ccna90

درس چهارم: آدرس دهی IP

 

 موضوع: آدرس دهی IP

در این درس به معرفی مفاهیم بنیادین لایه اینترنت از پروتکل TCP/IP پرداخته و با آدرس دهی و مسیریابی IP و چگونگی کارکرد آن در بستر شبکه آشنا می شویم.

 شناخت IP v4

کلمه IP مخفف Internet Protocol یا پروتکل اینترنت است. این پروتکل، در واقع پروتکل محوری در لایه اینترنت در معماری TCP/IP می باشد. می دانید که پروتکل های لایه اینترنت مسوول تبادل اطلاعات بین سیستم های نهایی موجود در شبکه های متشکل از چند LAN می باشند.

پروتکل IP بنیاد پشته پروتکل TCP/IP است.  داده های پروتکل TCP در بسته های IP بسته بندی میشوند. در واقع IP پاکت نامه ای است که اطلاعات TCP/IP را به مقصد می رساند و وظیفه اش انتقال داده ها از مبدا به مقصد است. پشته پروتکل TCP/IP یک پشته پروتکل اتصال گرا می باشد. البته میتواند بدون اتصال هم باشد.  اما خود IP اتصال گرا نیست. تفاوت پروتکل های اتصال گرا و بدون اتصال خیلی ساده است. پروتکل های اتصال گرا قبل از شروع عملیات انتقال، با مقصد در مورد یکسری پارامتر مذاکراتی را به عمل می آورند. مثلا درباره زمان برقراری اتصال، طول session برای انتقال اطلاعات، پهنای باند مجاز و…. به این مذاکره اولیه، Call Setup گفته میشود. اما پروتکل های بدون اتصال که معروفترین آنها پروتکل UDP می باشد، این مذاکره و هماهنگی اولیه را انجام نمی دهند. معمولا برای انتقال بسته های حساس از پروتکل های اتصال گرا استفاده میشود ولی برای بسته های کم اهمیت تر مانند بسته های حاوی صوت از پروتکل های بدون اتصال استفاده میشود.

IP وظایف مهمی را در روند تبادل اطلاعات انجام میدهد:

  • کپسوله کردن: بسته بندی داده های لایه transport داخل واحدهایی به نام دیتاگرام( datagram )
  • آدرس دهی: تشخیص سیستم های موجود در شبکه از طریق آدرس های IP
  • مسیریابی: تشخیص بهترین مسیر تا سیستم مقصد
  • قطعه بندی: بخش کردن داده ها به قطعاتی با اندازه مناسب جهت انتقال
  • تشخیص پروتکل: مشخصات پروتکلی از لایه transport  که داده های موجود در دیتاگرام را تولید کرده است.

 

 

چگونگی عملکرد IP

وقتی یک پروتکل لایه انتقال ( عموما TCP یا UDP ) اطلاعات را به لایه اینترنت میفرستد، IP با اضافه کردن یک header ( سرآیند) به بسته دریافتی، دیتاگرام را بوجود می آورد. این دیتاگرام بعد در لایه شبکه توسط پروتکل اترنت به فریم ( frame ) تبدیل خواهد شد و در آدرس دهی و مسیریابی IP از آن استفاده می شود. اما فعلا در این لایه، آدرس دیتاگرام آدرس کامپیوتری است که مقصد این اطلاعات می باشد. این دیتاگرام تا مقصد دست نخورده باقی می ماند. توجه کنید که هر چیزی که بعنوان header/footer در لایه بعد به آن الحاق میشود، تغییری در محتوای اصل دیتاگرام بوجود نمی آورد.

 

 

 

 

آدرس دهی و مسیریابی IP

تفاوت اصلی IP با سایر پروتکل های لایه اینترنت در این است که IP دارای یک سیستم مستقل و کارامد آدرس دهی می باشد. در اینجا وارد بحث مفصل و شیرین IP Address می شویم و با جزئیات آدرس دهی و مسیریابی IP آشنا می شویم.  ( جهت سهولت از اصطلاح IPA بعنوان مخفف IP Address استفاده خواهیم کرد).

هر IPA موجود در سیاره، ( البته اگر از نسخه 4 باشد)، یک آدرس 32 بیتی یا 4 بایتی است. ( همانطور که در جدول دیتاگرام مشاهده کردید). این 32 بیت به چهار قسمت 8 بیتی با نمایش فرم دهدهی تقسیم شده اند. هر کدام از این قطعات هشت بیتی را یک octet می نامند. IPA در این سیستم آدرس دهی منحصربه فرد خود، هم شناسه شبکه ( Network ID یا Net ID ) را مشخص می کند و هم شناسه کارت شبکه کامپیوتر ( Host ID ). پس یک IPA دارای دو شناسه است. یکی NET ID و دیگری host ID . اینکه هر کدام از این دو ID چه طولی داشته باشند، اساس ایجاد کلاس های IPA شده است. بهرحال قبل از ورود به کلاس ها، باید اشاره کرد که IPA در لایه اینترنت و توسط پروتکل IP قابل فهم هستند. اما در لایه شبکه (که معادل لایه های فیزیکی و پیوند داده های مدل OSI است) مطلقا قابل فهم نیستند. در لایه شبکه ما با آدرس های فیزیکی موسوم به MAC سروکار داریم. در اینجا پروتکلی به نام ARP به یاری می آید. کار این پروتکل اینست که در لایه شبکه، IPA را به MAC همان host ترجمه میکند. یعنی بیان می کند که فلان IPA اشاره میکند به فلان MAC . سپس لایه شبکه که اکنون میداند MAC مورد نظر چیست، عملیات انتقال را انجام خواهد داد.

 

 

کلاس های IPA

همانطور که گفته شد IPA ها هم دارای شناسه شبکه ( Net ID ) و هم شناسه کارت شبکه کامپیوتر ( Host ID ) می باشند. اما چه طولی برای هر کدام؟ پاسخ این سوال، اساس شکل گیری مفهومی به نام کلاس های IPA گردید. در کتاب های دوره Network + در مورد این کلاس ها و نحوه محاسبه طول آنها، مطالب مفصل و پر آب و تابی وجود دارد اما ما در اینجا بصورت خیلی خلاصه و مفید تفاوت ها و ویژگی های این کلاس ها را بیان می کنیم.

CLASS A : در این کلاس، اکتت اول از سمت چپ متعلق به net ID است و سایر اکتت ها به host ID ها تعلق دارند. ( اصولا در همه کلاس ها، ابتدا از سمت چپ اکتت های net ID و سپس اکتت های host ID مشخص میشوند). مقادیر binary بیت های اول هر کلاس،، تعیین کننده مقادیر دهدهی موجود موجود در اولین اکتت هستد. در کلاس A ، مقدار اولین بیت از چپ، صفر است. ( 00000001 تا 01111111 ). پس نتیجه می گیریم که مقدار اولین اکتت میتواند بین 1 تا 127 باشد. تازه IPA که با 127 شروع شود، جهت استفاده بعنوان مصارف خاصی، رزرو شده است. نیز مقدار اولین اکتت هیچگاه نمی تواند صفر باشد. پس در نتیجه فقط 126 شبکه کلاس A می توانیم داشته باشیم. سه اکتت بعدی که هر کدام میتوانند مقادیری بین 0 تا 256 داشته باشند، به کامپیوترهای هر کدام از این 126 شبکه اختصاص یافته است. یعنی 256 به توان 3 و سپس تفریق 2 از آن که میشود: 16777214 . ( دو  آدرس را حذف کردیم. چون اکتت آخر نمی تواند صفر یا 255 باشد) . یعنی در هر کدام از 126 شبکه از نوع کلاس A می توانیم 16777214 کامپیوتر داشته باشیم. پس هر گاه اکتت اول یک IPA بین 1 تا 127 بود ( که البته خود 127 رزرو شده است) بدانید که این IPA از کلاس A می باشد.

CLASS B : در این کلاس، دو اکتت اول متعلق به Net ID و دو اکتت بعدی متعلق به Host ID هست. دو بیت اول از اکتت اول دارای مقدار 10 است. یعنی نهایتا اکتت اول میتواند 10111111 یا 191 باشد. پس هر گاه نخستین اکتت یک IPA بین 128 تا 191 بود، IPAA فوق متعلق به کلاس B خواهد بود. برای محاسبه تعداد شبکه های ممکن از کلاس B باید باید مقدار مجاز اکتت اول ( 191-127=64 ) را در 256 ( اکتت دوم ) ضرب کنیم سپس مقدار 2 را باید از آن کسر کنیم که نتیجه میشود 16382 . برای محاسبه تعداد کامپیوترهای مجاز در هر کدام از این شبکه ها هم چون دو اکتت سوم و چهارم را در اختیار داریم، باید 256 را در 256 ضرب کرده و سپس 2 را از آن کم کنیم ( چون آخرین اکتت نمی تواند صفر یا 255 باشد) که حاصل میشود 65534 . یعنی می توانیم از 16382 شبکه کلاس B داشته باشیم که در هر کدام از آنها 65534 دیوایس وجود داشته باشد.

CLASS C : در این کلاس ، سه اکتت اول متعلق به Net ID هستند و صرفا اکتت آخر به host ها اختصاص می یابند. سه بیت اول اکتت اول در این کلاس 110 هستند . یعنی اکتت اول نهایتا می توانند 11011111 یا 223 باشد. پس هرگاه نخستین اکتت یک IPA بین 192 تاا 223  باشد، IPA فوق از کلاس C می باشد. برای محاسبه تعداد شبکه های مجاز کلاس C باید مقدار مجاز اکتت اول ( 223-191=32 ) را در 256 و دوباره در 256  ضرب کنیم و سپس 2 را از آن کسر کنیم که میشود : 2097150  شبکه. جهت محاسبه تعداد دیوایس های مجاز نیز باید عدد 2 ( یعنی مقادیر 0 و 255 که مجاز نیستند) را از 256 کسر کنیم که میشود 254 . یعنی میتوانیم در سازمان خود 2097150 شبکه از کلاس C داشته باشیم که هر کدام از آنها میتوانند دارای 254 دیوایس باشند.

CLASS D : این کلاس دارای کاربرد خیلی کمتری نسبت به سه کلاس قبلی می باشد. بیشتر برای ارتباطات Multicast و ارتباطات ویدئویی از این کلاس استفاده میشود. چهار بیت اول اکتت اول در این کلاس 1110 هستند. یعنی اکتت اول میتواند حداقل 224 وو حداکثر 239 باشد. پس هر گاه یک IPA دارای اکتت نخستینی با مقداری بین 224 تا 239 مشاهده کردید، بدانید که IPA فوق متعلق به کلاس D می باشد.

CLASS E : این کلاس حتی از کلاس D هم کاربرد کمتری دارد. چهار بیت اول از اکتت اول این کلاس 1111 است. یعنی اکتت اول میتواند حداقل 240 و حداکثر 254 باشد. پس هر گاه یک IPA دارای اکتت نخستینی با مقداری بین 240 تا 254 مشاهده کردید، بدانیدد که IPA فوق متعلق به کلاس E می باشد.

IP Classes

در تمام محاسابات همیشه مراقبت کردیم که مقدار اکتت آخر برابر صفر یا 255 نباشد. علت اینست که هر گاه یک IPA در اکتت آخر خود 255 باشد، آدرس فوق از نوع Broadcast است. از آدرس های Broadcast جهت ارسال یک بسته یا پیغام به همه کامپیوترها استفاده میشود. این مکانیزم در مواردی بسیار کارا می باشد و در مواردی مایه دردسر. ولی در کل اینقدر مفید هست که نمی توان از آن چشمپوشی کرد. اختصاص یک IPA از نوع Broadcast ممنوع می باشد. همچنین هرگاه یک IPA در آخرین اکتت خودش صفر باشد، IPA فوق را Net ID می نامند. یعنی شناسه شبکه. کلا net ID ها و broadcast ID ها رزرو شده هستند و نمی توانیم اینها را به هیچ دیوایسی نسبت دهیم.

IP Classes

 

 

IP Address های خصوصی و عمومی

هر کارت شبکه میتواند دارای یک یا دو IPA باشد. در یک شبکه سازمانی، مدیر شبکه مشخص میکند که دیوایس های موجود در آن شبکه، از چه IPA هایی استفاده نمایند. اما در سطح اینترنت، سازمانی به نام IANA مشخص میکند که چه IPA هایی در اختیار چه کشورهایی باشد. IANA کل سیاره را به چند بخش تقسیم کرده است که در شکل زیر مشاهده می کنید:

IANA area

پس نتیجه می گیریم که یکسری از آدرس های IP جهت مصارف داخلی سازمان ها قابل استفاده هستند و یکسری از آدرس های IP جهت استفاده در اینترنت. به گروه اول IPA های نوع خصوصی یا private گفته میشود. به گروه دوم نیز IPA های نوع Public اطلاق می گردد. در واقع بزرگترین دسته بندی IPA ها همین دو دسته public و private است. شما اگر در شبکه ای، به دیوایس های خود آدرس های public را بدهید، دچار دردسرهای مفصل و دیوانه واری خواهید شد. در شکل زیر، محدوده های Private IPA ها را مشاهده می کنید:

Private IPs

     در کلاس C به جای اکتت سوم عدد ایکس قرار می گیرد و محدوده 192.168.x.0 تا 192.168.x.255 مورد استفاده قرار می گیرد. این محدوده از نوع کلاس C است با سابنت 255.255.255.0

 

Subnet Mask

در کنار IPA همیشه مفهومی به نام subnet mask نیز وجود دارد که باعث میشود دقیقا محدوده IP مشخص شود. اصول نوشتن سابنت به این صورت است که مثل IPA به چهار اکتت تقسیم میشود. در اکتت های معادل NET ID عدد 255  و در اکتت معادل Host ID مقدار صفر نوشته میشود. سابنت اصولی کلاس ها به صورت زیر است:

Subnet Mask Class A: 255.0.0.0

Subnet Mask Class B: 255.255.0.0

Subnet Mask Class C: 255.255.255.0

البته میتوان سابنت را به اصطلاح شکست. یعنی یک شبکه در کلاس C را به دو شبکه تقسیم کرد. هر شبکه دارای 128 آدرس. هر کدام دارای net ID و host ID متعلق به خود. مثل زیر:

First Network

                           IP Address:  192.168.1.1  to 192.168.1.127

                           Subnet  Mask: 255.255.255.128

                           Net ID: 192.168.1.0

                           Broadcast ID: 192.168.1.127

                                                        Useful IPA: 192.168.1.2 to 192.168.1.126

Second Network

                           IP Address:  192.168.1.128  to 192.168.1.255

                           Subnet: 255.255.255.128

                           Net ID: 192.168.1.128

                           Broadcast ID: 192.168.1.255

                           Useful IPA: 192.168.1.129  to 192.168.1.254

     این بحث شکستن سابنت ها بحث بسیار مهم، مفید و جالبی است که بهتر است ( در واقع باید) درباره آن مطالعه داشته باشید تا از فواید آن بتوانید در شبکه های خود بهره بگیرید.

 

 

 

 

ترمینولوژی

طول سرآیند دیتاگرام: Internet header Length

آفست قطعه: fragment Offset

زمان حیات: Time-to Live  or TTL

ICMP: Internet Control Message Protocol

بررسی مجموع سرآیند: Header checksum

هویت:   Identification

ضمایم7

  • پیوست گم شده
  • Private IPs
  • IP Classes
  • IANA area
  • datagram
  • two lan
  • route print
مشاهده همه افزودن یک یادداشت
شما
دیدگاه خود را وارد کنید

کپی رایت آکادمی ITperfection.