IP-адрес и подсети

IP-адрес (или Интернет-адрес) является 32-разрядным числом, используемым, чтобы идентифицировать узел в сети IP. Это обычно выражается как четыре числа, разделенные периодами, такими как A.B.C.D, где A, B, C, и D - десятичные числа между 0 и 255. Например, IP-адрес 192.168.0.10.
В пределах изолированной частной сети пользователь может произвольно присвоить IP-адреса узлам в сети, с любыми адресами до тех пор, пока каждый адрес уникален.
Однако когда частная сеть соединена с Интернетом (общедоступная сеть), пользователь должен использовать зарегистрированные IP-адреса для всей внешней связи, чтобы избежать дублирования адреса.
У IP-адреса есть две части: сетевая часть (или префикс), который идентифицирует определенную сеть, и локальную часть, которая идентифицирует определенный узел в пределах сети. Разделение между сетевой частью и локальной частью произвольно (в зависимости от размера сети и присвоения). Всем узлам в пределах сети должны быть присвоены IP-адреса с той же самой сетевой частью. Сеть может быть далее разделена на несколько подсетей из соображений упрощения администрирования, разделения физических сетей, или управления сетевым трафиком. Например - сеть с 150 узлами может быть разделена на три подсети, то есть в каждой подсети по 50 узлов.
Одна очевидная причина деления сети состоит в том, что Сеть Ethernet с 50 узлами будет намного менее загружена, чем с 150 узлами. В сети с подсетями, локальная часть IP-адреса может быть представлена как наличие двух частей: адрес подсети, которая идентифицирует определенную подсеть в пределах сети, и адрес, относящийся к хосту, который идентифицирует определенный узел в пределах подсети. В этом случае также разделение между частью подсети и частью, относящейся к хосту произвольно (в зависимости от размера подсети и присвоения). Всем узлам в пределах подсети должны быть присвоены IP-адреса с той же самой сетевой частью и той же самой частью подсети.
Например, у сети с 16-разрядным префиксным адресом 128.10.0.0 может быть две подсети такие как 128.10.1.0 и 128.10.2.0, где часть подсети шириной 8 битов. В пределах подсети 128.10.1.0, у узла может быть IP-адрес такой как 128.10.1.1 или 128.10.1.2. Подсеть идентифицирована ее адресом (комбинация сетевой части и части подсети) и маской подсети. Маска подсети - 32-разрядное двоичное число, используемое, чтобы замаскировать IP-адрес (выполняя поразрядную операцию И), чтобы генерировать адрес подсети.
Обычно, маска подсети выражена в форме IP-адреса. Например, маска подсети 255.255.255.0 и IP-адрес 128.10.1.1 узла определяют, что адрес подсети 128.10.1.0 (с 24 рабочими битами). Subnets соединен шлюзами (маршрутизаторы). Чтобы отправить IP пакет от одного узла к другому в пределах той же подсети, пакет передается (физической сетью, такой как Ethernet) непосредственно к конечному хосту, не проходя через шлюз подсети. Однако, чтобы отправить пакет IP от одного узла в одной подсети к другому узлу в другой подсети или сети, пакет должен сначала быть доставлен шлюзу подсети. В этом случае шлюз передает пакет к конечному хосту или другому шлюзу, который продолжает направлять пакет к конечному хосту. Как узел узнает, что пакет IP должен быть отправлен его шлюзу подсети, вместо другого узла в пределах той же самой подсети? Ответ прост - по справке маски подсети.
Когда IP пакет готов для передачи, узел выполняет поразрядную операцию И, используя его маску подсети и целевой IP-адрес пакета. Если результат соответствует своему адресу подсети (поразрядное И его маски подсети и ее IP-адреса), конечный хост находится в пределах той же самой подсети, и пакет должен быть отправлен непосредственно конечному хосту.
Если результат не соответствует своему адресу подсети, конечный хост находится за пределами своей подсети, то пакет должен быть отправлен шлюзу подсети. Подсети невидимы вне своих сетей; они только известны в пределах их IP-адресов сетей. По типу адресации сети могут быть разделены на следующие три типа, основанные на адресации контекста:

Одноадресная передача (Unicast)

Это - наиболее распространенный тип. Одноадресный IP-адрес присвоен отдельному узлу (включая шлюзы и маршрутизаторы).
Когда целевой IP-адрес IP пакета - индивидуальный адрес, пакет передается только узлу, которому принадлежит целевой IP-адрес.

Многоадресная передача (Multicast)

Многоадресный IP-адрес связан с группой заинтересованных узлов. IP-адреса от 224.0.0.0 до 239.255.255.255 выделены, как групповые адреса. Когда узел отправляет пакет групповому IP адресу, он только отсылает одну копию в сеть. Сеть сделает копии и отправит одну копию каждому заинтересованному узлу.
Чтобы обратиться к определенному групповому адресу, узел должен подключиться к этому групповому адресу (отправляя IGMP сообщение для запроса о присоединении к группе и получении группового трафика). Multicast облегчает для узла отправителя доставку одинаковых пакетов многим заинтересованным узлам.

Широковещательная передача (Broadcast)

Широковещательный IP-адрес позволяет узлу отправлять пакеты IP всем узлам в сети или подсети. Есть два типа широковещательной передачи: направленная широковещательная передача (directed broadcast) и ограниченная широковещательная передача (limited broadcast). При направленной широковещательной передаче всем узлам в сети передается широковещательный IP-адрес с локальной частью, равной 1. Точно так же, в направленной широковещательной передаче всем узлам в подсети передается широковещательный IP-адрес с частью, относящейся к узлу 1. Специальный IP-адрес 255.255.255.255 используется при ограниченной широковещательной передаче всем узлам в подсети (или сеть без подсети). Когда узел не знает своего IP-адреса и адреса подсети при запуске, то он использует ограниченную широковещательную передачу, чтобы запросить и изучить его сетевые параметры.
Есть некоторые IP-адреса, зарезервированные для особых целей. IP-адрес 127.0.0.1 определяется как петлевой адрес (циклы назад к себе). Когда узел отправит пакет IP 127.0.0.1, пакет будет циклично отправлен назад стеком IP без того, чтобы быть отосланным. Этот петлевой адрес, главным образом, используется для того, чтобы только протестировать. IP-адреса в следующих трех диапазонах определяются как частные адреса. Они могут использоваться только в частных сетях сети и не являются маршрутизируемыми.

   10.0.0.0 к 10.255.255.255
   172.16.0.0 к 172.31.255.255
   192.168.0.0 к 192.168.255.255

IP-адрес узла может быть сконфигурирован статически или динамически, присвоен при запуске (сервером DHCP). Использование статически сконфигурированных IP-адресов это наиболее простой способ построить небольшую сеть.