Решение заданий 13 ЕГЭ. Организация компьютерных сетей и адресация.

URL адрес

URL — это адрес веб-страницы или файла в интернете.

Он состоит из нескольких частей:

1. Протокол, например, http или ftp.
2. Знаки ://, которые отделяют протокол от остальной части адреса.
3. Доменное имя или IP-адрес сайта.
4. Каталог на сервере, где находится файл.
5. Имя файла.

В URL принято использовать прямой слеш (/ вместо обратного слэша «\») для разделения каталогов.

Пример URL: http://www.example.com/about/us.html

Здесь желтым выделен протокол, фиолетовым — доменное имя сайта, голубым — каталог на сайте и серым — имя файла.

Примеры заданий

Задание 1. Идентификатор некоторого ресурса сети Интернет имеет следующий вид:

http://www.ftp.ru/index.htmlКакая часть этого идентификатора указывает на протокол, используемый для передачи ресурса? Выпишите нужную часть.

Задание 2. Доступ к файлу ftp.net , находящемуся на сервере txt.org, осуществляется по протоколу http. В таблице фрагменты адреса файла закодированы буквами от А до Ж. Запишите последовательность этих букв, кодирующую адрес указанного файла в сети Интернет.

IP адрес

Каждый компьютер, который подключен к интернету, имеет свой уникальный адрес, который называется IP-адресом.

Это как номер телефона, только для компьютеров.

IP-адрес компьютера состоит из четырех чисел, которые разделяются точками.

Каждое из этих чисел может быть от 0 до 255, например: 192.168.85.210. Такое представление связано с тем, что IP адрес — это 32-битное число, то есть число длиной 4 байта. И точки — разделяют байты числа.

Подсеть, адрес подсети и маска подсети

Адрес подсети и маска подсети — это термины, связанные с IP-адресами устройств в сети Интернет. Они помогают определить, какие устройства находятся в одной подсети.

Подсеть — это группа устройств, которые имеют общий IP-адрес и используют один и тот же шлюз по умолчанию.

Шлюз по умолчанию — это устройство, которое обеспечивает соединение между сетью и интернетом.

Маска подсети — это число, которое определяет диапазон IP-адресов, доступных для использования в подсети. Она помогает определить, какие устройства находятся в одной подсети.

 

Например, если у нас есть подсеть с IP-адресами от 192.168.1.1 до 192.168.1.254, то маска подсети будет 255.255.255.0. Это означает, что все IP-адреса в этой подсети начинаются с 192.168.1.x. Адрес такой сети — 192.168.1.0

Как рассчитать адрес подсети, зная IP адрес одного из устройств и маску сети?

Для расчёта адреса подсети, зная IP адрес одного из устройств и маску сети, выполните следующие шаги:

1. Преобразуйте IP-адрес и маску сети в двоичную систему счисления: Как правило, IP-адрес и маска сети представлены в десятичной системе счисления. Преобразуйте каждый из них в двоичную систему.
2. Примените маску сети к IP-адресу: Выполните логическое «И» (AND) между двоичными представлениями IP-адреса и маски сети. Это означает, что для каждой пары битов в IP-адресе и маске сети, результирующий бит будет равен 1, только если оба исходных бита равны 1. Это позволит вам определить адрес подсети.
3. Преобразуйте обратно в десятичную систему: После выполнения операции «И» преобразуйте полученное двоичное значение обратно в десятичную систему счисления. Это будет адресом подсети.

Пример:

Пусть у вас есть IP-адрес: 192.168.1.25 и маска подсети: 255.255.255.0.

1. Преобразуйте их в двоичную систему:IP-адрес: 11000000.10101000.00000001.00011001 Маска подсети: 11111111.11111111.11111111.00000000
2. Выполните побитовую операцию «И» между двоичными представлениями:11000000.10101000.00000001.00000000
3. Преобразуйте полученное значение обратно в десятичную систему: Адрес подсети: 192.168.1.0

Таким образом, адрес подсети для данного примера равен 192.168.1.0.

Реализация расчета адреса сети с помощью модуля ipaddress Python

Модуль ipaddress в Python предоставляет удобные инструменты для работы с IP-адресами и сетями, включая вычисление адреса подсети.

Напишем функцию, с помощью которой можно вычислить IP адрес сети, зная маску и адрес устройства.

Эта функция calculate_subnet_address принимает строку, представляющую IP-адрес, и строку, представляющую маску сети, и возвращает строку, представляющую адрес подсети. Функция также обрабатывает исключения, которые могут возникнуть при неправильном формате входных данных.

import ipaddress

def calculate_subnet_address(ip_address_str, subnet_mask_str):
    try:
        # Преобразование IP-адреса и маски сети в объекты ipaddress.IPv4Address и ipaddress.IPv4Network
        ip_address = ipaddress.IPv4Address(ip_address_str)
        subnet_mask = ipaddress.IPv4Address(subnet_mask_str)

        # Вычисление адреса подсети
        network_address = ipaddress.IPv4Address(int(ip_address) & int(subnet_mask.network_address))

        return str(network_address)
    except Exception as e:
        return str(e)

# Пример использования функции
ip_address_str = "192.168.1.25"
subnet_mask_str = "255.255.255.0"

subnet_address = calculate_subnet_address(ip_address_str, subnet_mask_str)
print("Адрес подсети:", subnet_address)

Описание программы

1. Сначала импортируется модуль ipaddress, который предоставляет возможности для работы с IP-адресами и сетями.
2. В функции calculate_subnet_address(ip_address_str, subnet_mask_str) принимаются две строки: ip_address_str — IP-адрес устройства и subnet_mask_str — маска сети.
3. Внутри функции:a. ipaddress.IPv4Address(ip_address_str) — строка ip_address_str преобразуется в объект IPv4Address, который представляет IP-адрес устройства.b. ipaddress.IPv4Address(subnet_mask_str) — строка subnet_mask_str преобразуется в объект IPv4Address, который представляет маску подсети.c. int(ip_address) и int(subnet_mask.network_address) — IP-адрес и адрес сети преобразуются в целочисленное представление для выполнения побитовой операции «И».d. int(ip_address) & int(subnet_mask.network_address) — выполняется операция «И» между целочисленными представлениями IP-адреса и адреса сети, что приводит к вычислению адреса подсети.e. ipaddress.IPv4Address(...) — целочисленный результат вычисления адреса подсети преобразуется обратно в объект IPv4Address.f. return str(network_address) — адрес подсети преобразуется в строку и возвращается из функции.
4. Далее следует пример использования функции, где задается IP-адрес ip_address_str (например, «192.168.1.25») и маска сети subnet_mask_str (например, «255.255.255.0»). Функция calculate_subnet_address вызывается с этими значениями.
5. Результат выполнения функции выводится на экран, и в результате кода будет выведен адрес подсети, который был вычислен на основе заданных IP-адреса и маски сети.

Общее назначение этого кода — преобразовать IP-адрес устройства и маску сети в адрес подсети, используя модуль ipaddress в Python.

Задание 3. Маской подсети называется 32-разрядное двоичное число, которое определяет, какая часть IP-адреса компьютера относится к адресу сети, а какая часть IP-адреса определяет адрес компьютера в подсети. В маске подсети старшие биты, отведенные в IP-адресе компьютера для адреса сети, имеют значение 1; младшие биты, отведенные в IP-адресе компьютера для адреса компьютера в подсети, имеют значение 0.

Если маска подсети 255.255.255.224 и IP-адрес компьютера в сети 162.198.0.157, то порядковый номер компьютера в сети равен_____

import ipaddress

# Задаем IP-адрес устройства и маску подсети в текстовом формате
ip_address_str = "162.198.0.157"
subnet_mask_str = "255.255.255.224"

# Создаем объекты IPv4Address для IP-адреса и маски подсети
ip_address = ipaddress.IPv4Address(ip_address_str)
subnet_mask = ipaddress.IPv4Address(subnet_mask_str)

# Вычисляем адрес подсети
network_address = ipaddress.IPv4Address(int(ip_address) & int(subnet_mask))

# Вычисляем порядковый номер устройства в сети
ordinal_number = int(ip_address) - int(network_address)

# Выводим порядковый номер устройства
print(f"Порядковый номер устройства в сети: {ordinal_number}")

Создание объекта типа «сеть» в ipaddress

Часто, бывает необходимо создать объект типа «сеть» или IPv4Network. Он пригодится, если нужно вычислить количество компьютеров в сети или вычислить маску подсети.

Чтобы создать данный объект, необходимо использовать адрес подсети плюс префикс подсети или маску.

Что такое префикс подсети?

Длина префикса маски подсети, также называемая «префиксом» или «префиксной длиной», представляет собой количество битов в маске подсети, устанавливающих адрес сети, тогда как оставшиеся биты в адресе определяют адреса устройств в этой сети. Длина префикса обозначается числом после косой черты в формате «IP-адрес/длина_префикса» (например, «192.168.1.0/24»).

Вот несколько примеров для лучшего понимания:

1. Длина префикса 24 бита (IPv4 маска /24):
   • IP-адрес: 192.168.1.0
   • Длина префикса: 24 бита
   • Маска подсети: 255.255.255.0
   • Этот адрес сети включает в себя все устройства в диапазоне от 192.168.1.0 до 192.168.1.255. Последний байт (8 битов) используется для адресов устройств.
2. Длина префикса 16 бит (IPv4 маска /16):
   • IP-адрес: 192.168.0.0
   • Длина префикса: 16 битов
   • Маска подсети: 255.255.0.0
   • Этот адрес сети включает в себя все устройства в диапазоне от 192.168.0.0 до 192.168.255.255. Последние два байта (16 битов) используются для адресов устройств.
3. Длина префикса 28 бит (IPv4 маска /28):
   • IP-адрес: 192.168.1.16
   • Длина префикса: 28 битов
   • Маска подсети: 255.255.255.240
   • Этот адрес сети включает в себя устройства в диапазоне от 192.168.1.16 до 192.168.1.31. Последний байт (8 битов) разбит на более мелкие подсети с 4 адресами в каждой.

Длина префикса определяет количество адресов устройств в сети и степень сегментации сети. Более короткий префикс дает больше адресов для устройств, но меньше сегментации сети, в то время как более длинный префикс ограничивает количество адресов и обеспечивает большую сегментацию. Выбор длины префикса зависит от требований к сети и количества устройств, которые должны быть включены в сеть.

Задание 4. В терминологии сетей TCP/IP маской подсети называется 32-разрядное двоичное число, определяющее, какие именно разряды IP-адреса компьютера являются общими для всей подсети – в этих разрядах маски стоит 1. Обычно маски записываются в виде четверки десятичных чисел — по тем же правилам, что и IP-адреса. Для некоторой подсети используется маска 255.255.254.0. Сколько различных адресов компьютеров теоретически допускает эта маска, если два адреса (адрес сети и широковещательный) не используют?

import ipaddress

# Задаем маску подсети
subnet_mask_str = "255.255.254.0"

# Создаем объект IPv4Network на основе маски подсети
network = ipaddress.IPv4Network(f"192.168.0.0/{subnet_mask_str}", strict=False)

# Вычисляем количество доступных адресов для устройств
available_addresses = len(list(network.hosts()))

# Выводим количество доступных адресов
print(f"Количество доступных адресов для устройств: {available_addresses}")

Задание 5. В терминологии сетей TCP/IP маской сети называется двоичное число, определяющее, какая часть IP-адреса узла сети относится к адресу сети, а какая  — к адресу самого узла в этой сети. При этом в маске сначала (в старших разрядах) стоят единицы, а затем с некоторого места  — нули. Обычно маска записывается по тем же правилам, что и IP-адрес,  — в виде четырёх байтов, причём каждый байт записывается в виде десятичного числа. Адрес сети получается в результате применения поразрядной конъюнкции к заданному IP-адресу узла и маске.

Например, если IP-адрес узла равен 231.32.255.131, а маска равна 255.255.240.0, то адрес сети равен 231.32.240.0.

Для узла с IP-адресом 98.162.71.94 адрес сети равен 98.162.71.64. Чему равно наименьшее количество возможных адресов в этой сети?

Примечание. Адрес сети и широковещательный адрес необходимо учитывать при подсчёте.

from ipaddress import *
pc_ip = '98.162.71.94'
ip = IPv4Address(pc_ip)
net_ip = '98.162.71.64'
for i in range(31,0,-1):
    try:
        net = IPv4Network(net_ip+'/'+str(i))
        if ip in net:
            print(net.num_addresses)
            break
    except:
        pass

Задание 6. В терминологии TCP/IP маской сети называют двоичное число, которое показывает, какая часть IP-адреса узла сети относится к адресу сети, а какая  — к адресу узла в этой сети. Адрес сети получается в результате применения поразрядной конъюнкции к заданному адресу узла и маске сети. Сеть задана IP-адресом 192.168.32.160 и маской сети 255.255.255.240. Сколько в этой сети IP-адресов, для которых сумма единиц в двоичной записи IP-адреса чётна?

В ответе укажите только число.

import ipaddress

# Задаем IP-адрес сети и маску сети
network_ip = "192.168.32.160"
subnet_mask = "255.255.255.240"

# Создаем объект IPv4Network
network = ipaddress.IPv4Network(f"{network_ip}/{subnet_mask}", strict=False)

# Счетчик для подсчета адресов, для которых сумма единиц в двоичной записи четна
count = 0

# Перебираем все адреса в сети
for ip in network:
    binary_ip = bin(int(ip))  # Преобразуем IP-адрес в двоичную строку
    ones_count = binary_ip.count('1')  # Подсчитываем количество единиц
    if ones_count % 2 == 0:  # Проверяем, является ли количество единиц четным
        count += 1

# Выводим количество адресов, для которых сумма единиц в двоичной записи четна
print(f"Количество IP-адресов с четной суммой единиц: {count}")

Задание 7. В терминологии сетей TCP/IP маской сети называется двоичное число, определяющее, какая часть IP-адреса узла сети относится к адресу сети, а какая  — к адресу самого узла в этой сети. Обычно маска записывается по тем же правилам, что и IP-адрес. Адрес сети получается в результате применения поразрядной конъюнкции к заданному IP-адресу узла и маске. По заданным IP-адресу узла и маске определите адрес сети. IP-адрес узла: 135.12.166.217 Маска: 255.255.248.0 При записи ответа выберите из приведённых в таблице чисел четыре элемента IP-адреса и запишите в нужном порядке соответствующие им буквы без использования точек.

from ipaddress import *
pc_ip = '135.12.166.217'
mask_str = '255.255.248.0'
ip = IPv4Address(pc_ip)
net_ip = '98.162.71.64'
for i in range(0,167):
    try:
        net = IPv4Network('135.12.'+str(i)+'.0/'+mask_str)
        if ip in net:
            print(str(net[0]))
            break
    except:
        pass

Задание 8. Для узла с IP-адресом 132.214.141.28 адрес сети равен 132.214.141.0. Укажите наибольшее возможное значение последнего (самого правого) байта маски этой сети. Ответ запишите в виде десятичного числа.

from ipaddress import *
pc_ip = '132.214.141.28'
ip = IPv4Address(pc_ip)
net_ip = '132.214.141.0'
masks = []
for i in range(31,0,-1):
    try:
        net = IPv4Network(net_ip+'/'+str(i))
        if ip in net:
            masks.append(int(str(net.netmask)[str(net.netmask).rfind('.')+1:]))
    except:
        pass
print(max(masks))  

Задание 9. Для узла с IP-адресом 119.167.58.77 адрес сети равен 119.167.32.0. Чему равно наименьшее возможное значение третьего слева байта маски? Ответ запишите в виде десятичного числа.

from ipaddress import *
pc_ip = '119.167.58.77'
ip = IPv4Address(pc_ip)
net_ip = '119.167.32.0'
masks = []
for i in range(31,0,-1):
    try:
        net = IPv4Network(net_ip+'/'+str(i))
        if ip in net:
            masks.append(int(str(net.netmask).split('.')[2]))
    except:
        pass
print(min(masks))