7. IP adressering

IP protokollet arbetar på nätverksskiktet och har för primär uppgift att koppla samman avsändare och mottagare med hjälp av ett adresseringssystem samt regler för att dirigera datatrafiken mellan kommunicerande parter. Med hjälp av IP-adresser kan rätt mottagare och avsändare identifieras och adresseras vilket möjliggör data utväxling genom ett enkelt eller komplicerat nätverksmiljö. Utan dessa logiska adresser vore inte möjligt koppla samman två avlägsna kommunikationsparter.

IPv4 adressformat

IPv4 adresser kan formateras i binärt och i decimal talsystem. Dessa två talsystem krävs för bättre hantering av IPv4 adresser eftersom nätverksenheter jobbar bäst med ettor och nollor och vi gillar mest decimala tal. Till exempel 1100000.10101000.00001010.00001010 är för oss 192.168.10.10

Så här kan ettor och nollor konverteras till decimala tal:

Potens 27 26 25 24 23 22 21 20
Binärt 1 1 0 0 0 0 0 0
Decimalt 128 64 32 16 8 4 2 1
Multiplikation 128 64 0 0 0 0 0 0
Addition 128 + 64 = 192
Potens 27 26 25 24 23 22 21 20
Binärt 1 0 1 0 1 0 0 0
Decimalt 128 64 32 16 8 4 2 1
Multiplikation 128 0 32 0 8 0 0 0
Addition 128 + 32 + 8 = 168
Potens 27 26 25 24 23 22 21 20
Binärt 0 0 0 0 1 0 1 1
Decimalt 128 64 32 16 8 4 2 1
Multiplikation 0 0 0 0 8 0 2 1
Addition 8 + 2 + 1 = 11
Potens 27 26 25 24 23 22 21 20
Binärt 0 0 0 0 1 0 1 0
Decimalt 128 64 32 16 8 4 2 1
Multiplikation 0 0 0 0 8 0 2 0
Addition 8 + 2 = 10
Resultat 192 168 11 10

En IPv4 adress består av två delar som separeras med hjälp av nätmasken: Nätverks ID och Host ID. Antal nätverks bitar tilldelas som default 8 i klass A, 16 i klass B, och 24 i klass C. Host-bitar tilldelas som default 24 i klass A, 16 i klass B, och 8 i klass C. Default tilldelning innebär att antalet bitar fördefinieras från början, men de får ändras i anpassad adressering.

  • Klass A nätmask 255.0.0.0 betyder 8 nätverksbitar och 24 host-bitar
  • Klass B nätmask 255.255.0.0. betyder 16 nätverksbitar och 16 host-bitar
  • Klass C nätmask 255.255.255.0 betyder 24 nätverksbitar och 8 host-bitar

IPv4 adresstyper

Nätverksadresser identifierar nätverk medan hostadresser identifierar nätverksenheter i nätverken. Varje nätverk har en specifik broadcast-adress som normalt är den sista adressen. Till exempel i nätverksadress 192.168.11.0 är den sista adress 192.168.11.255 och därmed broadcast-adress till nätverket 192168.11.0

Förutom adresserna ovan finns andra IPv4 adresser:

  • Privata adresser är inte giltiga för Internet och begränsas till isolerade lokala nätverk. Följande IPv4 adressblock är privata:
    • 10.0.0.0 till 10.255.255.255 (10.0.0.0 /8)
    • 172.16.0.0 till 172.31.255.255 (172.16.0.0 /12)
    • 192.168.0.0 till 192.168.255.255 (192.168.0.0 /16)
  • Multicast adresser
    • Från 224.0.0.0 till 239.255.255.255 reserveras för multicast adresser. I multicast- adressintervallet finns olika typer av adresser: reserverad länk lokala adresser (reserved link local) och globala adresser (globally scoped). Ytterligare en typ av multicast-adress är de administrativa adresser (administrativelly scoped) även kallad begränsade adresser (limited scoped).
    • Från 224.0.0.0 till 224.0.0.255 är reserverade för “link local” adresser. Dessa adresser skall användas i ett lokalt nätverk. Paket till dessa destinationer har för time-to-live (TTL) satt till 1. När routrar tar emot ett sådant paket minskar routern paketets TTL med ett och då blir det noll. Routern tar bort paketet.
    • En typisk användning av dessa reserverade adresser är utbytet av routing information mellan routrar som använder ett visst routingprotokoll.
    • Från 224.0.1.0 till 238.255.255.255 reserverade för globala adresser används för multicast över Internet. Exempelvis har 224.0.1.1 reserverats för Network Time Protocol (NTP) som synkroniserar tiden i nätverksenheter.
  • Experimentella adresser
    • Från 240.0.0.0 till 255.255.255.254 reserveras för forskning eller experiment. För närvarande är dessa adresser reserverade för framtida användning (RFC 3330). Det tyder på att dessa adresser kan omvandlas till användbara hostadresser men för närvarande kan de inte användas i ett IPv4-nätverk.
  • Speciella adresser
    • Default routeDenna adress representerar vägen genom vilken skickas alla paket som saknar väg till destinationsadress. Routrar i nätverket har listor med olika rutter till olika destinationer, men när destinationsadresserna finns inte i tabellen vidarebefordras paketen till “Default Route“. Default rutt representeras oftast med adressen 0.0.0.0, men det kan representeras med andra adresser inom intervallet 0.0.0.0 – 0.255.255.255 ( 0.0.0.0 / 8) adressblock.
    • Loopback adress – Känt som loppback och 127.0.0.1 används för att styra datatrafiken till sig själva. Loopback-adressen används av applikationer för en intern kommunikation. Genom att använda loopback – adress i stället för den tilldelade IPv4- hostadress kan två tjänster på samma host kringgå de lägre skikten av TCP/IP-stacken. Du kan också pinga till loopback-adressen för att testa konfigurationen av TCP/IP på den lokala hosten. Även om endast 127.0.0.1 adressen används reserveras adressblocket 127.0.0.0 till 127.255.255.255
    • Link-local adresser – Dessa adresser reserverar adressblocket 169.254.0.0 till 169.254.255.255 (169.254.0.0 /16). De tilldelas automatiskt till datorer i ett nätverk där ingen IP-konfiguration är tillgänglig. Link-local adresser kan användas i ett peer-to- peer nätverk eller för hostar som inte kan automatiskt erhålla en adress från en Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) server. Datorer med självkonfiguration av Link-local adresser kan kommunicera med varandra endast inom ett och samma nätverk. Peer-to-peer och klient-server applikationer fungerar med IPv4 Link-Local adresser.
    • Test-Net adresser – Adressblocket 192.0.2.0 till 192.0.2.255 (192.0.2.0 /24) är avsatt för undervisnings- och inlärningsändamål. Dessa adresser får användas i dokumentation och nätverks exempel. Till skillnad från de experimentella adresserna kommer nätverksenheter att acceptera Test-Net adresser i sina konfigurationer. Adresser inom detta block bör inte visas på Internet. Test-Net adresser används ofta tillsammans med DNS namn för övningsdomäner som till exempel example.com och example.net

nettekno-f6-B13

IPv4 klasser

Historiskt grupperades IPv4 adresser enligt nätverksstorlek, stora nätverk adresseras med klass A IPv4 adresser, mellan stora med klass B IPv4 adresser och små nätverk med klass C IPv4 adresser. En sådan gruppering är känd som classful adressering och som dokumenterades i RFC1700 som klass A, B, C, D, och E adresser. Grupperingen görs genom att definiera endast första oktett.

Klass A

En klass A adressblock var utformad för att stödja extremt stora nätverk med mer än 16 miljoner hostadresser. Den första bit i den första oktetten är uppsatt till 0 därmed resterande 7 bitar ger 128 kombinationer/adresser. Kombinationer innebär en kombination av ettor och nollor exempelvis i klass A kan definieras följande kombinationer:

  • 00000000 = 0 eller 0.0.0.0 /8 (reserverad för Default Route)
  • 00000001 = 1 eller 1.0.0.0 /8
  • o.s.v.
  • 01111110 = 126 eller 126.0.0.0 /8
  • 01111111 = 127 eller 127.0.0.0 /8 (reserverad för Loopback)
  • Den första mest signifikant bit är uppsatt och det återstår 7 bitar i första oktett som ger 27 = 128 nätverk där 2 adresser är reserverade, 128 -2 = 126 nätverk finns i klass A.
  • Antal host per nätverk i klass A är 224 = 16 777 216 host per nätverk
  • Klass A börjar från 1 till 126 eftersom 0 och 127 är reserverade adresser.

Klass B

Klass B adressblock utformades för att stödja mellan stora nätverk med mer än 65000 hostar. En klass B IP adress använder de två första oktetter, de andra två oktetter används för hostadresser. På den första oktett är uppsatt de två första bitar till 1 och 0 respektive. Klass B adresser använder prefix /16.

  • 10000000 = 128 eller 128.0.0.0 /16
  • 10000001 = 129 eller 129.0.0.0 /16
  • o.s.v
  • 10111110 = 190 eller 190.0.0.0 /16
  • 10111111 = 191 eller 191.0.0.0 /16
  • De två mest signifikanta bitarna är uppsatta i första oktett och det återstår 14 bitar, det ger 214 = 16384 nätverk.
  • Antal host per nätverk i klass B är 216 = 16 536
  • Klass B adress börjar från 128 till 191.

Klass C

Klass C adressblock utformades för att stödja små nätverk med högst 254 hostar. Klass C adressblock använder de tre första oktetter. På den första oktetten är uppsatta de mest signifikanta bitar till 110. Den fjärde oktetten används för hostadresser. Dessa adresser använder prefixen /24.

  • 11000000 = 192 eller 192.0.0.0 /24
  • 11000001 = 193 eller 193.0.0.0 /24
  • o.s.v
  • 11001110 = 222 eller 222.0.0.0 /24
  • 11011111 = 223 eller 223.0.0.0 /24
  • De tre mest signifikanta bitar är uppsatta och det återstår 21 bitar vilket ger 221 = 2 097 152 nätverk.
  • Antal host per nätverk i klass C är 2^8 = 256 host per nätverk

IPv4 adresstilldelning

I de flesta nätverk konfigureras de flesta slutenheter (datorer) med en automatisk adresstilldelning. I vissa fall kan administratörer behöva tilldela statiska adresser. Med en statisk adresstilldelning måste nätverksadministratören manuellt konfigurera nätverksinformationen för en host.

Statiska adresser har vissa fördelar jämfört med dynamiska adresser. Till exempel de är användbara för skrivare, servrar och andra nätverksenheter som måste vara tillgängliga för klienter i nätverket. Hostar normalt kommer åt en serverresurs på en viss IP-adress förutsatt att adressen inte ändras men skulle den ändras kommer ändringen att orsaka problem. Dessutom kan statisk adresstilldelning ge ökad kontroll över nätverksresurser.

Statiska adresser är lämpliga endast i vissa fall, annars konfigurationer av sådana adresser kan det vara tidskrävande. När du använder statisk adresstilldelning är det nödvändigt att ha en korrekt lista på IP-adresser som har tilldelats och därmed en lista på lediga IP adresser.

DHCP möjliggör automatisk adresstilldelning samt andra IP information såsom nätmask, default gateway och andra liknande konfigurationer. DHCP server kräver tillgång till ett block av adresser som kallas för adresspool. Adresser som tilldelats från denna pool bör planeras så att de fyller i adresseringskrav för alla nätverksenheter.

DHCP är vanligtvis den bästa metoden för att tilldela IP-adresser till datorer i stora nätverk, eftersom det minskar belastningen på personalen och eliminerar inmatningsfel.

En annan fördel med DHCP är att en adress inte är permanent tilldelad till en host utan bara “lånad” under en tid. Om datorn är avstängd eller tas bort från nätverket returneras adressen till poolen för återanvändning. Den här funktionen är särskilt användbart för mobila användare som kommer och går i ett nätverk.

Internet Assigned Numbers Authority

IANA ( http://www.iana.net ) är den högsta administrativa organisation för IP-adresser. Här inkluderas alla publika IP adresser inklusive IP- multicast-adresser. Fram till mitten av 1990-talet förvaltades alla IPv4 adresser direkt av IANA, idag är IANA en avdelning av ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers).

IANA allokerar IP adresser till regionala Internet registreringsorganisationer RIR (Regional Internet Registry). RIR allokerar IP adresser till lokala registreringsorganisationer LIR (Local Internet Registery) eller NIR (National Internet Registry). ISP organisationer får IP adresser från LIR eller NIR.

De regionala registreringsorganisationer är:

  • AfriNIC (African Network Information Centre) – Africa Region http://www.afrinic.net
  • APNIC (Asia Pacific Network Information Centre) – Asia/Pacific Region http://www.apnic.net
  • ARIN (American Registry for Internet Numbers) – North America Region http://www.arin.net
  • LACNIC (Regional Latin-American and Caribbean IP Address Registry) – Latin America and some Caribbean Islands
  • RIPE NCC (Reseaux IP Europeans Network Coordination Centre) – Europa, Middle East, Central Asia

Ett företag eller organisation som vill ha publika IP adresser ansöker adresserna i första hand via den lokala ISP. Den lokala ISP i sin tur använder IP adresser som tilldelats av högre administrativa organisationer.