Книга: 1001 совет по обустройству компьютера

5.3. Адресация в локальных сетях

5.3. Адресация в локальных сетях

Каждое сетевое устройство имеет свой уникальный физический (аппаратный) адрес, называемый MAC-адресом (Media Access Control, управление доступом к среде). Таким образом, у всех сетевых карт МАС-адреса разные – в мире нет сетевых устройств с двумя одинаковыми MAC-адресами. MAC-адрес присваивается устройству изготовителем оборудования, хотя он может быть временно и изменен, если это зачем-то нужно. Для адресации в локальной сети (например, для работы коммутатора) по большому счету требуется лишь MAC-адрес сетевой карты или другого сетевого оборудования. Вообще говоря, систем MAC-адресов существует несколько, но в рассматриваемых Ethernet-устройствах применяется только одна из них. Адрес в ней состоит из шести байтов, т. е. всего может быть 2 ⁴⁸, или почти 3x10 ¹⁴ (триста триллионов или, иначе, миллионов миллионов) уникальных адресов. Согласно подсчетам IEEE, этого запаса адресов хватит по меньшей мере до 2100 года.

Но для функционирования локальной сети, особенно с выходом в Интернет, одного MAC-адреса недостаточно. Коммутаторы по-прежнему будут идентифицировать оборудование по MAC-адресу, но друг к другу компьютеры будут обращаться по протоколу IP, ведающему доставкой пакетов, и общему для всех таких сетей, независимо от их физической сущности. Адреса, которые использует такой протокол, так и называются IP-адресами, а уровень, на котором они действуют, называется сетевым уровнем. Для безошибочной идентификации уникальный MAC-адрес должен быть преобразован в IP-адрес (который может быть вовсе и не уникальным), и этим занимаются специальные протоколы.

Заметьте, что IP расшифровывается, как internet protocol. Из этого названия отчетливо видна разница между Интернетом с прописной буквы и Интернетом со строчной, о которой мы говорили во введении. В данном контексте internet не имеет ни малейшего отношения ко Всемирной Сети – просто в ее основе лежат те же технические принципы, что и в небольших локальных сетях, отсюда широкая известность термина «IP-адрес».

Очень важно также иметь понятие о символьных именах узлов, иначе называемых символьными адресами. Дополнительную путаницу в мозги пользователей вносит существование двух разновидностей таких имен: чаще всего это обычные имена, размером до 16 символов. Их также называют NetBIOS-именами, по названию самого древнего из сетевых протоколов Windows. Вторая разновидность – специальные DNS-имена (от Domain Name System, система доменных имен), хорошо всем знакомые по интернет-адресам. Они образуют иерархию, подробности которой мы рассмотрим в главе 13 «Основы Интернета для пользователя». DNS-имя самого нижнего уровня (непосредственно имя узла) обычно совпадает с NetBIOS-именем, хотя это и необязательно. Очень важно понимать, что DNS-имена (а также таблицы DNS, серверы DNS и прочее) в большинстве случаев нас, как пользователей локальной сети, совершенно не касаются и начинают действовать, лишь когда мы выходим в Интернет. DNS – это альтернативный механизм присвоения удобных символьных имен. Он, как правило, задействуется в случае организации локальной сети по доменному принципу (с выделенным сервером), но даже в этом случае не является обязательным. Зато он очень удобен при необходимости как-то засветить локальную сеть во внешнем мире.

По сути любые имена компьютера – то же самое, что IP-адреса, и для нас возникает задача установить соответствие, ибо здесь не существует такого удобного механизма, как с MAC-адресами сетевых карт, которые просто присваиваются на заводе раз и навсегда. Чтобы перейти к вопросам адресации сетевых ресурсов, представляющим самую большую сложность для понимания из-за разнообразия способов (по сути установление определенной конфигурации сети и есть выбор одного из способов адресации), нужно сначала усвоить основные принципы присвоения IP-адресов.

Как следует из изложенного, IP-адреса не присваиваются раз и навсегда, и должны каким-то образом устанавливаться при конфигурации сети. Существует два основных способа их присвоения: статический и динамический. Статический способ предполагает постоянное присвоение адреса – таким образом в Интернете, например, устанавливаются адреса постоянных ресурсов (серверов). Адреса тех, кто появляется в сети время от времени, подобно простым пользователям, назначаются динамически – они могут меняться от раза к разу и даже просто по истечении определенного времени. Так, с одной стороны, экономится пространство адресов, с другой – упрощается процедура доступа к сети, пользователям которой не приходится вникать во все эти тонкости.

Программа для автоматического динамического назначения IP-адресов, называемая DHCP-сервером (Dynamic Host Configuration Protocol), ныне входит практически во все аппаратные и программные маршрутизаторы. Поэтому, когда речь заходит о конфигурации адресного пространства локальной сети, нет никакой необходимости использовать статические адреса, которые приходится вручную назначать каждому узлу данной сети. Достаточно убедиться, что DHCP-сервер на маршрутизаторе включен (Enabled), и на всех остальных устройствах установить опцию Получать IP-адрес автоматически.

Отметим, что многие советы, которые вы найдете в Сети или в инструкциях производителей, расходятся с этой рекомендацией, но критично это лишь тогда, когда DHCP-сервера на вашем маршрутизаторе вовсе не существует. Если у вас в сети оказалось два устройства, имеющих DHCP-сервер, то на одном из них его следует отключить (Disabled) или убедиться, что он отключен по умолчанию. Обычно так бывает, если в сети оказываются, например, две и более беспроводных точки доступа или точка доступа и отдельно маршрутизатор стандарта ADSL. Мы в дальнейшем постараемся избегать таких излишеств, чтобы не множить сущности. Но иногда «лишний» DHCP-сервер обнаруживается в довольно неожиданных местах. На рис. 5.1 приведен пример размещения пунктов управления DHCP-сервером в меню сетевого файлового хранилища I-Stor 607.

Рис. 5.1. Пример отключенного DHCP-сервера (файловое хранилище I-Stor 607)

Крупнейший недостаток автоматического присвоения адреса через DHCP – то, что сетевые устройства при этом определяются значительно медленнее, и после включения всех устройств могут пройти минуты, пока они будут видны в «сетевом окружении» или хотя бы просто доступны. Чтобы ускорить этот процесс, можно пойти на компромисс – для тех ресурсов, которые используются часто, установить соответствие IP-адреса и имени компьютера принудительно. К этому вопросу мы еще вернемся, а сейчас обратимся к основным принципам образования IP-адреса и его структурой.

Для интернет-ресурсов IP-адреса выделяются специальными уполномоченными региональными центрами. Мировым адресным пространством Интернета ведают организации IANA и ICANN: очередные резервы выделяются согласно базе IANA, а координация всей деятельности по распределению IP-адресов и, соответственно, доменных имен осуществляется ICANN. Пять существующих региональных регистратур (Regional Internet Registry, RIR) получают от IANA блоки адресов, которые затем распределяются частями по локальным регистраторам (LIRs). Только в России таких локальных регистраторов несколько сотен (в отличие от регистраторов доменных имен, которых всего около двух десятков), но деятельность их прозрачна, диапазоны выделенных им адресов известны, и потому по IP-адресу сравнительно просто узнать географическое расположение или национальную принадлежность данного адреса (как IP-адреса, так и доменного имени) – см., например, сервис 2ip.ru.

Но на каждый домашний маршрутизатор уполномоченных регистраторов не напасешься. Способ принудительного присвоения IP-адреса еще на производстве, как это делается для MAC-адресов, для оборудования локальных сетей не подходит. В действующей версии протокола IPv4, где адресов всего 4 294 967 296 (2 ³²), уже не хватает статических адресов даже для интернет-узлов в глобальной сети – 3 февраля 2011 агентство IANA распределило последние 5 блоков адресов региональным интернет-регистратурам. Всеобщий переход в Интернете на новую версию IPv6 (где адресов гораздо больше – 2 ¹²⁸, примерно по 300 миллиардов на каждого жителя Земли) был опробован 8 июня 2011 года, объявленное «Всемирным днем IPv6». Проблемы возникли не более чем у одного пользователя из двух тысяч, – программа перехода предусматривает постепенное замещение одного протокола другим. А для локальных сетей, тем более домашнего масштаба, вообще ничего не изменится – там принципы присвоения адресов совсем другие, и поменять их так же трудно, как, например, единовременно сменить систему телефонной нумерации во всем мире.

По этим причинам приходится идти на всякие сложности. Для локальных сетей, подсоединенных к глобальной сети, действует специальный механизм NAT (Network Address Translation, преобразование сетевых адресов), когда маршрутизирующее устройство извне адресуется присвоенным ей адресом из сети провайдера. Имеется в виду, что этот адрес назначает провайдер, причем обычно точно так же динамически (автоматически), и пользователю об этом задумываться не приходится. Внутри же локальной сети IP-адреса (в том числе и самого маршрутизатора) присваиваются из предопределенных диапазонов адресов, которые в глобальной сети не встречаются. Механизм NAT, встроенный в маршрутизатор, и преобразует локальный адрес в адрес внешней сети. Особенностью этого механизма является то, что все компьютеры такой локальной сети извне выглядят как один-единственный IP-адрес. Для того чтобы их можно было различать, придется присоединить вашу сеть напрямую к провайдерской сети без всяких NAT, и тогда распределением адресов вы уже заниматься не сможете – эта обязанность будет возложена на маршрутизатор провайдера. Естественно, на практике так почти никто не поступает, потому что это неудобно и хлопотно всем сторонам (исключение – если у вас дома размещен собственный стационарный веб-сервер и, соответственно, заключен отдельный договор с провайдером).

Для присвоения IP-адресов в локальной сети стандартами RFC 1918 и RFC 1597 отведено три их диапазона, каждый из которых подразумевает сеть определенного масштаба:

? 10.0.0.0 – 10.255.255.255 (сети класса A);

? 172.16.0.0 – 172.31.255.255 (сети класса B);

? 192.168.0.0 – 192.168.255.255 (сети класса C).

Такие адреса называют частными, внутренними, локальными или «серыми» (напомним, что эти адреса не употребляются в сети Интернет). Класс A – огромные сети, которые могут содержать до 2 ²⁴ (16777216) адресов, класс B – до 2 ¹⁶ (65536) адресов, класс С – маленькие сети, содержащие 256 адресов. Различных частных сетей класса С может быть 255 (в соответствии со вторым справа элементом адреса), сетей класса B – всего 16 (второй слева элемент, который может изменяться от 16 до 31) и сетей класса А – всего одна. Разумеется, сетей с одинаковыми диапазонами адресов, скрытых от внешнего мира за NAT, в разных местах может быть сколько угодно много.

Самый первый в локальной сети номер с нулевым адресом (например, для сети класса С – 192.168.1.0) будет номером самой сети, следующий (192.168.1.1) – обычно представляет маршрутизатор, если он имеется. Последний адрес (192.168.1.255) называется широковещательным – отправленный на него пакет будет доставлен всем узлам в сети (см. далее подробности функционирования протокола UDP). Потому максимальное число устройств в подсети может быть меньше, чем теоретически возможное число адресов.

Не следует считать, что количество адресов и, соответственно, масштаб сети может устанавливаться произвольно. Например, в адресе 192.168.1.1 оборудование само определит первые три элемента, как адрес сети, а лишь последний – как адрес устройства. Для особо любознательных скажем, что это делается по самым первым битам адреса (для класса A адрес в двоичной форме начинается с 0, для класса B – с 10, для класса С – со 110).

Но масштаб сети устанавливать все-таки приходится – вдруг вы хотите зачем-то использовать разрешенный диапазон лишь частично (и правда – кому может понадобиться единая локальная сеть, содержащая 16777216 узлов?). Какая часть IP-адреса узла сети относится к адресу сети, а какая – к адресу самого узла в этой сети, задается с помощью специальной битовой маски (маски подсети, или просто маски сети). Для представления маски используется та же форма, что и для самого IP-адреса, причем в позициях номера сети в двоичном представлении этой формы должны стоять логические единицы, а в позициях, представляющих возможные номера устройств, – нули. Все логические единицы во всех двоичных разрядах содержат число 255, все логические нули – число 0. Потому маска для сети класса С обычно выглядит, как, например, 255.255.255.0. Применение к полученному откуда-то адресу и маске операции «логического И» даст нам адрес сети, из которой поступил сигнал:

Теперь, если мы захотим просканировать локальную сеть (подобно тому, как это делает описываемая далее программа MyLanViewer), нам достаточно узнать адрес того устройства, на котором мы находимся, а дальше просто перебрать все адреса в соответствии с заданной маской. Например, для случая, показанного ранее, это будут адреса 192.168.1.1 – 192.168.255.254.

Наивысшее возможное значение маски для всех классов сетей равно 255.255.225.255 – естественно, все единицы во всех разрядах есть случай вырожденный, но теоретически возможный. Нижние границы диапазонов возможных масок для сетей различных классов таковы:

? для класса А – от 255.0.0.0;

? для класса B – от 255.255.0.0;

? для класса С – от 255.255.255.0.

Конечно, на практике нет никаких рациональных соображений для того, чтобы в домашних условиях пользоваться сетями класса А или В – практически все сети даже в довольно больших офисах имеют адреса типа 192.168.Х.0 (а если компьютеров и больше 255, то их удобнее разбить на несколько подсетей с адресами из того же диапазона). Но иногда адреса из диапазонов А или В все же встречаются в рекомендациях, и тут важно понимать, что никаких теоретических препятствий для их применения нет.

И напоследок – о сетевых (рабочих) группах, в которые рекомендуется объединять компьютеры в локальной сети. Группу, в которой состоит данный компьютер, можно определить (и изменить при надобности), если щелкнуть по значку Мой компьютер в Windows XP правой кнопкой и выбрать пункт Свойства, а в нем вкладку Имя компьютера. В Windows Vista и 7 имя группы можно узнать (и изменить) через пункт Панель управления | Система (этот пункт доступен напрямую, если выбрать Свойства не значка Компьютер на рабочем столе, а пункта Компьютер в меню кнопки Пуск).

При чтении интернет-рекомендаций по построению локальной сети иногда может создаться впечатление, что все узлы в одной локальной сети обязательно должны быть объединены в одну группу (под одним тем же именем), иначе вы просто не получите к ним доступ, а иногда приходится недоумевать, – почему это про группы ничего не упоминается? Если бы одно и то же имя группы действительно было обязательно, то гость, пришедший со своим ноутбуком, просто не получил бы доступа к вашей локальной сети, пока он не поменяет у себя имя рабочей группы. Естественно, каждый раз менять это имя несподручно. Но на самом деле это и не требуется – принадлежность к определенной рабочей группе является необязательной и критична только в особых случаях, о которых далее (недаром в новых версиях Windows имя группы убрали подальше, в пункт Система, в то время как имя компьютера по прежнему доступно из контекстного меню значка Компьютер на рабочем столе).

Если для разных узлов на них самих заданы разные рабочие группы, то в Windows XP по адресу Сетевое окружение | Вся сеть | Microsoft Windows Network просто появятся две или более рабочих групп (рис. 5.2). В Windows Vista и 7 все еще проще – щелкнув в окне Компьютер по папке Сеть, вы вообще не увидите распределения по рабочим группам, – компьютеры и другие узлы будут показываться в едином списке. Для описанных в этой книге случаев совершенно неважно, какая именно рабочая группа задана для данного компьютера, через сеть он все равно будет доступен на равных основаниях с другими. Точнее будет сказать, что в природе, несомненно, встречаются случаи, когда рабочая группа критична, но я просто с ними не сталкивался – специальные попытки найти разницу при работе с разными названиями групп для всех вариантов сетей, описанных в этой книге, у меня не увенчались успехом.

Рис. 5.2. Разные рабочие группы в одной локальной сети (Windows XP)

А для чего тогда это придумано – только для того, чтобы еще больше запутать бедного пользователя? Наоборот, создатели Windows искренне хотели облегчить ему жизнь – если у вас десяток компьютеров в одной сети, то объединение их в группу позволяет единым махом для членов этой группы задать всякие настройки (прежде всего настройки общего доступа). Если вы администратор офисной сети, то это действительно проще, чем бегать и настраивать каждый компьютер по отдельности. В небольшой же домашней сети все это можно просто игнорировать.

И чтобы еще больше усложнить жизнь пользователю (но упростить ее администратору), в Windows 7 придумали новую концепцию «домашней группы», которую можно использовать параллельно обычной рабочей. Поскольку домашние группы в сети могут быть созданы лишь для компьютеров, работающих под управлением Windows 7 (а это пока еще довольно редкий случай – обычно различные версии встречаются вперемешку), то мы постараемся к этому вопросу в дальнейшем не возвращаться, чтобы не усложнять себе и без того непростую сетевую жизнь.

Оглавление книги