим в десятичную систему счисления.

Получилось число 100 663 282. Давайте его пропингуем.

Видим, что винда привела этот номер в привычный нам вид, всё успешно пропинговалось. Здесь может возникнуть справедливый вопрос: почему это мы вместо того чтобы использовать простые и понятные числа, переводим их в двоичный вид, разрезаем одно большое число на четыре куска по восемь бит, потом преобразуем эти восьмибитные двоичные числа обратно в десятичные и только потом записываем IP-адреса? Если коротко, то в таком виде удобнее разрезать сети на подсети или же наоборот (человекам, а не комплюхтерам): объединять маленькие сеточки в одну большую, если более детально, то будет отдельная тема о масках подсети.

Две не очень популярные формы записи

Я знаю еще две формы записи, которые, как я слышал, пришли из систем BSD. В общем виде их можно записать так:

Я ни разу не видел, чтобы их кто-то использовал в каких-то рабочих целях, но вдруг вы столкнетесь. Винда понимает эти формы, вот для примера пинг 8.8.8.8.

Итого у нас имеется четыре формы записи IP-адреса:

Переводить из одной формы записи в другую удобнее всего в двоичном виде, в двоичном виде вы просто отсчитываете нужное количество бит и ставите точку, получившуюся последовательность переводите в десятичную систему.

Если байты IP-адреса нулевые и не крайние, то некоторые операционные системы разрешают их не указывать, пользоваться этой фичей не рекомендую, особенно, если вы настраиваете адрес на оборудование, а не пингуете его, ниже примеры пинга адреса 1.0.0.1.

А на этом всё, здесь появится ссылка на вторую часть после ее публикации.

Вопросы для ваших ответов

Оставлю комментарий для ответов, если захотите отвечать на вопросы, то лучше делать под этим комментарием, чтобы не спойлерить другим.

1. Какое число больше 8.234.255.12 или 9.0.0.0?

2. Зачем IP-адресу точки?

3. Почему если средние октеты адреса нулевые их допускается не печатать, а крайние октеты мы печатать должны?

4. Какой байт пропущен для адреса 1.1.1 (слева от центральной единицы или справа)?

5. У нас есть локальная сеть(не интернет), в сети есть узлы, кто этим узлам выдает IP-адреса?

6. Нужен ли роутер для взаимодействия между узлами одной подсети?

7. Схема: к Wi-Fi роутеру подключено два ноутбука по Wi-Fi, все три устройства в одной подсети, пингуем с первого ноутбука второй. Вопрос: как физически будут передаваться данные, напрямую между двумя ноутбуками или через роутер и почему?

Видео версия

Тем, кому лучше смотреть, чем читать.

Теоретическая теория здесь

Про формы записи адресов и пинги тут: