PracticU

Двуичная арифметика адресов IP

Без субтитровС субтитрами
PracticU › Курс техников Windows - Поддержка пользователей - Help Desk › Двуичная арифметика адресов IP
Словарь терминов:
адрес - Значение, которое однозначно определяет объект: устройство в сети, ячейку памяти или ресурс.
IP - Адрес, который однозначно определяет устройство в сети на основе протокола IP и позволяет обмениваться с ним данными.
подсеть - Деление большой сети на меньшие части ради организации, производительности и безопасности.
число - Тип данных для хранения числовых значений, целых или дробных.
маска подсети - Значение, делящее IP-адрес на часть сети и часть устройства и задающее границы подсети.
бит - Наименьшая единица информации в компьютере со значением 0 или 1. Восемь бит образуют байт.
широковещание - Отправка одного сообщения сразу всем устройствам локальной сети.
широковещательный - Относящийся к рассылке данных сразу всем устройствам сети.

Двуичная арифметика адресов IP
Урок показывает, как разбивать адресное пространство на подсети на уровне отдельных битов: как по числу компьютеров подобрать маску и сколько адресов остаётся для узлов.
1. Зачем подсети: изоляция гостевой сети, серверов и разработки, снижение широковещательной нагрузки и разделение разных технологий или филиалов.
2. Структура адреса: адрес IPv4 состоит из 32 бит, записанных четырьмя октетами по 8 бит. Маска отделяет биты номера сети от битов номера узла.
3. Формула: 2 в степени n даёт число адресов, которые различают n бит. Для 4 адресов нужно 2 бита, для 8 нужно 3, для 2000 нужно 11 (это 2048).
4. Потери адресов: первый адрес интервала обозначает сеть, последний это широковещательный адрес. Для компьютеров остаётся число адресов минус два.
5. Маска: единицы стоят на битах сети, нули на битах узла. Для 8 адресов маска заканчивается на 248, то есть пятью единицами и тремя нулями в последнем октете.
6. Пример на 2000 компьютеров: нужно 11 битов узла, маска 255.255.248.0. Первая сеть идёт от 192.168.0.0 до 192.168.7.255, вторая начинается с 192.168.8.0.
7. Перевод чисел: двоичное и десятичное представление переводятся через степени двойки (128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1), как детали конструктора. Калькулятор в режиме программиста помогает проверить результат.
После урока вы можете подобрать маску под нужное число адресов и вычислить границы подсети.

Содержание лекции: Двуичная арифметика адресов IP

  1. 00:00

    Зачем делить сеть на подсети

  2. 03:25

    Логические сети совпадают с физическими

  3. 04:53

    Покупка подсети в интернете

  4. 06:01

    Номер подсети на уровне битов

  5. 08:39

    Выбор маски для четырех адресов

  6. 09:31

    Сколько битов нужно для адресов

  7. 11:54

    Перевод октета в двоичный вид

  8. 14:18

    Маска 252 и итоговые адреса

Расшифровка лекции: Двуичная арифметика адресов IP

Полный текст первых минут лекции «Двуичная арифметика адресов IP» из видеокурса PracticU – субтитры с временной меткой для каждого абзаца. Так можно прочитать и найти нужные темы ещё до начала обучения.

  1. 00:00

    Здравствуйте, назовём эту лекцию так: Арифметика IP-адресов для продвинутых, потому что мы будем работать на уровне отдельных битов. Но начнём с самого общего.

  2. 00:11

    Зачем вообще разделять на подсети? Первая причина — не сделать просто единую сеть. Это соображение безопасности. Например, в моей компании для посетителей я хочу отдельную сеть Wi-Fi, а для рабочих же станций моих работников я хочу свою сеть, потому что все, кто находится в единой сети,

  3. 00:30

    имеют прямой доступ друг к другу. Таким образом, если бы посетитель моей компании находился в той же сети, что и моей рабочей станции, и мои серверы, то он мог бы попытаться напрямую с ними связаться и их взломать.

  4. 00:43

    Поэтому компьютеры посетителей и внутренние компьютеры моей фирмы я, например, ставлю в разные сети. В настоящих, существующих компаниях из жизни принято делать отдельную сеть для серверов.

  5. 00:54

    Ее, как правило, зовут Production. Отдельную сеть делают для программистов, для разработчиков. Они разрабатывают свои аппликации и у них отдельная сеть для того, чтобы они делали там свои эксперименты.

  6. 01:06

    Такая сеть обычно называется Development, Dev. Бывает также отдельная сеть для QA, это такие ревизоры качества. Готовый, но еще не опробованный продукт передается им, и они его испытывают.

  7. 01:19

    Таковы примеры разделения сети нашей компании на подсети из соображений и безопасности информации. А еще разделение на подсети происходит по причине распределения нагрузок.

  8. 01:32

    Без разделения на разные сети сеть может быть слишком перегружена. Есть программы, которые учиняют бродкаст, то есть, так сказать, кричат в сети, то есть посылают сообщения сразу всем, кто в сети.

  9. 01:44

    Бродкасты нагружают сеть. Если одна программа интенсивно использует бродкасты, то с точки зрения других программ сеть может быть перегружена Или вовсе может исчезнуть связь с интернетом, например.

  10. 01:57

    И последняя причина — это разность в технологии. Например, у нас одна сеть Ethernet, а другая сеть у нас ADSL. То есть, если мы используем разные кабели, разные технологии, то и логически, а не только физически, это должны быть тоже разные сети.

  11. 02:13

    Итак, зарубите себе на носу. Все, кто в одной сети, могут связываться друг с другом напрямую, не проходя через раутер. А раутер передает сообщения между сетями.

  12. 02:24

    И он также играет роль таможни, с помощью которой можно вводить разные ограничения. И, разумеется, логически разные сети нам нужны, если у нас физически эти сети совершенно разные и находятся в разных местах.

  13. 02:36

    Например, у нас есть одна сеть в Великобритании, другая в Китае, а третья в США. Так вот, из-за географического их разного положения, каждой такой физической сети нужна своя собственная отдельная логическая сеть.

  14. 02:48

    Давайте рассмотрим пример разделения всех компьютеров на разные подсети в большой организации. Каждый филиал получает подсеть 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5.

  15. 02:59

    Допустим, я директор какого-то филиала, и я получил 10.5. И я уже внутри того, что я получил, делю все на разные подсети. 10.5.1 – это у меня сеть для серверов.

  16. 03:09

    10.5.2 – это Wi-Fi. 10.5.3 – это обычные офисные работники. Внимание, можно взять какой-то интервал и разделить его на под-интервалы. Вы понимаете, между собой разные сети связывает раутер.

  17. 03:23

    Скоро мы доберёмся до вовсе тонкого дела, ради которого, собственно, этот фильм. А пока что далее базовое общее. Адреса IP нужно выдавать компьютерам согласно их сети, согласно уникальным адресам сети, в которой они находятся.

  18. 03:37

    Другими словами, логическое разделение на сети должно совпадать с физическим. Выдавание компьютером IP-адресов и разделение логическое на разные сети должно совпадать с физическим строением сетей.

  19. 03:49

    Например, вот у нас раутер и две сети слева и справа от него. Раутер может соединять много сетей, но у нас тут в примере всего 2.

  20. 03:57

    И в левой сети у нас есть компьютер с IP-адресом 10.1.1.55. А в сети справа у нас есть компьютер 10.1.1.54.

  21. 04:06

    И смотрите, согласно выданным IP-адресам, этот компьютер находится в той же сети, допустим, вот эта вот сеть у нас. И когда этот компьютер сделает ping к адресу 54, сигнал не будет передан раутеру, потому что компьютер увидит, что пункт назначения — это 10.1.1.

  22. 04:21

    И поэтому цель сообщения он будет искать в своей сети. Будет искать его в своей локальной сети. И не найдет, подумает, что тот компьютер выключен.

  23. 04:31

    Потому что он не знает, что нужно обратиться к раутеру. А как же дать ему знать, что нужно обратиться к раутеру?

  24. 04:37

    Так вот, номера сетей должны быть разные. У одного компьютера, например, 10.1.1, а у второго 10.1.2. И тогда компьютер увидит, что если делают пинг к 10.1.2, 54.

  25. 04:48

    И он увидит, что в его сети это 10.1.1, то он обратится к раутеру. Другими словами, разделение на подсети должно совпадать с физическим делением. Тем, с каких сторон все подключено к раутеру.

  26. 05:00

    А теперь перейдем к главному. Дело в том, что интернет тоже делится на подсети, которые покупают себе люди. Агрессное пространство адресов в интернете делится на разных людей, которые купили эти адреса.

  27. 05:13

    И адресное пространство в интернете мы не можем так грубо делить 10.1.2, 10.1.3, 10.1.4, потому что там адресов всегда слишком мало, и они дорогие.

  28. 05:22

    И адресное пространство для подсети не выдается сразу большой пачкой, чтобы там была куча неиспользованных адресов. Мы хотим достигнуть очень тонкой выдачи, очень тонкого деления на подсети.

  29. 05:32

    Например, один человек купил себе адреса в интернете для своей подсети в интернете: 82, 166, 39, с 32 по 35. То есть он купил себе 4 адреса. А другой человек купил себе в интернете подсеть с теми же самыми первыми тремя числами, но в последнем байте у него с 36 по 39.

  30. 05:53

    То есть номера подсетей могут отличаться, например, только в последнем байте. То есть в интернете не обязательно один человек забирает себе все, где первые три числа в сети такие-то.

  31. 06:03

    То есть номер подсети мы имеем уже на уровне отдельных битов. Не пугайтесь, скоро все будет разъяснено. Итак, начнем. Прежде всего, мы не говорим о покупке в интернете какого-то одного статичного определенного IP-адреса.

  32. 06:18

    Но мы говорим сразу о покупке целого интервала IP-адресов, то есть о покупке целой подсети. Из этого интервала адресов я организовываю подсеть.

  33. 06:27

    Например, я делаю это для того, чтобы поместить несколько веб-серверов в интернете. И у этих серверов у меня должны быть разные IP-адреса.

  34. 06:36

    Например, почтовый сервер и веб-сервер мне нужен с разными IP-адресами. Я хочу от интернета получить целую свою подсеть. У многих организаций есть в интернете свои интервалы.

  35. 06:48

    Можно в интернете приобрести всего один IP-адрес, но это не будет подсетью. У вас на домашнем компьютере один IP-адрес в интернете, поэтому не спутайте с домашним компьютером.

  36. 06:58

    Мы тут говорим не об одном, а об целом интервале IP-адресов в интернете и, соответственно, о делении интернета на подсети. Например, возьмем внешний IP-адрес моего колледжа, то есть адрес моего колледжа в интернете.

  37. 07:10

    Это 82.166.29.38. Это его внешний IP-адрес. Мы уже много говорили о том, что subnet mask может иметь значение, например, 3 раза 255 и 0 после.

  38. 07:23

    Что означает, например, такой subnet mask? Это означает, что вся сеть 82.166.29 моя. И это было бы напрасным растранжириванием IP-адресов. Потому что мне нужно всего 4 внешних IP-адреса.

  39. 07:36

    Мне не нужно целых 256 IP-адресов. То есть, если все значения последнего байта мои, то получается 256 отдельных адресов. И поэтому последний четвёртый байт в Subnet Mask мы хотим разделить на разные подсети.

  40. 07:48

    Каждый такой байт, каждое такое отдельное число в IP-адресе, каждый из четырёх, называется октата. И IP-адрес состоит из четырёх октат. В каждой такой октате 8 битов.

  41. 08:01

    Таким образом, всего в IP-адресе у нас 32 бита в протоколе IP версии 4. А вот в протоколе IP-версии 6 128 битов. Но мы сейчас работаем с четвёртой версией, в которой 32 бита, и эти 32 бита разделены на 4 группы по 8 битов.

  42. 08:17

    И IP-адрес принято писать с точками между этими группами. Так вот, цель нашего деления на подсети заключается в том, чтобы получить номер сети, который бы давал мне только подсеть с номерами от 36 до 39, то есть в последнем байте, а не всё адресное

  43. 08:34

    пространство в 256 адресов, то есть всю сеть, которая после 29. Какой же тогда должен быть у меня адрес под сети, subnet mask, чтобы с помощью нее выделить именно эти 4 IP-адреса?

  44. 08:46

    Честно говоря, скажу вам уже, забегая наперед, что я таким образом получу не 4 адреса, потому что самый первый адрес работает для обозначения всей сети.

  45. 08:55

    Запрещено его давать какому-то компьютеру, а последний адрес интервала используется для бродкаста, то есть для обращения ко всем компьютерам этой сети.

  46. 09:03

    Его тоже запрещено выдавать какому-то компьютеру. Таким образом, покупая какой-то интервал в интернете, мы получаем не целиком для наших компьютеров весь этот интервал, а то, сколько в этом интервале минус 2.

  47. 09:14

    То есть, купив под сеть в 4 IP-адреса, мы получим для наших компьютеров всего 2 IP-адреса. То есть, то, сколько адресов мы купили, минус 2.

  48. 09:23

    Далее, так вернемся к нашей задаче. Сколько нам нужно битов в последнем байте, чтобы обозначить адресное пространство в 4 IP-адреса? Ответ очень прост.

  49. 09:32

    Какая это степень двойки? то, сколько нам нужно адресов. Нам нужно 4 IP-адреса. 4 – это 2 во второй степени. Значит, нам нужно 2 бита, чтобы адресовать 4 адреса, чтобы выделить именно 4 IP-адреса, чтобы с помощью разных значений этих двух битов обозначить, какой именно из адресов нам

  50. 09:52

    нужен. Поэтому, если это 4 разных адреса, то нам нужно 2 бита. Итак, формула такова. 2 в степени того, сколько битов мне нужно, равно то, сколько адресов мне нужно.

  51. 10:03

    А допустим, мне нужно было бы 16 адресов, потому что у меня было бы 14 серверов. Тогда сколькими битами я должен был бы заниматься? 2 в степени x равно 16.

  52. 10:14

    То есть 4 бита адресовали бы мне конкретный адрес в этом интервале из 16 адресов. Но в данном случае мы занимаемся 4 адресами, а значит нам нужно 2 бита, которые смогут различать для нас 4 адреса.

  53. 10:29

    Почему? А давайте рассмотрим все возможные комбинации из 2 битов. 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1. Всего 4 комбинации. То есть 2 бита могут различать, хранить 4 разных номера.

  54. 10:41

    И нам осталось лишь теперь разложить адреса IP в нашей сети, которую мы хотим, на биты. И увидеть, какие 2 бита будут меняться для наших компьютеров, а какие будут постоянны и будут являться адресом всей сети.

  55. 10:55

    И дадут нам subnet mask, нужный нашей сети. Если все это прозвучало страшно, не пугайтесь, все разъяснится.

  56. 11:03

    Итак, из 32 битов IP-адреса мы берем лишь 2 бита для компьютеров в сети, а оставшиеся же 30 битов будут служить нам адресом всей сети, номером сети. В наших домашних сетях или корпоративных внутренних мы привыкли к тому, что Subnet Mask устанавливает границу чисто между байтами после первых 3 байтов или после первых 2.

  57. 11:28

    То есть в первом случае 24 бита идут на номер сети, Остальные же 8 битов на номера компьютеров в этой сети. Но сейчас нам не нужно все 8 битов, потому что мы не хотим платить интернету 256 умножить на цену одного адреса IP.

  58. 11:44

    Нет, пусть интернет выдаст их кому-нибудь другому. Мы хотим лишь 2 бита из этих 8. Так берем же эти последние 8 битов и давайте посмотрим, что мы с ними делаем.

  59. 11:54

    Сперва эти 8 скандальных битов нам нужно перевести в двоичное число, то есть десятиричное нужное нам значение в двоичное. Открываем калькулятор в режиме для программистов.

  60. 12:07

    Когда мы запускаем программу Calc, она открывается в стандартный режим. Заходим во View и переводим в Programmers. Мы получаем калькулятор с особым набором функций и записываем туда число из интересующего нас интервала, 38.

  61. 12:21

    И, внимание, тут есть режимы отображения, режим исчисления, десятиричный и двоичный. Нажимаем на бинари и переходим в двоичный режим отображения.

  62. 12:29

    Калькулятор переводит нам число в двоичное. в двоичном представлении 38 – это 1, 0, 0, 1, 1, 0. Это как раз то, что я написал здесь.

  63. 12:38

    1, 0, 0, 1, 1, 0. И еще я добавил два нолика в начале, чтобы получить 8 цифр, 8 битов. Смотрите также наши фильмы о том, как делать такой перевод без калькулятора, вручную.

  64. 12:51

    Итак, этап первый. Мы перевели любой из адресов в нужном нам интервале в двоичное представление. А суть нашего дела в том, чтобы объяснить компьютеру, что вот это вот все, это все subnet mask, это все число сети.

  65. 13:07

    И лишь два самых последних бита отражают конкретный компьютер в MyACT. Мне нужно всего 4 адреса в MyACT, и как раз 2 бита дают 4 разных комбинации. Давайте вновь посмотрим на subnet mask, к которому мы привыкли.

  66. 13:22

    Типа того, как 255, 255, 255, 0. То есть последовательность из единиц вплоть до границы, после которой адресуются разные компьютеры, а после все нули.

  67. 13:33

    Вообще все subnet mask таковы. Просто в нашем случае теперь это уже не будет кратно восьми. Нам нужно более тонкое разделение. В нашем случае нам нужен subnet mask, где будут все единицы и только два последних.

  68. 13:45

    Бита будут нолики. То есть вначале будут все так же три байта из единичек, а в последнем байте будет шесть единичек и два нолика.

  69. 13:52

    Так вот, поняв, какой нам нужен subnet mask, мы вводим последний байт в калькулятор, 6 единичек и 2 нолика, и мы получаем 252. Смотрите, пишем в калькуляторе 6 единичек, и после 2 нолика, это последний байт нашего subnet mask.

  70. 14:08

    Вы понимаете, subnet mask всегда имеет вид, все единички до определенной границы, которая нам нужна, а после все нолики. Такова всегда subnet mask. Просим у калькулятора показать это число в десятиричном представлении, и получаем 252.

  71. 14:23

    И мы получаем, что все было посчитано правильно. Мы убеждаемся в том, что калькулятор не ошибся. Так вот, досюда это у нас постоянная часть IP-адресов.

  72. 14:33

    Если там что-то изменить, то я уже попаду к соседям. Менять я могу только что-то в последних двух битах. И я получаю такие вот адреса.

  73. 14:41

    Зачем мы морочились, все это переводили из двоичного в десятеричный и наоборот? Потому что в интерфейсе мы вводим числа в десятеричном представлении. Итак, я заплатил за 4 IP-адреса, а не за 256.

  74. 14:55

    Но на деле я могу поставить компьютер и использовать IP-адресы 37 и 38. Допустим, один у меня почтовый сервер, а другой веб-сервер. И я ставлю на эти два адреса мои два сервера, и в них я указываю subnet mask в этих двух серверах, которые непосредственно подключены к интернету,

  75. 15:14

    которые прямо в интернете. И там subnet mask — это 3 раза 255 и в

Полный курс: Курс техников Windows

Предыдущая лекция: Двоичные и шестнадцатеричные числа

Следующая лекция: Основы строения ПК (PC)

Похожие лекции из других курсов

  • Механизм отображения виртуальных адресов в физические
  • Port Security - Ограничение количества MAC адресов на порту

Другие курсы этого направления

  • Курс системных администраторов - MCSE / MCSA / MCTIP
  • Системный администратор - Учимся за 3 минуты
  • Собеседование - Системный администратор