Címzés IPv4 -en

Egy IPv4 hálózaton az állomások három módon kommunikálhatnak:

Egyedi címzés (unicast) Az állomás egyetlen másik állomásnak küld csomagot.

Szórás Egy állomás a hálózat összes állomásának küld csomagot.

Csoportos címzés (multicast) Az állomás egy bizonyos csoportba tartozó, akár különböző hálózatokon levő állomásoknak küldi a csomagot.

Ez a háromféle kommunikációs módszer különböző célokra használatos. Mindhárom esetben a küldő állomás IPv4-címe kerül a csomag fejlécébe, mint forráscím.

Egyedi címzéses forgalom

Állomások egymás közötti kommunikációjának általános módja az egyedi címzéses továbbítás, akár kliens-szerver akár egyenrangú (peer-to-peer) hálózatról van szó. Az egyedi címzésű csomagok célcímként a cél eszköz címét használják, ezek a csomagok hálózatok között is továbbíthatók.

Az animáció lejátszásával egyedi címzéses átvitelre láthatunk példát.

IPv4 hálózaton állomáscímnek hívjuk a végberendezés egyedi címzésű címét. Egyedi címzésű kommunikációnál a két végberendezéshez rendelt cím lesz a forrás és cél címe. A beágyazás folyamata során a forrás állomás a saját címét az egyedi címzésű csomag fejlécének forráscím mezőjében, a cél állomás címét pedig a csomag célcím mezőjében helyezi el. Függetlenül attól, hogy a csomag célja egyedi cím, szórási cím vagy csoportcím, a csomag forráscíme mindig a küldő állomás egyedi címe.

Megjegyzés: Ebben a kurzusban az eszközök közti kommunikáción, ha nem jelezzük külön egyedi címzésű átvitelt értünk.

Az IPv4 állomáscímek egyedi címzésű címek, a 0.0.0.0 és 223.255.255.255 közé esik a tartományuk. Azonban ebben a tartományban is számos cím van, amik speciális célra vannak fenntartva. Ezekről a speciális célú címekről később lesz szó a fejezet során.Csoportos küldés (multicast)

A csoportos küldést (multicast) arra tervezték, hogy takarékosan bánjon az IPv4 hálózat sávszélességével. A forgalmat azáltal csökkenti, hogy lehetővé teszi az állomás számára egyetlen csomag egyszerre több, a csoportcímre feliratkozott állomásnak történő elküldését. Egyedi címzés használatával az állomásnak külön-külön csomagot kellene minden cél állomás számára elküldenie. Csoportos címzéssel a forrás állomás egyetlen csomagja több ezer cél állomáshoz is eljuthat. A köztes hálózatok feladata az, hogy a multicast üzenetek folyamát hatékony módon többszörözzék úgy, hogy azok csak a tényleges címzettekhez jussanak el.

Néhány példa a csoportos küldéses átvitelre:

Videó és audió adások.

Forgalomirányító protokollok forgalomirányító információinak cseréje.

Szoftver terjesztés.

Távoli játék.

Csoportos küldéses címek (multicast cím, csoport cím)

Az IPv4 egy címtartományt tart fenn a multicast csoportok számára. Ez a tartomány 224.0.0.0 és 239.255.255.255 közé esik. A multicast címtartományt felosztották különböző címtípusok számára: fenntartott link-local (adatkapcsolati szinten helyi) címek és globális hatókörű címek. Egy további multicast címtípus az adminisztratív hatókörű címek, más néven korlátozott hatókörű címek.

A 224.0.0.0 és 224.0.0.255 közé eső multicast címek a fenntartott link-local címek. Ezeket a címeket a helyi hálózatban levő multicast csoportok használják. A helyi hálózatban működő forgalomirányító felismeri, hogy a csomagokat link-local multicast csoportnak címezték és nem továbbítja őket. A fenntartott link-local címek használatának tipikus példája a forgalomirányítók kommunikációja, amelyek multicast átvitellel cserélnek forgalomirányítási információkat.

A globális hatókörű címek 224.0.1.0 és 238.255.255.255 közé esnek. Interneten keresztüli multicast forgalomra használhatók. Például a 224.0.1.1 a Hálózati Idő Protokoll (Network Time Protocol, NTP) számára van fenntartva, hálózati eszközök pontos idejének szinkronizálására használatos.

Multicast kliensek

Azokat az állomásokat, amelyek adott multicast kommunikációt fogadnak multicast klienseknek nevezzük. A multicast kliensek a kliens program által igényelt szolgáltatások segítségével iratkoznak fel a multicast csoportba.

Minden multicast csoportot egyetlen IPv4 multicast célcím képvisel. Amikor egy IPv4 állomás feliratkozik egy multicast csoportba, az állomás a multicast címre érkező csomagokat éppúgy feldolgozza, mint az ő saját egyedi címére érkezőket.

Az IP címek célja Egy állomásnak IP-címre van szüksége, hogy része lehessen az Internetnek. Az IP-cím egy logikai hálózati cím, ami azonosít egy bizonyos állomást. Megfelelően kell konfigurálni és egyedinek kell lennie ahhoz, hogy kommunikálni tudjunk más eszközökkel az Interneten. Az IP címet az állomás hálózati csatolóeszközének kapcsolatához rendelik. Ez a kapcsolat általában egy hálózati csatoló (NIC), ami az eszközbe van szerelve. A hálózati illesztővel rendelkező végfelhasználói eszközökre példák a munkaállomások, kiszolgálók, hálózati nyomtatók és IP-telefonok. Némely kiszolgálónak egynél több hálózati csatolója lehet, és ezek mindegyike saját IP címmel rendelkezik. A forgalomirányító interfészei, amelyek a kapcsolatot biztosítják egy IP hálózathoz, szintén rendelkeznek IP címmel. Minden, az Interneten keresztül küldött csomagnak van egy forrás és egy cél IP címe. Ezt az információt igénylik a hálózati eszközök, hogy biztosítsák az információ eljutását a célhoz, és bármely válasz visszatérését a forráshoz. Az IP címek felépítése Egy IP cím nem más, mint 32 bináris számjegy (0-ák és 1-ek) sorozata. 32 bit 8 x4 bit bájtba csoportosítják, okettnek hívjuk. Decimális megfelelőjével írunk le, decimális pontozott jelölés. A 32 bites IP címet az IP 4-es verziója, az IPv4 írja le, és jelenleg a leggyakoribb IP címforma az Interneten. Több mint 4 milliárd lehetséges IP cím létezik a 32 bites címzési séma felhasználásával. Amikor egy állomás fogad egy IP címet, megvizsgálja mind a 32 bitet, ahogy azt megkapta a NIC-től. Az embereknek viszont át kell alakítaniuk ezt a 32 bitet a négy oktettes decimális megfelelőjére. Minden oktett 8 bitből áll, és minden bitnek van helyiértéke. A 8 bit négy csoportján belül ugyanazok a helyiértékek. A jobb oldali szélső bitnek 1 a helyiértéke, a maradék biteknek pedig jobbról balra 2, 4, 8, 16, 32, 64 és 128. Az oktett értékét úgy állapítjuk meg, hogy összeadjuk a helyiértékeket azokban a pozíciókban, ahol bináris 1 van.  Ha 0 szerepel egy pozíción, akkor nem adjuk hozzá a helyiértéket.  Ha mind a 8 bit 1-es, 11111111, akkor az oktett értéke 255 (128+64+32+16+8+4+2+1).  Ha a 8 bit kevert, mint például 00100111, akkor az oktett értéke 39 (32+4+2+1).  Tehát a négy oktett mindegyikének értéke 0 és a maximális 255 közé esik. Az IP cím részei A logikai 32 bites IP cím hierarchikus, és két részből áll. Az első rész azonosítja a hálózatot, a második rész pedig egy állomást azon a hálózaton. Mindkét részre szükség van az IP címben. Például, ha az állomásnak 192.168.18.57 az IP címe, akkor az első három oktett (192.168.18) azonosítja a cím hálózati részét, és az utolsó oktett (57) azonosítja az állomást. Ez hierarchikus címzésként ismert, mivel a hálózati rész jelöli a hálózatot, amin minden egyes egyedi állomáscím elhelyezkedik. A forgalomirányítóknak csak azt kell tudni, hogyan érik el az egyes hálózatokat, ahelyett, hogy ismernék minden egyes különálló gép helyét. Amikor egy IP állomást beállítunk, egy alhálózati maszkot is rendelünk az IP cím mellé. Ahogy az IP cím, az alhálózati maszk is 32 bit hosszú. Az alhálózati maszk jelöli ki, hogy az IP cím melyik része a hálózatcím és melyik az állomáscím. Az otthoni és kis üzleti hálózatokban leggyakrabban a következő alhálózati maszkokat látjuk: 255.0.0.0 (8 bit), 255.255.0.0 (16 bit) és 255.255.255.0 (24 bit). A 255.255.255.0 (decimális) vagy 11111111.11111111.1111111.00000000 (bináris) formájú alhálózati maszk 24 bitet használ arra, hogy azonosítsa a hálózatot, így 8 bit marad a hálózat állomásainak azonositására. Egy másik mód az állomások számának kiszámítására az, hogy összeadjuk a rendelkezésre álló állomásbitek helyiértékeit (128+64+32+16+8+4+2+1 = 255). Ebből a számból vonjunk ki egyet (255-1=254), mert minden állomásbit nem lehet 1-es. Nem szükséges 2-t kivonni, mert az összes 0-ás bit értéke nulla, és ez nem szerepel az összeadásban. Az IP cím és az alhálózati maszk együttműködik azért, hogy meghatározzák, az IP cím melyik része jeleníti meg a hálózat címét, és melyik az állomások címét. Az IP címeket 5 osztályba soroljuk. Az A, B és C osztályok üzleti felhasználású címek és állomásokhoz rendeljük őket. A D osztályt a csoportos címzéshez foglalták le, míg az E osztályt kísérleti célokra. A C osztályú címeknek három oktettje van a hálózatok részére és egy az állomásoknak. Az alapértelmezett alhálózati maszk 24 bites (255.255.255.0). A C osztályú címeket általában kisebb hálózatokhoz rendelik. A B osztályú címekben két oktett jeleníti meg a hálózati részt és kettő az állomásazonosítót. Az alapértelmezett alhálózati maszk 16 bites (255.255.0.0). Ezeket a címeket tipikusan a közepes méretű hálózatokban használják. Az A osztályú címeknek csak egy oktettje jeleníti meg a hálózati részt, és három reprezentálja az állomásokat. Az alapértelmezett alhálózati maszk 8 bites (255.0.0.0). Ezeket a címeket jellemzően nagy szervezetekhez rendelik hozzá. A cím osztálya megállapítható az első oktett értékéből. Például, ha az IP cím első oktettjének értéke a 192-223 tartományba esik, akkor a C osztályba soroljuk. Például, a 200.14.194.67 egy C osztályú cím.