Adres IP

STRESZCZENIE

Celem pracy jest przedstawienie ogólnej charakterystyki adresu IP, uwzględniając podział na
klasy adresów oraz tworzenie podsieci o niestandardowych maskach.

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

2

SPIS TREŚCI

Adres IP......................................................................................................................................... 1
Streszczenie................................................................................................................................... 2
1. adres ip - wprowadzenie............................................................................................................4
2. klasy adresów ip........................................................................................................................ 5
3. podsieci i ich maski................................................................................................................... 6

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

3

1. ADRES IP - WPROWADZENIE

Do Internetu podłączona jest ogromna ilość komputerów i musi istnieć sposób na odróżnienie
każdego z nich. Do każdej porcji danych wędrujących w Internecie dołącza się więc iden-
tyfikatory opisujące komputer, który wysłał te dane oraz komputer, do którego dane mają trafić.
Tym unikalnym identyfikatorem każdego urządzenia przyłączonego do Internetu jest adres IP
(Internet Protocol), który jest 32-bitową liczbą. W „surowej” postaci adres IP jest liczbą binar-
ną, czyli składającą się z samych zer i jedynek, wyglądającym na przykład tak:

01010001000011111011110111111100

Człowiekowi jednak ciężko byłoby posługiwać się ciągiem 32 zer i jedynek, istnieje zatem sys-
tem pozwalający zapisać adres IP w bardziej czytelny sposób.
Najpierw te 32 cyfry binarne dzieli się kropkami na 4 człony zawierające po 8 cyfr, czyli tak
zwane oktety (octo to po łacinie „osiem”):

01010001.00001111.10111101.11111100

Taki zapis binarny jest jednak nadal trudny do zapamiętania, więc każdy oktet z osobna przeli-
cza się na wartość dziesiętną. Jak widać, każdy oktet jest 8-bitową liczbą binarną (czyli każdy
oktet to 1 bajt), a więc jego wartość może wynosić od 0 (00000000) do 255 (11111111). Po za-
mianie oktetów na liczby dziesiętne powyższy adres IP ma postać:

81.15.189.252

Adres IP w tej postaci jest już w miarę łatwy do zapamiętania, jednak praca w Internecie byłaby
bardzo utrudniona (wręcz niemożliwa dla zwykłego człowieka), gdybyśmy musieli podawać
adresy IP chcąc np. otworzyć stronę WWW w przeglądarce. Dużo łatwiej jest posługiwać się
nazwą

www.wp.pl

, niż oznaczającym to samo adresem IP 212.77.100.101. W tym celu stwo-

rzono DNS (Domain Name System, czyli System Nazw Domen). Jest to system składający się z
wielu serwerów, które potrafią przetłumaczyć wpisaną przez człowieka nazwę komputera na
adres IP zrozumiały dla komputera.

Adres IP oprócz tego, że dzieli się na 4 oktety, to składa się również z dwóch części: jedna
identyfikuje sieć, składającą się z wielu komputerów, a druga część określa indywidualny kom-
puter (host) w tej sieci. Jest to bardzo podobne to adresowania koperty z listem: wpisujemy kraj
i miasto (odpowiedniki adresu sieci w adresie IP), do którego list ma dotrzeć oraz ulicę, dokład-
ny numer domu i nazwisko adresata (odpowiedniki adresu hosta w adresie IP).

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

4

2. KLASY ADRESÓW IP

Na samym początku swojej historii protokół IP (a co za tym idzie, również adresacja IP) za-
projektowany był dla stosunkowo niewielkiej wojskowej sieci ARPAnet. Postanowiono, że
pierwszy oktet (czyli 8 bitów) każdego adresu IP będzie określał poszczególne instytucje (czyli
będzie adresem sieci), a pozostałe 3 oktety będą identyfikować komputery znajdujące się w tej
sieci (czyli będą adresem hosta).
Za pomocą jednego bajta można było zaadresować 255 sieci, zaś 3 bajty stanowiące adres hosta
pozwalały opisać ok. 16,5 mln komputerów w każdej z tych sieci.
ARPAnet rozwijał się jednak bardzo dynamicznie i po niedługim czasie okazało się, że trzeba
połączyć więcej, niż 255 sieci-instytucji, do czego potrzeba jednak więcej, niż 1 bajta. Na-
tomiast nie wszystkie z tych instytucji zawierały taką samą ilość komputerów, więc nie potrzeb-
ne im były aż 3 bajty na opisanie adresu hosta.
Stworzono zatem tzw. klasy adresów IP. Jest 5 takich klas, oznaczanych kolejnymi literami A,
B, C, D oraz E. Klasy D i E mają marginalne znaczenie: adresów z klasy D używa się przy
transmisjach grupowych, np. wideokonferencjach, zaś adresy klasy E zarezerwowano dla przy-
szłych rozwiązań.
Natomiast klasy A, B i C opisują sieci o różnych wielkościach.

Klasa A określa największe sieci, w których jest bardzo dużo podłączonych urządzeń. Prze-
dział adresów tej klasy to 0.xxx.xxx.xxx – 126.xxx.xxx.xxx. Pierwszy bajt opisuje

adres sieci, a pozostałe 3 bajty – adres hosta. Pozwala to zaadresować 127 sieci, z których
każda może zawierać około 16,5 mln hostów.
Klasa B określa sieci o średniej wielkości. Przedział adresów w tej klasie to
128.xxx.xxx.xxx – 191.xxx.xxx.xxx. Pierwsze 2 bajty opisują adres sieci, a 2 ostat-

nie – adres hosta. W klasie B istnieje około 16 tys. sieci, z których każda może zawierać około
65 tys. hostów.
Klasa C określa niewielkie sieci. Przedział adresów tej klasy to 192.xxx.xxx.xxx –
223.xxx.xxx.xxx. Pierwsze 3 bajty to adres sieci, a ostatni bajt to adres hosta. Ta klasa po-

zwala zaadresować około 2 mln sieci, po 254 hosty w każdej.
Przedział adresów klasy D to 224.xxx.xxx.xxx – 239.xxx.xxx.xxx. Przedział klasy
E to 240.xxx.xxx.xxx – 255.xxx.xxx.xxx. W tych klasach nie ma podziału na adres

sieci i adres hosta.

Rozumiemy już, że adres IP dzieli się na adres sieci i adres hosta oraz ile bajtów (oktetów) ad-
resu IP w danej klasie opisuje sieć, a ile host. Ale skąd biorą się takie a nie inne przedziały ad-
resów dla danej klasy? Po co ktoś wymyślił to, że np. adresy klasy A są z akurat przedziału od
0.0.0.0 do 126.255.255.255? Jest tak dlatego, aby można było łatwo rozróżnić, do

której klasy należy dany adres.
Przypomnijmy, że adres IP to 32-bitowa liczba binarna. Przyjrzyjmy się teraz pierwszemu okte-
towi, czyli 8 bitom znajdującym się najbardziej po lewej stronie. W tym bajcie znajduje się
bowiem oznaczenie, do której klasy należy adres. To oznaczenie to pozycja pierwszego zera w
bajcie, licząc od lewej strony.
Jeśli x będzie oznaczać dowolny bit, to dla klas pierwsze oktety adresu IP wyglądają następu-
jąco:

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

5

0xxxxxxx – klasa A
10xxxxxx – klasa B
110xxxxx – klasa C
1110xxxx – klasa D
1111xxxx – klasa E

Skoro w adresie klasy A pierwszym bitem musi być 0, to pierwszy oktet może być z przedziału
00000001 (czyli 1 dziesiętnie) – 01111110 (czyli 126)*

W adresie klasy B pierwsze 2 bity to 10, więc pierwszy oktet będzie z przedziału
10000000 (czyli 128) – 10111111 (czyli 191).

W adresie klasy C pierwsze 3 bity to 110, więc pierwszy oktet będzie zawierał się w
11000000 (czyli 192) – 11011111 (czyli 223).

W adresie klasy D pierwszymi 4 bitami muszą być 1110, zatem przedział pierwszego oktetu to
11100000 (czyli 224) – 11101111 (czyli 239).

Dla adresów klasy E pierwsze 4 bity to same jedynki (1111), przedziałem pierwszego oktetu

jest więc 11110000 (czyli 240) – 11111111 (czyli 255).

I stąd właśnie takie, a nie inne zakresy adresów w poszczególnych klasach.

* Dlaczego nie 01111111, czyli 127? Jest tak dlatego, że adresy rozpoczynające się od 127

zarezerwowane są dla tzw. pętli zwrotnej (ang. loopback), która zawsze dla danego komputera
wskazuje na niego samego. Jeśli chcesz to sprawdzić, odłącz swój komputer od Internetu i w li-
nii poleceń (w Windows: Start-> Uruchom -> command lub cmd) wpisz np. ping
127.0.0.1 – komputer dostanie odpowiedź od hosta docelowego, a skoro jest odłączony od

sieci, to rzeczywiście hostem docelowym musiał być on sam.

3. PODSIECI I ICH MASKI

Łatwo zauważyć, że pomiędzy klasami adresów IP istnieją bardzo duże różnice w ilości ho-
stów, jakie można zaadresować. Jeśli np. jakaś instytucja chce podłączyć do Internetu swoją
sieć składającą się z 400 komputerów, to jedna grupa adresów klasy C jej nie wystarczy, bo po-
zwala zaadresować jedynie 254 hosty w obrębie jednej sieci. Instytucja zmieściłaby się w
dwóch grupach adresów klasy C, jednak byłoby to dla niej niewygodne – wymaga obsługi 2
różnych sieci. Dlatego też firmy starały się o przydział grupy adresów klasy B (65534 hostów).
W naszym przykładzie (który jest bardzo podobny do częstych rzeczywistych sytuacji) wybór
adresów klasy B powoduje marnotrawienie prawie wszystkich z dostępnej puli adresów (wy-
korzystywanych jest tylko 400 z 65,5 tys. adresów). W początkowej fazie rozwoju Internetu
często przydzielano w takich wypadkach „za duże” klasy adresów IP (najczęściej właśnie klasy
B), co przyczyniło się do szybkiego wyczerpania dostępnych adresów dla nowych sieci.
Konieczne stało się bardziej ekonomiczne wykorzystanie 32 bitów adresu IP. W tym celu
wprowadzono m. in. pojęcie podsieci oraz maski podsieci.

Idea stojąca za podsieciami polega na tym, aby część bitów adresu IP określających adres hosta
przeznaczyć na rozszerzenie adresu sieci.
Przypomnijmy sobie wygląd adresów poszczególnych klas w wersji binarnej. Litera s oznacza
bit stanowiący część adresu sieci, a litera h – bit będący częścią adresu hosta:

Klasa A:

0sssssss.hhhhhhhh.hhhhhhhh.hhhhhhhh

Klasa B:

10ssssss.ssssssss.hhhhhhhh.hhhhhhhh

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

6

Klasa C:

110sssss.ssssssss.ssssssss.hhhhhhhh

Oczywistą rzeczą jest, że jeśli zwiększymy ilość bitów opisujących adres sieci, to będzie można
zaadresować większą ilość sieci. Dzieje się to jednak kosztem długości adresu hosta, a co za
tym idzie – kosztem ilości komputerów, jaka będzie się mogła znajdować w każdej sieci.
Właśnie te dodatkowe sieci, które można zaadresować przez rozszerzenie części adresu IP ory-
ginalnie odpowiadającej adresowi hosta nazywamy podsieciami – dlatego, że mając jedną
„prawdziwą” sieć, dzielimy ją na mniejsze sieci (podsieci).
Podsieć określana jest za pomocą tzw. maski podsieci. Maska podsieci, tak jak adres IP, jest
32-bitową liczbą, też podzieloną na 4 oktety. W odróżnieniu od adresu IP, w masce podsieci za-
wsze najpierw występuje ciąg samych jedynek, a po nim ciąg samych zer. Jedynki mówią, że
dany bit jest częścią adresu sieci, a zera – że bit jest częścią adresu hosta (tak samo, jak nieco
wyżej oznaczyliśmy: s – sieć, h – host, tak teraz oznaczamy: 1 – sieć, 0 - host). Zatem przykła-
dowa maska podsieci może wyglądać tak:

11111111.11111111.11111111.11100000

czyli 255.255.255.224

Jak „działa” taka maska podsieci? „Przykłada” się ją do adresu IP po to, żeby oddzielić w nim
część opisującą podsieć od części opisującej host.
Załóżmy, że mamy adres klasy C 192.156.230.55. Sieć ta jest podzielona na podsieci za
pomocą powyższej maski (255.255.255.224). Gdyby nie była podzielona na podsieci, to

adres sieci określałyby 3 pierwsze bajty (czyli adresem sieci byłby 192.156.230.0), a adre-

sem hosta byłby ostatni bajt – 55. Jak to jednak wygląda dla naszej podsieci? Najpierw za-

mieńmy nasz adres na postać binarną:

11000000.10011100.11100110.00110111

Teraz przyłóżmy do niego naszą maskę podsieci:

Maska:

11111111.11111111.11111111.11100000

Adres:

11000000.10011100.11100110.001

10111

Pogrubiona została część maski mówiąca, które bity są adresem podsieci, a odpowiadająca im
część adresu IP zaznaczona jest kolorem niebieskim. Część adresu opisująca host jest czerwo-
na.
Możemy dokładniej przyjrzeć się, jak wygląda adres IP w podsieci:

11000000.10011100.11100110.

001

10111

Pierwotna część adresu klasy C opisująca sieć.

Część adresu wydzielona z pierwotnego adresu hosta na opisanie podsieci.

Część adresu hosta, która pozostała po odjęciu od niego bitów do opisu adresu podsieci.

Widzimy w tym przykładzie, że jedną sieć o adresie 192.156.230.xxx zawierającą 254 ho-

sty podzieliliśmy na mniejsze podsieci z 32 możliwymi adresami hostów (po odjęciu bitów na
adres podsieci, na adres hosta pozostało 5 bitów, a na 5 bitach można zapisać 32 różne liczby).
Na adres podsieci przeznaczono 3 bity, czyli teoretycznie istnieje 8 możliwych do zaadresowa-
nia podsieci (na 3 bitach można zapisać 8 różnych liczb).
W rzeczywistości jednak ani adres podsieci, ani adres hosta nie może składać się z samych 1
lub samych 0. Jeśli dla danej podsieci mamy podany adres, który w części hosta ma same zera,
to jest to tzw. identyfikator podsieci, natomiast adres posiadający w części hosta same jedynki

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

7

to tzw. adres broadcast, który pozwala na zaadresowania na raz wszystkich hostów w naszej
podsieci (to znaczy, że wszystkie hosty na raz odpowiedzą na dane wysłane pod ten adres).
W powyższym przykładzie identyfikator podsieci i adres broadcast wyglądają następująco:

Maska:

11111111.11111111.11111111.11100000 (255.255.255.224)

Id. podsieci:

11000000.10011100.11100110.001

00000

(192.156.230.32)

Broadcast:

11000000.10011100.11100110.001

11111

(192.156.230.63)

Zatem rzeczywista ilość hostów, jakie możemy zaadresować w obrębie jednej podsieci jest o 2
mniejsza, niż wynika to z ilości liczb możliwej do zapisania na bitach, które pozostały do adre-
sowania hosta. W naszym przykładzie na adres hosta zostało 5 bitów (zaznaczone na
czerwono), więc da się za ich pomocą przedstawić 2

5

= 32 liczb, jednak po odjęciu dwóch nie-

dozwolonych adresów (identyfikatora sieci i adresu broadcast) pozostaje nam 2

5

– 2 = 30 do-

zwolonych adresów hostów w obrębie tej podsieci.

Zatem w naszej podsieci o identyfikatorze 192.156.230.32 możemy mieć maksymalnie 30

hostów o adresach od 192.156.230.33 do 192.156.230.62. Dlaczego akurat o takich

adresach? Popatrzmy na ostatni oktet naszego adresu. Pierwszymi jego 3 bitami zawsze muszą
być 001, gdyż jest to adres podsieci i każdy komputer w tej podsieci musi mieć ten adres taki

sam:

001

xxxxx

Pozostaje nam 5 bitów na adres hosta, przy czym pamiętajmy, że nie mogą to być same jedynki
ani same zera. Czyli najniższy możliwy adres hosta w naszej podsieci to:

001

00001

(czyli 33 dziesiętnie)

Zaś najwyższy możliwy to:

001

11110

(czyli 62 dziesiętnie)

Wiemy już więc, jak wygląda nasza podsieć o adresie 192.156.230.32, mamy ustalone ad-

resy wszystkich hostów w tej podsieci. Skoro jednak zdecydowaliśmy się podzielić adres klasy
C na podsieci, to mamy tych podsieci więcej, niż tylko tą jedną już omówioną.
A ile dokładnie? Obliczamy to dokładnie tak samo, jak ilość hostów w podsieci. Nasza maska
podsieci zajmuje 3 bity ostatniego oktetu, a na 3 bitach można zapisać 8 liczb (2

3

= 8). Odpada-

ją nam jednak dwa adresy: same zera i same jedynki, więc za pomocą naszej maski
255.255.255.224 możemy utworzyć 6 podsieci z jednego adresu klasy C.

Wszystkie adresy podsieci, jakie przy pomocy tej maski możemy utworzyć z adresu sieci
192.156.230.0 to:

Zabronione!:

11000000.10011100.11100110.000

00000

(192.156.230.0)

Id. podsieci 1:

11000000.10011100.11100110.001

00000

(192.156.230.32)

Id. podsieci 2:

11000000.10011100.11100110.010

00000

(192.156.230.64)

Id. podsieci 3:

11000000.10011100.11100110.011

00000

(192.156.230.96)

Id. podsieci 4:

11000000.10011100.11100110.100

00000

(192.156.230.128)

Id. podsieci 5:

11000000.10011100.11100110.101

00000

(192.156.230.160)

Id. podsieci 6:

11000000.10011100.11100110.110

00000

(192.156.230.192)

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

8

Zabronione!:

11000000.10011100.11100110.111

00000

(192.156.230.224)

Dostępne adresy hostów dla komputerów w każdej z tych 6 podsieci ustalamy tak samo, jak to
robiliśmy dla podsieci 192.156.230.32.

Pamiętajmy oczywiście, że cały czas rozpatrywaliśmy przykład z adresem klasy C, w którym
zajmujemy się tylko ostatnim bajtem dzielonym pomiędzy adres podsieci i hosta. Jeśli tworzyli-
byśmy podsieci np. na adresie klasy A, to zajmowalibyśmy się 3 ostatnimi bajtami, gdyż tyle
bajtów tworzy oryginalnie adres hosta w tej klasie adresów i teraz tyle bajtów dzielilibyśmy po-
między adres podsieci i adres hosta.

Wiemy już, że maskę podsieci można zapisać w postaci np. 255.255.255.224. Można za-

pisać ją również krócej – korzystając z faktu, że maskę podsieci stanowi zawsze nieprzerwany
ciąg n jedynek. Używa się zatem identyfikatora podsieci – w naszym przykładzie
192.156.230.32 – oraz tej liczby n oznaczającej ilość jedynek w masce podsieci – w na-

szym przykładzie jest ich 27. Całość zapisuje się w postaci: 192.156.230.32/27

Dłuższy zapis to wymienienie wszystkich 4 oktetów maski, czyli:

192.156.230.32/255.255.255.224

Podsieci oddzielane są od siebie fizycznie np. za pomocą ruterów. Jak już mówiliśmy, każdy
pakiet danych oznaczony jest adresem komputera-nadawcy oraz komputera-odbiorcy. Jeżeli
oba te adresy należą do tej samej podsieci, to komputery mogą porozumiewać się bezpośrednio.
Jeżeli zaś adres nadawcy należy do innej podsieci, niż adres odbiorcy, to dane z podsieci
nadawcy musza zostać wysłane najpierw do rutera, aby ten przekazał je do podsieci, w której
jest odbiorca.
W jaki sposób sprawdzane jest to, czy nadawca i odbiorca znajdują się w tej samej podsieci?
Do ich adresów przykładana jest maska podsieci, która pozwala „wyciągnąć” z adresu IP adres
podsieci. Jeśli uzyskane w ten sposób 2 adresy podsieci (nadawcy i odbiorcy) są takie same, to
znaczy, że oba hosty są w jednej podsieci i mogą wysyłać dane bezpośrednio do siebie bez po-
mocy rutera. Natomiast jeśli uzyskane w ten sposób adresy podsieci są różnią się, to protokół IP
„wie”, że nadawca i odbiorca są w różnych podsieciach i dane od jednego do drugiego muszą
być przesyłane poprzez ruter, który skieruje je do odpowiedniej podsieci.
Popatrzmy na przykłady:
Komputer o adresie IP 192.156.230.55 jest nadawcą i chce wysłać dane do komputera-od-

biorcy o adresie IP 192.156.230.43. Oba komputery znajdują się w podsieciach o masce
255.255.255.224. Czy do komunikacji pomiędzy nimi potrzebne jest pośrednictwo rutera?

Żeby to sprawdzić, zamieńmy oba adresy komputerów na postać binarną i przyłóżmy do nich
maskę podsieci (oczywiście również zamienioną na postać binarną).

Nadawca

11000000.10011100.11100110.00110111 (192.156.230.55)

Maska

11111111.11111111.11111111.11100000 (255.255.255.224)

Podsieć

11000000.10011100.11100110.00100000 (192.156.230.32)

Odbiorca

11000000.10011100.11100110.00101011 (192.156.230.43)

Maska

11111111.11111111.11111111.11100000 (255.255.255.224)

Podsieć

11000000.10011100.11100110.00100000 (192.156.230.32)

Okazało się, że zarówno nadawca, jak i odbiorca są w tej samej podsieci o identyfikatorze
192.156.230.32, więc pośrednictwo rutera nie jest potrzebne – hosty mogą porozumiewać

się bezpośrednio.

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

9

Załóżmy teraz, że komputer-nadawca o adresie IP 192.156.230.94 wysyła dane do kompu-

tera-odbiorcy o adresie IP 192.156.230.99. Ponownie oba komputery są w podsieciach o

masce 255.255.255.224. To samo pytanie: czy potrzebne do ich komunikacji jest pośred-

nictwo rutera?
Sprawdzamy to tak samo, przykładając maskę do ich adresów IP aby sprawdzić, czy nadawca i
odbiorca znajdują się w tej samej podsieci.

Nadawca

11000000.10011100.11100110.01011110 (192.156.230.94)

Maska

11111111.11111111.11111111.11100000 (255.255.255.224)

Podsieć

11000000.10011100.11100110.01000000 (192.156.230.64)

Odbiorca

11000000.10011100.11100110.01100011 (192.156.230.43)

Maska

11111111.11111111.11111111.11100000 (255.255.255.224)

Podsieć

11000000.10011100.11100110.01100000 (192.156.230.96)

Tym razem okazuje się, że nadawca jest w podsieci o identyfikatorze 192.156.230.64, a

odbiorca w innej podsieci, która identyfikowana jest numerem 192.156.230.96. Zatem aby

mogły one przesyłać jakieś dane między sobą, nadawca musi wysłać je najpierw do rutera,
który skieruje je do odpowiedniej podsieci, w której znajduje się odbiorca.

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

10