بمنظور مدیریت و اشکال زدائی شبکه های مبتنی بر پروتکل TCP/IP ، می بایست شناخت مناسبی نسبت به تمامی جنبه ها ی آدرس دهی IP وجود داشته باشد.
یکی از مهمترین عملیات مدیریتی در شبکه های مبتنی بر پروتکل TCP/IP ، نسبت دهی آدرس های IP مناسب و منحصربفرد به تمامی گره های موجود در شبکه است .
با اینکه مفهوم نسبت دهی آدرس IP ، ساده بنظر می آید ولی مکانیزم واقعی اختصاص آدرس IP موثر با استفاده از Subnetting ، پیچیدگی های خاص خود را بدنبال دارد.
علاوه بر موارد فوق ، ضروری است که شناخت مناسبی نسبت به جایگاه IP Broadcast ، ترافیک multicast و نحوه تطبیق آدرس های فوق به آدرس های لایه اینترفیس شبکه نظیر آدرس های MAC اترنت و Token Ring ، وجود داشته باشد .در مجموعه مقالاتی که در این خصوص ارائه خواهد به بررسی مفاهیم و ویژگی های آدرس دهی IP خواهیم پرداخت .
انواع آدرس های IP
آدرس IP ، یک آدرس منطقی سی و دو بیتی است که می تواند یکی از انواع زیر باشد :
• Unicast .
یک آدرس IP از نوع Unicast ، به یک اینترفیس شبکه متصل شده به یک شبکه مبتنی بر IP نسبت داده می شود.
آدرس های IP از نوع Unicast در ارتباطات یک به یک ( One-To-One) استفاده می گردند .
• Broadcast .
یک آدرس IP از نوع Broadcast بمنظور پردازش توسط هر گره موجود بر روی سگمنت یکسان شبکه ، طراحی شده است .
آدرس های IP از نوع Broadcast در ارتباطات از نوع یک به همه ( one-to-everyone ) ، استفاده می گردند .
• Multicast .
یک آدرس IP از نوع Multicast ، آدرسی است که یک و یا چندین گره را قادر به گوش دادن به سگمنت های مشابه و یا متفاوت می نماید.
آدرس های فوق ،ارتباط از نوع یک به چند (one-to-many ) را فراهم می نمایند .
نمایش آدرس IP
آدرس IP ، یک مقدار سی و دو بیتی است که کامپیوترها با مهارت خاصی از آن بمنظور انجام عملیات خود در یک شبکه کامپیوتری مبتنی بر TCP/IP استفاده می نمایند .
انسان در مقابل استفاده از یک عدد باینری سی و دو بیتی که بخاطر سپردن آن همواره مشکل خواهد بود ، از سیستم دهدهی ، استفاده می نمایند .
( استفاده از سیستم دهدهی در مقابل سیستم باینری ) .
بدین دلیل برای نمایش یک آدرس IP از شکل دهدهی ( decimal ) آن استفاده می گردد.آدرس های IP سی و دو بیتی از بیت با ارزش بالا بسمت بیت با ارزش پائین ، به چهار واحد هشت بیتی ( گروه هشتگانه ) که به هر یک از آنان Octet گفته می شود ، تقسیم می شوند .
آدرس های IP معمولا بصورت چهار octet دهدهی که توسط یک نقطه از یکدیگر جدا می گردند ، نوشته می شوند .
مدل نمایشی فوق را Dotted Decimal می گویند .
مثلا آدرس IP : 00001010000000011111000101000011، پس از تقسیم به چهار Octet ( گروه هشتگانه ) ، بصورت زیر نمایش داده می شود:
00001010 00000001 11110001 01000011
هر Octet ( گروه هشتگانه ) در ادامه به یک عدد دهدهی تبدیل و پس از جداسازی آنان توسط نفطه از یکدیگر بصورت زیر نمایش داده می شوند :
10.1.241.67
یک آدرس عمومی IP بصورت w.x.y.z نشان داده می شود :
یک آدرس عمومی IP بصورت w.x.y.z نشان داده می شود : تبدیل از باینری به دهدهی بمنظور تبدیل یک عدد باینری به معادل دهدهی ، باتوجه به ارزش مکانی هر رقم از توان های متفاوت دو استفاده می گردد .در چنین حالتی در صورتیکه یک رقم دارای مقدار یک باشد ، از معادل ارزش مکانی آن ( توان های متفاوت دو ) استفاده می گردد.
شکل زیر یک عدد هشت بیتی و ارزش مکانی هر رقم با توجه به موقعیت آن در عدد باینری را نشان می دهد .
مثلا" ، عدد هشت بیتی 01000011 ، معادل 67 ( 1 + 2 + 64 ) می باشد .
حداکثر عددی را که می توان توسط هشت بیت نشان داد ( 11111111 ) ، 255 است ( 1+2+4+8+16+32+64+128) .
تبدیل از دهدهی به باینری برای تبدیل یک عدد دهدهی به باینری ، عدد دهدهی را بمنظور آگاهی از وجود توان های متفاوت دو و از بیت با ارزش بالا ، آنالیز می نمائیم .
از بیت با ارزش بالاتر شروع می کنیم ( 128 ) ،در صورتیکه مقدار مربوط در عدد دهدهی موجود باشد ، بیت مورد نظر در آن موقعیت معادل یک در نظر گرفته خواهد شد .
مثلا" عدد 211 شامل حاصل جمع اعداد 128 ، 64 ، 16 و 2 است ، بنابراین شکل باینری آن بصورت 11010011 خواهد بود .
آدرس های IP در IP Header آدرس های IP استفاده شده در IP Header ، شامل فیلدهای مربوط به آدرس مبداء و مقصد می باشد : فیلد آدرس مبداء IP Header ، همواره یک آدرس از نوع Unicast و یا آدرس خاصی بصورت IP: 0.0.0.0 است .
آدرس نامشخص IP 0.0.0.0 ، صرفا" زمانی که گره مربوطه با یک آدرس IP پیکربندی نشده باشد و گره در تلاش برای بدست آوردن یک آدرس از طریق یک پروتکل پیکربندی نظیر DHCP)Dynamic Host Configuration Protocol) باشد ، استفاده می گردد .
فیلد آدرس مقصد IP Header، یک آدرس Unicast و یا یک آدرس از نوع Broadcast می باشد .
آدرس های IP ازنوع Unicast هر اینترفیس شبکه که TCP/IP در ارتباط با آن فعا ل شده باشد، می بایست دارای یک آدرس IP منحصربفرد، منطقی و Unicast باشد .آدرس منحصربفرد Unicast ، بمنزله یک آدرس منطقی خواهد بود.
چراکه آدرس فوق در لایه اینترنت بوده که هیچگونه ارتباط مستقیمی با آدرس استفاده شده در لایه اینترفیس شبکه ندارد .
مثلا" آدرس IP نسبت داده شده به یک میزبان ( host) بر روی یک شبکه اترنت ، هیچگونه ارتباطی با آدرس MAC چهل و هشت بیتی استفاده شده توسط آداپتور شبکه اترنت ندارد.
آدرس IP از نوع Unicast ، یک آدرس منحصر بفرد برای گره های موجود در یک شبکه مبتنی بر پروتکل TCP/IP بوده و از دو بخش مشخصه شبکه ( network ID ) و مشخصه میزبان ( host ID ) ، تشکیل می گردد .
مشخصه شبکه ( network ID ) و یا آدرس شبکه ، گره هائی را که بر روی شبکه منطقی یکسانی قرار دارند ، مشخص می نماید .
در اکثر موارد، یک شبکه منطقی مشابه یک سگمنت فیزیکی شبکه بوده که محدوده های مرزی آن توسط آدرس IP روترها تعریف می گردد .
در برخی موارد ، چندین شبکه منطقی بر روی شبکه فیزیکی یکسانی وجود داشته که از روشی با نام Multinetting استفاده می نمایند.
تمامی گره ها در یک شبکه منطقی یکسان ، مشخصه شبکه ( Network ID ) یکسانی را به اشتراک می گذارند .
در صورتیکه تمامی گره ها بر روی یک شبکه منطقی یکسان ، بدرستی پیکربندی نگردند (عدم لحاظ نمودن مشخصه شبکه یکسان) ، عملیات روتینگ و عرضه بسته های اطلاعاتی با مشکل مواجه خواهد شد .
مشخصه شبکه ، می بایست منحصر بفرد در نظر گرفته شود.
مشخصه میزبان ( host ID ) و یا آدرس میزبان ، یک گره موجود در شبکه را مشخص می نماید .
یک گره می تواند یک روتر و یا یک میزبان ( یک ایستگاه کاری ، سرویس دهنده و یا سایر سیستم های مبتنی بر TCP/IP ) باشد .
مشخصه میزبان ، می بایست در هر سگمنت شبکه منحصر بفرد باشد .
شکل زیر ، نمونه ای از یک آدرس IP بهمراه مشخصه های شبکه و میزبان را نشان می دهد : کلاس های آدرس دهی IP در ابتدا لازم است به این نکنه اشاره گردد که شبکه های مدرن ، مبتنی بر کلاس های آدرس اینترنت نمی باشد .
با توجه به رشد سریع اینترنت ، ساختار اولیه ارائه شده مبتنی بر کلاس ، شرایط لازم بمنظور گسترش و پاسخگوئی به یک شبکه گسترده جهانی را دارا نمی باشد.
مثلا" در صورتیکه همچنان از آدرس دهی مبتنی بر کلاس ، استفاده شود، می بایست صدها و یا هزاران روتر در جداول روتینگ مربوط به روترهای ستون فقرات اینترنت وجود داشته باشد .
بمنظور پیشگیری و ممانعت از این موضوع ، آدرس دهی در اینترنت مدرن بصورت Classless خواهد بود.
علیرغم موارد فوق ، آشنائی و آگاهی لازم در خصوص کلاس های آدرس دهی ، یکی از عناصر مهم در زمینه شناخت آدرس دهی IP محسوب می گردد.
RFC 791 ، آدرس های IP از نوع Unicast را کلاس های آدرس دهی خاصی تعریف می نماید که از آنان بمنظور ایجاد شبکه ها با ابعاد و اندازه های متفاوت استفاده می گردد( توانائی تعریف مناسب شبکه ها ) .
اهداف اولیه طراحی کلاس های آدرس دهی ، نیل به خواسته های زیر بود : ایجاد تعدادی اندک از شبکه های وسیع ( شبکه هائی با تعداد زیادی از گره ها ) ایجاد تعدادی متوسط از شبکه هائی با ابعاد متوسط ( نه خیلی زیاد و نه خیلی کم ) ایجاد تعدادی زیاد از شبکه های کوچک برای تامین اهداف فوق ، کلاس های متفاوت آدرس دهی ایجاد گردید .
بدین ترتیب، زیر شاخه( نوع ) یک آدرس سی و دو بیتی IP از طریق تنظیم بیت های با ارزش بالا مشخص و سایر بیت های باقیمانده به دو بخش مشخصه شبکه و مشخصه میزبان ، تقسیم می گردند .
کلاس A آدرس های کلاس A ، برای شبکه هائی که دارای تعداد بسیار زیادی میزبان می باشند، طراحی شده است ( ایجاد تعدادی اندک از شبکه هائی که دارای میزبانان زیادی می باشند ) .
بیت با ارزش بالا مقدار صفر را دارا خواهد بود .
اولین گروه هشتگانه ( اولین octet ) ، بعنوان مشخصه شبکه و آخرین بیست و چهار بیت ( سه octet بعد) بعنوان مشخصه میزبان تعریف می گردد .
شکل زیر ساختار آدرس های کلاس A را نشان می دهد .
کلاس B آدرس های کلاس B ، برای شبکه هائی با ابعاد متوسط که دارای تعداد متوسطی ( نه خیلی زیاد و نه خیلی کم ) از میزبانان می باشند ، طراحی شده است ( ایجاد تعدادی متوسط از شبکه هائی که دارای میزبانان متوسطی می باشند ).
دو بیت با ارزش بالا ، دارای مقدار 10 می باشد .
اولین شانزده بیت ( دو octet اولیه ) بعنوان مشخصه شبکه و آخرین شانزده بیت ( دو octet آخر) بعنوان مشخصه میزبان در نظر گرفته می شوند.
شکل زیر ساختار آدرس های کلاس B را نشان می دهد .
کلاس C آدرس های کلاس C برای شبکه های کوچک که دارای تعداد اندکی از میزبانان می باشند ، طراحی شده است .( ایجاد تعدادی زیادی از شبکه هائی که دارای میزبانان اندکی می باشند) .
سه بیت با ارزش بالا ، دارای مقدار 110 می باشد .
اولین بیست و چهار بیت ( سه octet اولیه ) بعنوان مشخصه شبکه و هشت بیت آخر ( آخرین Octet ) بعنوان مشخصه میزبان در نظر گرفته می شوند.
شکل زیر ساختار آدرس های کلاس C را نشان می دهد .
کلاس های آدرس دهی اضافه : علاوه بر کلاس های آدرس دهی B ,A و C ، با توجه به ضرورت های مربوطه کلاس D و E ، نیز تعریف شده اند .
کلاس D : آدرس های کلاس D بمنظور Multicast طراحی شده اند .
چهار بیت با ارزش بالا، دارای مقدار 1110 می باشد.
بیست و هشت و بیت بعد بمنظور آدرس های multicast در نظر گرفته شده است .
کلاس E : آدرس های کلاس E ، آدرس های رزو شده برای استفاده آتی می باشند .
پنج بیت با ارزش بالا، دارای مقدار 11110 می باشد .
قوانین مشخصه شبکه ( Network ID) در زمان استفاده از مشخصه شبکه ، قوانین زیر رعایت می گردد: مشخصه شبکه نمی تواند با 127 بعنوان اولین Octet آغاز گردد .
تمامی آدرس های IP: 127.x.x.x ، بعنوان آدرس های Loopback رزو شده می باشند .
تمامی بیت های مشخصه شبکه ، نمی تواند ارزش یک را داشته باشد.
مشخصه های شبکه که مقدار تمامی بیت های آن یک است ، بمنظور آدرس های Broadcast رزو شده اند .
تمامی بیت های مشخصه شبکه ، نمی تواند ارزش صفر را داشته باشد.
مشخصه های شبکه که مقدار تمامی بیت های آن صفر است ، یک میزبان بر روی شبکه محلی را مشخص می نمایند.
مشخصه شبکه در شبکه های مبتنی بر IP عمومی ، می بایست منحصربفرد باشد .
جدول زیر محدوده کلاس های آدرس دهی برای مشخصه شبکه را نشان می دهد.
IP مربوط به مشخصه های شبکه ، حتی اگر بصورت اعداد دهدهی که توسط نقطه از یکدیگر جدا شده اند ، ارائه گردد ، بمنزله آدرس های IP نسبت داده شده به اینترفیس های شبکه در