فصل پنجم کتاب نتورک پلاس

در پایان این فصل به سوالات زیر میتوان جواب داد :

• چگونه اعداد اعشاری در قالب باینری نشان داده می شوند؟
• فرمت آدرس (IPv4) و تفاوت بین آدرس های unicast ، Broadcast و Multicast چیست؟
• کدام گزینه ها برای اختصاص آدرس IP به دستگاه های شبکه در دسترس هستند؟
• با توجه به نیاز به طراحی زیرشبکه (به عنوان مثال ، تعدادی زیر شبکه مورد نیاز و تعدادی میزبان مورد نیاز در هر زیر شبکه) ، چگونه می توانید subnet mask مناسب را برای یک شبکه تصمیم بگیرید؟
• خصوصیات اصلی IPv6 چیست؟

وقتی دو دستگاه در شبکه می خواهند با هم ارتباط برقرار کنند ، به آدرس های منطقی نیاز دارند (یعنی آدرس لایه ۳ همانطور که در فصل ۲ ، “مدل مرجع OSI” توضیح داده شد). بیشتر شبکه های مدرن ، از آدرس پروتکل اینترنت (IP) برخلاف سایر طرح های آدرس دهی لایه ۳ ، مانند Apple’s AppleTalk یا Novell’s Internetwork Packet Exchange (IPX) استفاده می کنند. بنابراین ، تمرکز این فصل بر روی IP است. این فصل دو نسخه از IP را شامل می شود:

• IP نسخه ۴ (IPv4)
• IP نسخه ۶ (IPv6)

ابتدا ، در مورد چگونگی کاربرد مفاهیم IP در IPv4 بحث می شود. این بحث شما را با نحوه نمایش آدرسهای IP در فرمت دودویی آشنا می کند. شما ساختار یک آدرس IPv4 را بررسی می کنید و بین دسته های مختلف آدرس IPv4 تفاوت قائل می شوید. در مرحله بعد ، این فصل گزینه های مختلفی را برای اختصاص آدرس IP به ایستگاه های نهایی شرح می دهد. همچنین ، یکی از مزایای آدرس IP این است که شما در نحوه گرفتن آدرس شبکه و تقسیم آن آدرس به چندین زیر شبکه انعطاف پذیر هستید. این بحث در مورد زیرشبکه گرایش کمی ریاضی دارد. در نتیجه ، چندین تمرین برای تقویت این مفاهیم در ذهن شما ارائه می شود. اگرچه IPv4 گسترده ترین طرح آدرس دهی لایه ۳ در شبکه های امروزی است ، اما محدودیت مقیاس پذیری آن باعث می شود آدرس های IPv4 موجود به سرعت خالی شوند. خوشبختانه ، نسخه جدیدتر IP ، IP نسخه ۶ (IPv6) ، فراتر از هر چیزی که در طول زندگی خود به آن نیاز داشته باشید ، قابل توسعه است. بنابراین ، پس از تمرکز بر اساس آدرس دهی IP که توسط IPv4 گذاشته شده است ، این فصل با معرفی ویژگی های اساسی آدرس دهی IPv6 به پایان می رسد.

Foundation Topics

 Binary Numbering

در فصل ۲ نحوه انتقال داده ها از طریق شبکه به صورت مجموعه ای از ۱ و ۰ باینری شرح داده شده است. به همین ترتیب ، آدرس های IP به صورت یک سری ارقام باینری (یعنی بیت) نشان داده می شوند. IPv4 از ۳۲ بیت تشکیل شده است و IPv6 دارای ۱۲۸ بیت است. بعداً در این فصل ، شما باید بتوانید بین نمایش دسیمال (مبنای ۱۰) یک عدد و معادل دودویی آن عدد ارتباط برقرار کنید. این مهارت برای مواردی مانند محاسبه subnet mask مورد نیاز است. این بخش به توصیف روش های ریاضی و تمرینات عملی برای شما میپردازد .

Principles of Binary Numbering

شما عادت دارید که از شماره گذاری پایه ۱۰ استفاده کنید. در سیستم شماره گذاری پایه ۱۰ ، ده رقم در محدوده ۰ تا ۹ در اختیار شماست. با این حال ، شماره گذاری دودویی از سیستم شماره گذاری پایه ۲ استفاده می کند ، جایی که فقط دو رقم وجود دارد: صفر (۰) و یک (۱). از آنجا که سیستم های رایانه ای آدرس های ۳۲ بیتی IPv4 را به چهار هشت بیتی ۸ بیتی تقسیم می کنند ، این بحث بر روی تبدیل بین اعداد باینری ۸ بیتی و اعداد دسیمال متمرکز است. برای تبدیل یک عدد باینری به دسیمال ، می توانید جدولی مانند جدول ۵-۱ ایجاد کنید.

جدول ۱-۵ : جدول تبدیل باینری

همانطور که مشاهده میشود ۸ ستون در جدول وجود دارد در بالای جدول توان های (از ۰ تا ۷) از دو قرار دارد مثلا در سمت راست از ۲^۰ شروع میشود و در سمت چپ نهایتا به ۱۲۸=۲^۷ ختم میشود میتوان از این جدول برای تبدیل باینری به دسیمال یا دسیمال به باینری استفاده کرد

Converting a Binary Number to a Decimal Number

برای تبدیل یک عدد باینری به یک عدد دسیمال ، شما جدول باینری را با ارقام باینری داده شده جمع می کنید. سپس مقادیر عنوان ستون را برای ستون های حاوی ۱ جمع می کنید. به عنوان مثال ، جدول ۵-۲ را در نظر بگیرید. فقط ستون های ۱۲۸ ، ۱۶ ، ۴ و ۲ حاوی یک هستند و تمام ستون های دیگر حاوی ۰ هستند. اگر همه ستون های حاوی ۱ را با هم جمع کنیم (یعنی ۱۲۸ + ۱۶ + ۴ + ۲) ، به نتیجه ۱۵۰ میرسیم . بنابراین ، می توان نتیجه گرفت که عدد دودویی ۱۰۰۱۰۱۱۰ برابر با یک مقدار دسیمال ۱۵۰ است.

جدول ۲-۵ : مثال اول از جدول تبدیل باینری

تبدیل یک عدد دسیمال به یک عدد دودویی

برای تبدیل اعداد از دسیمال به باینری ، از سمت چپ شروع کنید و این سوال را بپرسید که “آیا این عدد برابریا بیشتر از heading ستون است ؟” اگر پاسخ این سوال منفی است ، یک عدد ۰ را در آن ستون قرار دهید و به ستون بعدی بروید. اگر پاسخ مثبت است ، ۱ را در آن ستون قرار دهید و مقدار heading ستون را از شماره ای که تبدیل می کنید کم کنید. هنگامی که به ستون بعدی (در سمت راست خود) می روید ، دوباره از خود بپرسید ، “آیا این عدد (که نتیجه تفریق قبلی شماست) با heading ستون برابریا بیشتر است؟” این روند (در سمت راست) برای تمام عناوین ستون باقی مانده ادامه دارد. به عنوان مثال ، تصور کنید که می خواهید عدد ۱۶۷ را به باینری تبدیل کنید. مراحل زیر را باید انجام دهید :

• مرحله ۱٫ این سوال را بپرسید ، “آیا ۱۶۷ برابریا بیشتر از ۱۲۸ است؟” چون جواب مثبت است ، همانطور که در جدول ۵-۳ نشان داده شده است ، یک عدد ۱ را در ستون ۱۲۸ قرار می دهید و ۱۲۸ را از ۱۶۷ کم می کنید که نتیجه ۳۹ است.

جدول ۳-۵ : مرحله ی اول از مثال دوم جدول تبدیل باینری

• مرحله ۲٫ حالا که کار با ستون ۱۲۸ تمام شد ، (به سمت راست) به ستون ۶۴ بروید. این سوال را بپرسید ، “آیا ۳۹ برابر یا بیشتر از ۶۴ است ؟” چون جواب منفی است ، همانطور که در جدول ۵-۴ نشان داده شده است ، ۰ را در ستون ۶۴ قرار می دهید و به ستون بعدی (ستون ۳۲) میروید

جدول ۴-۵ : مرحله ی دوم از مثال دوم جدول تبدیل باینری

• مرحله ۳٫ در زیر ستون ۳۲ ، این سوال را بپرسید ، “آیا ۳۹ برابر یا بیشتر از ۳۲ است ؟” چون جواب مثبت است ، همانطور که در جدول ۵-۵ نشان داده شده است ، ۱ را در ستون ۳۲ قرار دهید و ۳۲ را از ۳۹ کم کنید ، که نتیجه ۷ است.

جدول ۵-۵ : مرحله ی سوم از مثال دوم جدول تبدیل باینری

• مرحله ۴٫ اکنون شما زیر ستون ۱۶ هستید و می پرسید ، “آیا ۷ برابر با یا بیشتر از ۱۶ است ؟” چون جواب منفی است ، همانطور که در جدول ۵-۶ نشان داده شده است ، در ستون ۱۶ یک عدد ۰ قرار داده و به ستون ۸ می روید.

جدول ۶-۵ : مرحله ی چهارم از مثال دوم جدول تبدیل باینری

• مرحله ۵٫ مشابه ستون ۱۶ ، عدد ۷ برابر یا بزرگتر از ۸ نیست. بنابراین ، یک ۰ در ستون ۸ قرار می گیرد( همانطور که در جدول ۵-۷ نشان داده شده است).

جدول ۷-۵ : مرحله ی پنجم از مثال دوم جدول تبدیل باینری

• مرحله ۶٫ از آنجا که ۷ بزرگتر یا مساوی ۴ است ، ۱ در ستون ۴ قرار می گیرد و ۴ از ۷ کم می شود ، در نتیجه ۳ بدست می آید.( همانطور که در جدول ۵-۸ نشان داده شده است)

جدول ۸-۵ : مرحله ی ششم از مثال دوم جدول تبدیل باینری

• مرحله ۷٫ اکنون در زیر ستون ۲ چون ۳ بزرگتر از ۲ است ، ۱ را در ستون ۲ قرار می دهید و ۲ را از ۳ کم می کنید.( در جدول ۵-۹ نشان داده شده است)

جدول ۹-۵ : مرحله ی هفتم از مثال دوم جدول تبدیل باینری

• مرحله ۸٫ سرانجام ، در سمت راست ترین ستون (یعنی ستون ۱) چون ۱ بزرگتر یا مساوی ۱ است ، ۱ را در ستون ۱ قرار می دهید ،( جدول ۵-۱۰)

جدول ۱۰-۵ : مرحله ی هشتم از مثال دوم جدول تبدیل باینری

اکنون می توانید نتیجه بگیرید که عدد دسیمال ۱۶۷ برابر با مقدار دودویی ۱۰۱۰۰۱۱۱ است. در حقیقت ، می توانید با جمع کردن مقادیر عنوان های ستون که در ستون آنها ۱ وجود دارد ، کار خود را بررسی کنید. در این مثال ، ستون های ۱۲۸ ، ۳۲ ، ۴ ، ۲ و ۱ حاوی ۱ است. اگر این مقادیر را جمع کنید ، نتیجه ۱۶۷ خواهد بود (یعنی ۱۲۸ + ۳۲ + ۴ + ۲+ ۱ = ۱۶۷).

تمرین شماره گذاری دودویی

از آنجا که تبدیل عدد باینری مهارتی است که از طریق تمرین ایجاد میشود ، اکنون در این قسمت چند تمرین را حل میکنیم . دو تمرین اول از شما می خواهد که یک عدد باینری را به یک عدد دسیمال تبدیل کنید و دو تمرین آخر نیز از شما می خواهد که یک عدددسیمال را به یک عدد دودویی تبدیل کنید.

تمرین تبدیل دودویی ۱

با استفاده از جدول ۵-۱۱ به عنوان مرجع ، عدد باینری ۰۱۱۰۱۰۱۱ را به عدد دسیمال تبدیل کنید.

جدول ۱۱-۵ : تمرین اول تبدیل باینری

تمرین تبدیل باینری ۱: حل

با توجه به عدد باینری ۰۱۱۰۱۰۱۱ و پر کردن جدول تبدیل باینری ، همانطور که در جدول ۵-۱۲ نشان داده شده است ، متوجه می شویم که ستون های ۶۴ ، ۳۲ ، ۸ ، ۲ و ۱ حاوی یک است. هر یک از ستون های دیگر حاوی ۰ است. با جمع کردن مقادیر عناوین ستون (یعنی ۶۴ + ۳۲ + ۸ + ۲ + ۱) ، مقدار دسیمال۱۰۷ بدست می آوریم.

جدول ۱۲-۵ : تمرین اول تبدیل باینری -حل

با استفاده از جدول ۵-۱۳ به عنوان مرجع ، عدد باینری ۱۰۰۱۰۱۰۰ را به عدد دسیمال تبدیل کنید.

جدول ۱۳-۵ : تمرین دوم تبدیل باینری

تمرین تبدیل باینری ۲: حل

همانطور که در جدول ۵-۱۴ نشان داده شده است ، با توجه به تعداد دودویی ۱۰۰۱۰۱۰۰ و پر کردن جدول تبدیل باینری ، متوجه می شویم که ستون های ۱۲۸ ، ۱۶ و ۴ حاوی ۱ است. ستون های دیگر حاوی ۰٫ با جمع مقدار این ستون (یعنی ۱۲۸ + ۱۶ + ۴) ، مقدار دسیمال ۱۴۸ بدست می آوریم.

جدول ۱۴-۵ : تمرین دوم تبدیل باینری – حل

تمرین تبدیل دودویی ۳

با استفاده از جدول ۵-۱۵ به عنوان مرجع ، عدد دسیمال ۴۹ را به یک عدد باینری تبدیل کنید.

جدول ۱۵-۵ : تمرین سوم تبدیل باینری

تمرین تبدیل باینری ۳: حل

با پرسیدن سوالات زیر و انجام محاسبات زیر می توانید تبدیل عدد دسیمال ۴۹ به یک عدد باینری را شروع کنید:

• آیا ۴۹ بزرگتر یا مساوی ۱۲۸ است؟ نه ۰ را در ستون ۱۲۸ قرار دهید.
• آیا ۴۹ بزرگتر یا مساوی ۶۴ است؟ نه ۰ را در ستون ۶۴ قرار دهید.
• آیا ۴۹ بزرگتر یا مساوی ۳۲ است؟ بله ۱ را در ستون ۳۲ قرار دهید و ۳۲ را از ۴۹ کم کنید. که ۱۷ میشود
• آیا ۱۷ بزرگتر یا برابر ۱۶ است ؟ بله پس ۱ را در ستون ۱۶ قرار دهید ، و ۱۶ را از ۱۷ کم کنید. (۱۷ – ۱۶ = ۱).
• آیا ۱ بزرگتریا برابر از ۸ است ؟ خیر ۰ را در ستون ۸ قرار دهید.
• آیا ۱ بزرگتر یا مساوی ۴ است؟ خیر ۰ را در ستون ۴ قرار دهید.
• آیا ۱ بزرگتر یا مساوی ۲ است؟ نه عدد ۰ را در ستون ۲ قرار دهید.
• آیا ۱ بزرگتر یا مساوی ۱ است؟ بله ۱عدد ۱ را در ستون ۱ قرار دهید

همانطور که در جدول ۵-۱۶ نشان داده شده است ، با ترکیب این هشت رقم باینری ، یک عدد دودویی ۰۰۱۱۰۰۰۱ تشکیل می شود. کار خود را با جمع کردن مقادیر عنوان ستون هایی که ستون های آنها دارای ۱ است تأیید کنید. در این حالت ، ستون های ۳۲ ، ۱۶ و ۱ دارای یک هستند با جمع کردن این مقادیر (یعنی ۳۲ + ۱۶ + ۱) ، مقدار ۴۹ بدست می آورید.

جدول ۱۶-۵ : تمرین سوم تبدیل باینری حل

تمرین تبدیل دودویی ۴

با استفاده از جدول ۵-۱۷ به عنوان مرجع ، عدد دسیمال ۲۳۶ را به یک عدد باینری تبدیل کنید.

جدول ۱۷-۵ : تمرین چهارم تبدیل باینری

تمرین تبدیل دوتایی ۴: حل

با پرسیدن سوالات زیر و انجام محاسبات زیر می توانید تبدیل عدد دسیمال ۲۳۶ به یک عدد باینری را شروع کنید:

• آیا ۲۳۶ بزرگتر یا مساوی ۱۲۸ است؟ بله عدد ۱ را در ستون ۱۲۸ قرار دهید ، و ۱۲۸ را از ۲۳۶ کم کنید. (۲۳۶ – ۱۲۸ = ۱۰۸)
• آیا ۱۰۸ بزرگتر یا مساوی ۶۴ است؟ بله عدد ۱ را در ستون ۶۴ قرار دهید ، و ۶۴ را از ۱۰۸ کم کنید.  (۱۰۸ – ۶۴ = ۴۴).
• آیا ۴۴ بزرگتر یا مساوی ۳۲ است؟ بله عدد یک را در ستون ۳۲ قرار دهید ، و ۳۲ را از ۴۴ کم کنید. (۳۲-۴۴=۱۲)
• آیا ۱۲ بزرگتریا برابر ۱۶ است ؟ نه پس در ستون ۱۶ عدد ۰ قرار دهید.
• آیا ۱۲ بزرگتر یا مساوی از ۸ است ؟ → بله عدد یک را در ستون ۸ قرار دهید ، و ۸ را از ۱۲ کم کنید. ۱۲ – ۸ = ۴٫
• آیا ۴ بزرگتر یا برابر از ۴ است ؟ → بله عدد یک را در ستون ۴ قرار دهید و ۴ را از ۴ کم کنید. ۴ – ۴ = ۰٫
• آیا ۰ بیشتر یا مساوی ا۲ است ؟ نه عدد ۰ را در ستون ۲  قرار دهید.
• آیا ۰ بزرگتر یا مساوی ۱ است؟ نه ۰ در ستون ۱ عدد ۰ قرار دهید

با ترکیب این هشت رقم باینری ، یک عدد باینری ۱۱۱۰۱۱۰۰ تشکیل می شود ، همانطور که در جدول ۵-۱۸ نشان داده شده است همانطور که قبلا گفته شد میتوان کار خود را با جمع کردن مقادیر عنوان ستون هایی که دارای ۱ است تأیید کرد . در این حالت ، ستون های ۱۲۸ ، ۶۴ ، ۳۲ ، ۸ و ۴ هر کدام  دارای ۱ هستند . با جمع کردن این مقادیر (یعنی ۱۲۸ + ۶۴ + ۳۲ + ۸ + ۴) ، مقدار ۲۳۶ بدست می آید.

جدول ۱۸-۵ : تمرین چهارم تبدیل باینری – حل

آدرس دهی IPv4

اگرچه IPv6 به طور فزاینده ای در شبکه های سازمانی مورد استفاده قرار می گیرد ، اما IPv4 محبوب ترین طرح آدرس دهی لایه ۳ در شبکه های امروزی است. برای اختصار در این بخش ، اصطلاح آدرس IPv4 به جای اصطلاح عمومی تر استفاده می شود. دستگاه های موجود در شبکه IPv4 از آدرس IP منحصر به فرد برای برقراری ارتباط با یکدیگر استفاده می کنندمیتوان این را به ارسال نامه از طریق خدمات پستی مرتبط کرد. شما یک آدرس مقصد را روی یک پاکت حاوی نامه قرار می دهید ، و در گوشه بالا سمت چپ پاکت آدرس برگشت خود را قرار می دهید. به طور مشابه ، هنگامی که یک دستگاه شبکه IPv4 داده را روی شبکه می فرستد ، هم آدرس IP مقصد و هم آدرس IP منبع را در هدر بسته IPv4 قرار می دهد.

ساختار آدرس IPv4

آدرس IPv4 یک آدرس ۳۲ بیتی است. با این حال ، به جای نوشتن هر مقدار بیت جداگانه ، شما آدرس را با علامت گذاری dotted-decimal  می نویسید. آدرس IP 10.1.2.3 را در نظر بگیرید. توجه داشته باشید که آدرس IP به چهار عدد جداگانه تقسیم شده است که با دوره از هم جدا می شوند. هر عدد نشان دهنده یک چهارم آدرس IP است. به طور خاص ، هر عدد نشان دهنده یک بخش ۸ بیتی از ۳۲ بیت آدرس است. از آنجا که هر یک از این چهار بخش آدرس IP 8 بیت را نشان می دهد ، به این تقسیمات octets گفته می شود. به عنوان مثال ، شکل ۵-۱ نمایش دودویی آدرس IP 10.1.2.3 را نشان می دهد. در شکل ۵-۱ توجه داشته باشید که هشت بیت سمت چپ ۰۰۰۰۱۰۱۰ برابر با یک مقدار دهدهی ۱۰ است (محاسبه این در قسمت قبلی شرح داده شد). به طور مشابه ، ۰۰۰۰۰۰۰۱ در باینری برابر با ۱ دردسیمال است ، و ۰۰۰۰۰۰۱۰ در باینری برابر با ۲ در دسیمال است. سرانجام ، ۰۰۰۰۰۰۱۱ مقدار دسیمال ۳ را نشان میدهد

شکل ۱-۱ : نمایش باینری از آدرس Dotted-Decimal IP

جالب است که یک آدرس IP از دو نوع آدرس تشکیل شده است: آدرس شبکه و آدرس میزبان. به طور مشخص ، گروهی از بیت های توجیه شده چپ مجاور نشان دهنده آدرس شبکه و بیت های باقیمانده (یعنی گروهی از بیت های توجیه شده راست مجاور) نشان دهنده آدرس یک میزبان در شبکه هستند. مولفه آدرس IP که تعیین می کند کدام بیت ها به شبکه و کدام بیت ها به میزبان مراجعه می کنند ، subnet mask نامیده می شود. می توانید subnet mask را به عنوان یک خط تقسیم کننده که ۳۲ بیت آدرس IP را به یک گروه بیت شبکه (در سمت چپ) و یک گروه بیت میزبان (در سمت راست) جدا می کند ، تصور کنید. یک subnet mask به طور معمول از یک سری ۱s مجاور تشکیل شده و به دنبال آن مجموعه ۰s پیوسته وجود دارد. در مجموع ، یک subnet mask شامل ۳۲ بیت است که با ۳۲ بیتی که در آدرس IPv4 یافت می شود ، مطابقت دارد. ۱ ها در یک subnet mask با بیت های شبکه در یک آدرس IPv4 مطابقت دارند و ۰ ها در یک subnet mask با بیت های میزبان در یک آدرس IPv4 مطابقت دارند. به عنوان مثال ، شکل ۵-۲ را در نظر بگیرید. هشت بیت سمت چپ subnet mask 1 ثانیه است و ۲۴ بیت باقیمانده ۰ ثانیه است. در نتیجه ، ۸ بیت سمت چپ آدرس IP نشان دهنده آدرس شبکه و ۲۴ بیت باقیمانده نشان دهنده آدرس میزبان است.

شکل ۲-۱ : تقسیم آدرس ip به قسمت شبکه و هاست

وقتی آدرس شبکه را می نویسید ، همه بیت های میزبان روی ۰s تنظیم می شوند. یک بار دیگر ، مثالی که در شکل ۵-۲ نشان داده شده را در نظر بگیرید. subnet mask در این مثال یک subnet mask 8 بیتی است ، به این معنی که ۸ بیت باقی مانده در subnet mask 1s است. اگر بیت های باقیمانده روی ۰ تنظیم شوند ، همانطور که در شکل ۵-۳ نشان داده شده است ، آدرس شبکه ۱۰٫۰٫۰٫۰ دیده می شود.

شکل ۳-۱ : محاسبه ی آدرس شبکه

هنگام نوشتن یک آدرس شبکه یا یک آدرس IP برای این موضوع ، شما باید جزئیات بیشتری از نمایش یک dotted-decimal 32 بیت آدرس IP را ارائه دهید. به عنوان مثال ، فقط به شما گفته می شود که یک دستگاه آدرس IP 10.1.2.3 دارد ، شبکه ای که آدرس IP در آن قرار دارد را به شما نمی گوید. برای دانستن آدرس شبکه ، باید subnet mask را بشناسید ، که می تواند با علامت گذاری dotted-decimal یا علامت prefix نوشته شود (همچنین با اسلش نمایش داده میشود). در مثال ، اگر آدرس IP 10.1.2.3 و subnet mask 8 بیتی وجود داشته باشد ، آدرس IP می تواند به صورت ۱۰٫۱٫۲٫۳ ۲۵۵٫۰٫۰٫۰ یا ۱۰٫۱٫۲٫۳ /۸  نوشته شود. به همین ترتیب ، آدرس شبکه می تواند به صورت ۱۰٫۰٫۰٫۰ ۲۵۵٫۰٫۰٫۰  یا ۱۰٫۰٫۰٫۰ /۸٫ نوشته شود.

کلاس های آدرس

اگرچه یک آدرس IP (یا یک آدرس شبکه) به اطلاعات subnet mask نیاز دارد تا مشخص کند کدام بیت ها بخشی از آدرس را نشان می دهند ، subnet mask پیش فرض وجود دارد که باید با آنها آشنا باشید. subnet mask  پیشفرض برای یک آدرس IP مشخص فقط توسط مقدار IP address’s first octet تعیین می شود. جدول ۵-۱۹ subnet masks  برای رنج های مختلف آدرس IP را نشان می دهد.

جدول ۱۹-۵ : IP Address Classes

این درنج های آدرس IP ، که باید آنها را بخاطر بسپارید ، به عنوان کلاسهای مختلف آدرس شناخته می شوند. کلاس های A ، B و C آن دسته از آدرس هایی هستند که به دستگاه های شبکه اختصاص داده شده اند. آدرسهای کلاس D بعنوان آدرس های IP مقصد (یعنی اختصاص داده نشده به دستگاه های منبع ترافیک هستند) برای شبکه های چندپخشی استفاده می شوند و آدرسهای کلاس E برای استفاده آزمایشی رزرو شده اند subnet masks پیشفرض که با کلاسهای آدرس A ، B و C مرتبط هستند ، classful masks نامیده می شوند. به عنوان مثال ، یک آدرس IP با شماره ۱۷۲٫۱۶٫۴۰٫۵۶ در نظر بگیرید. اگر به شما گفته شود که این آدرس IP از classful masks  خود استفاده کرده است ، باید بدانید که دارای یک subnet mask 255.255.0.0 است ، که classful mask برای یک آدرس IP کلاس B است. باید بدانید که ۱۷۲٫۱۶٫۴۰٫۵۶ یک آدرس IP کلاس B است ، بر اساس مقدار هشت ابتدایی (۱۷۲) ، که در محدوده کلاس B 128–۱۹۱ قرار دارد.

توجه

شاید متوجه شده باشید که در محدوده مقادیر first octet ، به نظر می رسد عدد ۱۲۷ کنار گذاشته شده است. دلیل این امر این است که ۱۲۷ به عنوان آدرس IP loopback استفاده می شود ، به این معنی که یک آدرس IP با اهمیت محلی نشان دهنده خود دستگاه است. برای مثال ، اگر روی دستگاه شبکه کار می کردید و می خواستید تأیید کنید که TCP / IP در دستگاه بارگیری شده است ، می توانید آدرس IP 127.1.1.1 را پینگ کنید. اگر پاسخ های پینگ دریافت کرده اید ، می توانید نتیجه بگیرید که دستگاه از TCP / IP استفاده می کند. در مورد عملکرد پینگ در فصل ۱۰ ، “ابزارهای خط فرمان” بحث می شود.

[۱] (ICANN) در سطح جهان آدرس های IP قابل روت عمومی را مدیریت می کند. ICANN به طور مستقیم یک بلوک از آدرس IP را به ارائه دهنده خدمات اینترنت (ISP) شما اختصاص نمی دهد بلکه یک بلوک از آدرس IP را به یک رجیستری اینترنت منطقه ای اختصاص می دهد. یک نمونه از ثبت اینترنتی منطقه ای ، [۲](ARIN) است که به عنوان یک رجیستری اینترنتی برای آمریکای شمالی عمل می کند. سازمان شماره های اختصاص داده شده در اینترنت (IANA) یکی دیگر از نهادهای مسئول تعیین آدرس IP است. ICANN IANA را اداره می کند و مسئول اختصاص آدرس IP در خارج از آمریکای شمالی است.

توجه

برخی از ادبیات به مرکز اطلاعات شبکه اینترنت (InterNIC) مراجعه می کنند. InterNIC سابق ICANN بود (تا ۱۸ سپتامبر ۱۹۹۸).

وقتی به سازمانی یک یا چند آدرس IP قابل روتیت عمومی توسط ارائه دهنده خدمات خود اختصاص داده شود ، آن سازمان معمولاً برای جا دادن همه دستگاه های خود به آدرس های IP بیشتری نیاز دارد. یک راه حل استفاده از آدرس IP خصوصی در داخل سازمان ، در ترکیب با Network Address Translation (NAT) است. شبکه های کلاس A ، B و C خاص برای استفاده خصوصی طراحی شده اند. اگرچه این شبکه ها قابل حمل هستند (به استثنای محدوده آدرس ۱۶۹٫۲۵۴٫۰٫۰–۱۶۹٫۲۵۴٫۲۵۵٫۲۵۵) در داخل سازمان ، سرویس دهنده های اینترنتی این شبکه های خصوصی را از طریق اینترنت عمومی مسیریابی نمی کنند. جدول ۵-۲۰ این شبکه های IP را نشان می دهد که برای استفاده داخلی اختصاص یافته اند.

[۱] The Internet Corporation for Assigned Names and Numbers

[۲] American Registry for Internet Numbers

جدول ۲۰-۵ : Private IP Networks

توجه

دامنه آدرس ۱۶۹٫۲۵۴٫۰٫۰–۱۶۹٫۲۵۴٫۲۵۵٫۲۵۵ قابل برنامه ریزی نیست. آدرس های موجود در محدوده فقط در زیرشبکه محلی آنها قابل استفاده هستند و به صورت پویا با استفاده از ویژگی آدرس دهی IP به صورت خودکار (APIPA) به میزبان های شبکه اختصاص می یابند که بعداً در این بخش مورد بحث قرار می گیرد.

NAT یکی از ویژگی های موجود در روترها است که به شما امکان می دهد آدرس های IP خصوصی مورد استفاده در یک سازمان به مجموعه ای از یک یا چند آدرس IP قابل رویت عمومی ترجمه شوند. فصل ۶ ، “Routing IP Packets” ، عملکرد NAT را توصیف می کند.

انواع آدرس ها

برای دنیای واقعی و امتحان Network + ، باید با سه دسته آدرس IPv4 زیر آشنا باشید: Unicast ، Broadcast و Multicast. بخشهای زیر این موارد را به تفصیل شرح می دهد.

Unicast

بیشتر ترافیک شبکه ماهیتی منحصر به فرد دارد ، به این معنی که ترافیک از یک دستگاه واحد به یک دستگاه واحد منتقل می شود. شکل ۵-۴ نمونه ای از انتقال یکپارچه را نشان می دهد.

شکل ۴-۵ : Sample Unicast Transmission

Broadcast

ترافیک پخش از یک منبع به تمام مقصدهای شبکه (یعنی دامنه پخش) منتقل می شود. آدرس پخش ۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵ ممکن است به نظر برسد که به همه میزبانان در همه شبکه های بهم پیوسته برسد. با این حال ، ۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵ تمام دستگاه های یک شبکه را هدف قرار می دهد – به طور خاص ، شبکه محلی برای دستگاه بسته ای را برای ۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵ ارسال می کند. نوع دیگر آدرس پخش یک آدرس پخش مستقیم است که تمام دستگاه های یک شبکه از راه دور را هدف قرار می دهد. به عنوان مثال ، آدرس ۱۷۲٫۱۶٫۲۵۵٫۲۵۵ / ۱۶ یک پخش مستقیم است که تمام دستگاه های شبکه ۱۷۲٫۱۶٫۰٫۰ / ۱۶ را هدف قرار می دهد. شکل ۵-۵ نمونه ای از انتقال صدا را نشان می دهد.

شکل ۵-۵ : Sample Broadcast Transmission

Multicast

فناوری Multicast مکانیزمی کارآمد را برای یک میزبان منفرد برای ارسال ترافیک به مقصد متعدد و در عین حال خاص ارائه می دهد. به عنوان مثال ، یک شبکه با ۱۰۰ کاربر را تصور کنید. بیست نفر از این کاربران می خواهند یک جریان ویدئو از سرور ویدئو دریافت کنند. با یک راه حل منحصر به فرد ، سرور ویدئو باید ۲۰ جریان جداگانه ارسال کند ، برای هر گیرنده یک جریان. چنین راه حلی می تواند مقدار قابل توجهی از پهنای باند شبکه را مصرف کرده و پردازنده سنگینی را بر دوش سرور ویدئو بگذارد. با راه حل پخش ، سرور ویدئو فقط باید یک بار جریان ویدئو را ارسال کند. با این حال ، این دستگاه توسط هر دستگاه از زیر شبکه محلی دریافت می شود ، حتی دستگاه هایی که نمی خواهند جریان ویدئو را دریافت کنند. آنها هنوز هم باید کاری را که انجام می دهند مکث کنند و برای بررسی هر یک از این بسته های ناخواسته وقت بگذارند. همانطور که در شکل ۵-۶ نشان داده شده است ، multicast یک مصالحه را ارائه می دهد ، به سرور ویدئو اجازه می دهد تا جریان ویدئو را فقط یک بار ارسال کنید و فقط جریان ویدئو را به دستگاه های شبکه ارسال کنید که می خواهند جریان را دریافت کنند. آنچه این امر را ممکن می کند استفاده از آدرس کلاس D است. یک آدرس کلاس D ، مانند ۲۳۹٫۱٫۲٫۳ ، آدرس یک گروه چندپخشی را نشان می دهد. در این مثال سرور ویدئو می تواند از هر بسته جریان ویدیویی که برای ۲۳۹٫۱٫۲٫۳ ارسال شده است ، یک نسخه واحد ارسال کند. دستگاه هایی که می خواهند جریان ویدئو را دریافت کنند می توانند به گروه چندپخشی بپیوندند. بر اساس درخواست دستگاه ، سوئیچ ها و روترهای موجود در توپولوژی می توانند به صورت پویا تعیین کنند که جریان ویدئو از کدام پورت ها ارسال شود.

شکل ۶-۵ : Sample multicast Transmission

اختصاص آدرس های IPv4

در این مرحله از بحث ، باید درک کنید که دستگاه های شبکه به آدرس IP نیاز دارند. با این وجود ، فراتر از یک آدرس IP ، چه اطلاعات اضافی مربوط به آدرس IP باید ارائه شود و چگونه آدرس IP به یکی از آن دستگاه ها اختصاص می یابد؟ این بخش با بحث در مورد پارامترهای مختلفی که ممکن است به یک دستگاه شبکه اختصاص داده شود ، آغاز می شود و به دنبال آن بحث هایی در مورد رویکردهای مختلف برای اختصاص آدرس IP به دستگاه ها آغاز می شود.

اجزای آدرس IP

همانطور که در بخش قبلی بحث شد ، یک آدرس IP دارای دو بخش است: یک بخش شبکه و یک قسمت میزبان. برای ترسیم بین این دو قسمت ، یک subnet mask لازم است. علاوه بر این ، اگر مقصد ترافیک برای زیرشبکه متفاوتی از زیرشبکه ای باشد که ترافیک از آن سرچشمه می گیرد ، باید یک درگاه پیش فرض تعریف شود. یک gateway پیش فرض ، ترافیک را از زیرشبکه فرستنده به سمت زیرشبکه مقصد هدایت می کند. فصل ۶ مفهوم مسیریابی را پوشش می دهد. نکته دیگر این است که کاربران نهایی معمولاً آدرس IP دستگاه مقصدی را که می خواهند با آن متصل شوند ، تایپ نمی کنند (به عنوان مثال ، یک وب سرور در اینترنت). در عوض ، کاربران نهایی به طور معمول نام دامنه کاملاً واجد شرایط (FQDN) ، مانند www.ajsnetworking.com را تایپ می کنند. هنگام اتصال به دستگاه های موجود در اینترنت عمومی ، یک سرور Domain Name System (DNS) یک FQDN را گرفته و آن را به آدرس IP مربوطه ترجمه می کند. در شبکه داخلی شرکت (یعنی یک intranet) ممکن است از سرور Microsoft Windows Internet Name Service (WINS) برای تبدیل نام دستگاه های شبکه به آدرس IP مربوطه استفاده شود. به عنوان مثال ، ممکن است سعی کنید به یک پوشه مشترک \ server1 hrdocs بروید. سپس یک سرور WINS می تواند برای حل نام دستگاه شبکه server1 به آدرس IP مربوطه استفاده شود. مسیر \ server1 hrdocs در فرم نامگذاری جهانی (UNC) است ، جایی که شما در حال تعیین نام دستگاه شبکه (به عنوان مثال server1) و منبع موجود در آن دستگاه (به عنوان مثال hrdocs) هستید. امروزه شرکت ها به طور فزاینده ای حتی برای وضوح نام شبکه داخلی به DNS می روند.

به طور خلاصه ، دستگاه های شبکه (به عنوان مثال ، یک کاربر نهایی) می توانند از انواع پارامترهای آدرس IP مانند موارد زیر بهره مند شوند:

• IP address
• Subnet mask
• Default gateway
• Server addresses

همچنین بخاطر داشته باشید که آدرس IP دیگر نیازی به اختصاص به یک موجودیت یا رابط واحد ندارد. یک آدرس IP مجازی معمولاً استفاده می شود و می تواند اهداف زیادی مانند موارد زیر را برآورده کند:

• فراهم کردن آدرس های کلیدکه در انتقال آدرس استفاده میشود
• نشان دادن آدرس IP واقعی که به رابط دستگاه شبکه اختصاص داده شده است.
• امجاز کردن اجازه ارسال ترافیک به چندین دستگاه شبکه مختلف را که برای پاسخگویی براساس آدرس IP مجازی تنظیم شده اند.

پیکربندی استاتیک

یک روش ساده برای پیکربندی رایانه شخصی ، به عنوان مثال ، با پارامترهای آدرس IP پیکربندی ایستایی آن اطلاعات است. به عنوان مثال ، در یک رایانه شخصی که از Microsoft Windows به عنوان سیستم عامل استفاده می کند ، می توانید به صفحه کنترل بروید ، همانطور که در شکل ۵-۷ نشان داده شده است ، و روی Network and Internet کلیک کنید.

شکل ۷-۵ : Windows Control Panel

همانطور که در شکل ۵-۸ نشان داده شده است ، از پانل کنترل شبکه و اینترنت ، روی Network and Sharing Center کلیک کنید.

شکل ۸-۵ : Network and Internet Control Panel

همانطور که در شکل ۵-۹ نشان داده شده است ، می توانید روی Change Change adapter کلیک کنید.

شکل ۹-۵ : Network and Sharing Center

همانطور که در شکل ۵-۱۰ نشان داده شده است ، از پنجره Network Connections روی آداپتور شبکه که می خواهید تنظیمات آن را تغییر دهید ، دوبار کلیک کنید.

شکل ۱۰-۵ : Network Connections Window

همانطور که در شکل ۵-۱۱ نشان داده شده است ، شما به پنجره Local Area Connection Status منتقل می شوید. از اینجا می توانید روی دکمه Properties کلیک کنید.

شکل ۱۱-۵ : Local Area Connection Status Window

همانطور که در شکل ۵-۱۲ نشان داده شده است ، می توانید پروتکل اینترنت نسخه ۴ (TCP / IPv4) را برجسته کرده و بر روی دکمه Properties کلیک کنید.

شکل ۱۲-۵ : Local Area Connection Properties

آدرس IP ، subnet mask ، gateway پیش فرض و اطلاعات سرور DNS را می توان در پنجره ویژگی های پروتکل اینترنت نسخه ۴ (TCP / IPv4) وارد کرد ، همانطور که در شکل ۵-۱۳ نشان داده شده است. اگرچه می توان اطلاعات سرور DNS را در این پنجره وارد کرد ، گزینه های پیشرفته DNS و گزینه های WINS با کلیک روی دکمه Advanced در دسترس هستند.

شکل ۱۳-۵ : Internet Protocol Version 4 (TCP/IPv4) Properties

همانطور که در شکل ۵-۱۴ نشان داده شده است ، با کلیک بر روی DNS در پنجره تنظیمات پیشرفته TCP / IP ، می توانید علاوه بر تنظیم سایر پارامترهای دیگر DNS ، سرورهای DNS را نیز اضافه ، حذف یا مرتب کنید. به یاد بیاورید که یک سرور DNS FQDN را به آدرس IP تبدیل می کند. همچنین ، اگرچه شکل ۵-۱۳ همان آدرس IP مربوط به درگاه پیش فرض و یک سرور DNS را نشان می دهد ، اما این آدرس ها همیشه در یک دستگاه قرار ندارند.

شکل ۱۴-۵ : Advanced TCP/IP Settings: DNS Tab

به همین ترتیب ، سرورهای Windows Internet Name Service (WINS) می توانند در تب WINS از پنجره Advanced TCP / IP Settings پیکربندی شوند ، همانطور که در شکل ۵-۱۵ نشان داده شده است. مشابه سرور DNS ، سرور WINS نام رایانه NetBIOS را به آدرس IP مربوطه تبدیل می کند.

شکل ۱۵-۵ : Advanced TCP/IP Settings: WINS Tab

پیکربندی پویا

اختصاص آماری اطلاعات آدرس IP به دستگاه های شبکه ای جداگانه می تواند زمانبر ، مستعد خطا و مقیاس پذیر نباشد. به جای اختصاص آدرس IP ثابت ، بسیاری از شبکه های سازمانی به صورت پویا پارامترهای آدرس IP را به دستگاه های خود اختصاص می دهند. یک انتخاب اولیه برای انجام این تخصیص خودکار آدرس های IP ، پروتکل Bootstrap (به اختصار BOOTP) بود. در حال حاضر ، محبوب ترین روش برای تخصیص پویا آدرس IP پروتکل پیکربندی میزبان پویا (DHCP) است.

BOOTP

مهندسان BOOTP را به عنوان روشی برای اختصاص آدرس IP ، subnet mask و اطلاعات gateway پیش فرض به ایستگاه های کاری بدون دیسک توسعه دادند. در روزهای ابتدایی مایکروسافت ویندوز (به عنوان مثال ، Microsoft Windows 3.1) ، مایکروسافت ویندوز از TCP / IP پشتیبانی نمیکرد . برای استفاده از پشتیبانی TCP / IP ، می توان یک برنامه کاربردی الحاقی TCP / IP (به عنوان مثال ، Trumpet Winsock) را اجرا کرد. چنین برنامه ای معمولاً از BOOTP پشتیبانی می کند.

وقتی دستگاهی برای به دست آوردن اطلاعات آدرس IP لازم باشد ، پخش BOOTP از دستگاهی که به آدرس IP نیاز دارد ارسال می شود. اگر یک سرور BOOTP (BOOTPS) پخش را دریافت کند ، می تواند آدرس MAC منبع را در قاب دریافت شده (آدرس MAC از دستگاهی که می خواهد آدرس IP بدست آورد) با آدرس IP مربوطه در پایگاه داده ذخیره شده در سرور BOOTP مطابقت دهد. سپس BOOTPS با اطلاعات آدرس IP به مشتری درخواست کننده پاسخ می دهد. از آنجا که درخواست های BOOTP براساس پخش بود ، به طور پیش فرض ، یک درخواست BOOTP نمی تواند فراتر از زیر شبکه محلی دستگاه پخش شود. با این حال ، بیشتر روترهای کلاس سازمانی را می توان برای انتقال انواع انتخاب شده پخش ، از جمله پخش های BOOTP ، پیکربندی کرد.

DHCP

DHCP راه حل قوی تری نسبت به راه حل ارائه شده توسط BOOTP برای تعیین آدرس IP ارائه می دهد. DHCP به یک پایگاه داده پیکربندی شده ثابت از نگاشت آدرس MAC به آدرس IP نیاز ندارد. همچنین ، DHCP گزینه های گسترده ای فراتر از آدرس IP اصلی ، subnet mask و پارامترهای gateway پیش فرض دارد. به عنوان مثال ، یک سرور DHCP می تواند به یک سرویس گیرنده DHCP درباره آدرس IP یک سرور WINS یا حتی یک پارامتر تعریف شده توسط سرپرست آموزش دهد (به عنوان مثال آدرس IP یک سرور TFTP که می توان یک فایل پیکربندی را از آن بارگیری کرد). برای اطلاعات بیشتر در مورد عملکرد DHCP به فصل ۳ ، “اجزای شبکه” مراجعه کنید. با این حال ، بدانید که مانند BOOTP ، درخواست اولیه DHCP یک پخش است و برای این کار لازم است روتر محلی مشتری پیکربندی شود تا درخواست DHCP را به درستی به یک سرور DHCP منتقل کند ، اگر آن سرور DHCP در زیر شبکه محلی مشتری درخواست کننده نباشد. در راه اندازی یک سرور DHCP ، شما می توانید یک آدرس IP را برای توزیع مشخص کنید ، و این به عنوان دامنه شناخته می شود. علاوه بر این ، می توان یک سرور DHCP را به صورت رزرو تنظیم کرد ، که یک آدرس IP خاص را برای آدرس MAC اترنت لایه ۲ ذخیره می کند. زمان اجاره نیز می تواند پیکربندی شود و معمولاً یک روز تعیین می شود. سرور DHCP همچنین گزینه هایی مانند آدرس سرور DNS ، دروازه پیش فرض استفاده ، پسوندهای دامنه برای استفاده و موارد دیگر را فراهم می کند. اگر سرویس گیرنده DHCP در زیر شبکه سرور DHCP ، روتر یا دستگاه دیگری که به شبکه متصل است نیست.

زیر شبکه مشابه سرویس گیرنده DHCP می تواند به عنوان عامل رله DHCP پیکربندی شود. دستگاه بسته کشف را از سرویس گیرنده می گیرد (پخش می کند) و آن را به محلی که سرور DHCP (یکپارچه) است هدایت می کند. این ویژگی بعضاً به عنوان IP helper نیز شناخته می شود. به عنوان نمونه پیکربندی سرویس گیرنده DHCP ، در ویندوز ۱۰ مایکروسافت ، می توانید گزینه های “به دست آوردن آدرس IP به صورت خودکار” و “دستیابی به سرور آدرس DNS سرور” را در پنجره ویژگی های پروتکل اینترنت نسخه ۴ (TCP / IPv4) مانند تصویر ۵-۱۶ انتخاب کنید. .

شکل ۱۶-۵ : Configuring Microsoft Windows 10 to Obtain IP Address Information via DHCP

توجه :

پروتکل منسوخ شده توسط BOOTP و DHCP پروتکل حل و فصل آدرس معکوس (RARP) است. در حالی که پروتکل قطعنامه آدرس (ARP) یک آدرس MAC درخواست می کند که مربوط به یک آدرس IP شناخته شده باشد ، RARP یک آدرس IP (از یک میزبان از قبل پیکربندی شده) درخواست می کند که با آدرس MAC یک ایستگاه مطابقت دارد. اگرچه RARP به یک ایستگاه اجازه می دهد تا به صورت پویا آدرس IP بدست آورد ، BOOTP و DHCP ویژگی های اضافی را ارائه می دهند.

 

Automatic Private IP Addressing

اگر یک دستگاه شبکه آدرس IP پیکربندی مستقیمی نداشته باشد و قادر به تماس با سرور DHCP نباشد ، ممکن است به لطف آدرس دهی IP به صورت خودکار (APIPA) همچنان بتواند از طریق شبکه IP ارتباط برقرار کند. ویژگی APIPA به یک دستگاه شبکه اجازه می دهد تا آدرس IP خود را از شبکه ۱۶۹٫۲۵۴٫۰٫۰/۱۶ اختصاص دهد. توجه داشته باشید که این آدرس فقط در زیرشبکه محلی دستگاه قابل استفاده است. (آدرس IP قابل روت نیست.) همانطور که در شکل ۵-۱۷ نشان داده شده است ، در صورت پیکربندی سرویس گیرنده برای بدست آوردن خودکار اطلاعات آدرس IP و عدم موفقیت در دریافت اطلاعات آدرس IP از سرور DHCP ، Microsoft Windows 10 به طور پیش فرض از APIPA استفاده می کند.

شکل ۱۷-۵ : APIPA Configuration Enabled by Default

APIPA به عنوان راه حلی برای راه اندازی سریع شبکه محلی بدون نیاز به پیکربندی سرور DHCP یا نیاز به اختصاص آماری اطلاعات آدرس IP طراحی شده است. با این حال ، همچنان نیاز به دستگاههایی در این شبکه محلی برای انجام وضوح نام و کشف خدمات شبکه وجود دارد. خوشبختانه ، این نیازها توسط Zero Configuration (Zeroconf) پوشش داده می شود. Zeroconf یک فناوری است که در اکثر سیستم عامل های مدرن پشتیبانی می شود و سه عملکرد اساسی را انجام می دهد:

• تخصیص آدرس های IP پیوند محلی: آدرس IP پیوند محلی ، آدرس IP غیرقابل روتی است که فقط در زیر شبکه محلی قابل استفاده است. APIPA نمونه ای از فناوری است که آدرس های IP محلی را به خود اختصاص می دهد.
• Resolving computer names to IP addresses : نمونه ای از فناوری است که می تواند بدون کمک یک سرور DNS یا یک سرور WINS ، نام کامپیوتر را به آدرس IP مربوطه در زیر شبکه محلی حل کند.
• مکان یابی سرویس های شبکه: نمونه هایی از پروتکل های کشف سرویس شامل پروتکل موقعیت مکانی (SLP) مبتنی بر استانداردها ، پروتکل کشف سرویس ساده مایکروسافت (SSDP) و سرویس کشف دی ان اس (DNS SD) مبتنی بر DNS اپل است.

اگر دستگاههایی که از این سه ویژگی Zeroconf پشتیبانی می کنند در یک زیر شبکه محلی بهم پیوسته اند ، می توانند به صورت پویا آدرسهای IP پیوند محلی را بدست آورند ، نام یکدیگر را به آدرسهای IP برطرف کنند و خدمات موجود در شبکه را کشف کنند.

Subnetting

در اوایل این فصل ، شما با هدف استفاده از subnet mask و subnet mask  پیش فرض برای کلاس های مختلف آدرس IP آشنا شدید. subnet mask پیش فرض (یعنی classful subnet masks) همیشه کارآمدترین انتخاب نیستند. خوشبختانه ، می توانید بیت های شبکه دیگری را به یک classful subnet masks اضافه کنید (در نتیجه ماسک زیر شبکه را گسترش می دهید) تا زیر شبکه هایی را در یک شبکه کلاسه ایجاد کنید. این بخش توضیح می دهد که چرا ممکن است بخواهید این فرآیند را انجام دهید و نحوه انجام محاسبات زیر شبکه را به صورت ریاضی شرح می دهد.

هدف از  Subnetting

تعداد آدرسهای IP قابل تخصیص را در کلاسهای مختلف آدرس IP نشان داده شده در جدول ۵-۲۱ در نظر بگیرید. به یاد بیاورید که بیت های میزبان یک آدرس IP نمی تواند همه ۰ باشد (که نشان دهنده آدرس شبکه است) یا همه ۱ باشد (که نشان دهنده آدرس پخش مستقیم است). بنابراین ، تعداد آدرسهای IP قابل اختصاص در یک زیر شبکه را می توان با فرمول زیر تعیین کرد:

تعداد آدرسهای IP قابل اختصاص در یک زیر شبکه = ۲^h-2 ،

که در آن h تعداد بیت های میزبان در یک ماسک زیر شبکه است

جدول ۲۱-۵ : Assignable IP Addresses

فرض کنید که تصمیم دارید از آدرس IP کلاس B خصوصی (به عنوان مثال ۱۷۲٫۱۶٫۰٫۰ / ۱۶) برای آدرس IP داخلی خود استفاده کنید. به دلایل عملکردی ، شما نمی خواهید به اندازه ۶۵۵۳۴ میزبان در یک دامنه پخش واحد پشتیبانی کنید. بنابراین ، بهترین روش استفاده از چنین آدرس شبکه و زیر شبکه بودن شبکه (در نتیجه افزایش تعداد بیت های شبکه در subnet mask تحت شبکه) به شبکه های فرعی اضافی است. در واقع ، شما می توانید فضای آدرس اصلی شبکه خود را زیر شبکه کرده و سپس یکی از آدرسهای زیر شبکه استفاده نشده خود را بیشتر زیر شبکه کنید! این روش به عنوان Subnet Masting با طول متغیر (VLSM) شناخته می شود و به شما امکان می دهد با توجه به تعداد آدرس های IP مورد نیاز در مناطق مختلف ، شبکه را به بهترین شکل ممکن طراحی کنید. البته این شبکه از انواع ماسک های subnet نیز برای انجام این کار استفاده می کند.

Subnet Mask Notation

همانطور که قبلاً ذکر شد ، تعداد بیتهای یک ماسک زیر شبکه را می توان در علامت گذاری dotted-decimal (به عنوان مثال ۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵٫۰) یا در علامت گذاری prefix  نشان داد (به عنوان مثال ، / ۲۴). به عنوان یک مرجع ، جدول ۵-۲۲ ماسک های زیر شبکه معتبر را در علامت گذاری dotted-decimal و علامت prefix مربوطه نشان می دهد.

جدول ۲۲-۵ : Dotted-Decimal and Prefix-Notation Representations for IPv4 Subnets

به یاد بیاورید که هر octet با مقدار ۲۵۵ حاوی هشت تا ۱ است. همچنین ، شما باید مقادیر هشت اختیاری معتبر را برای یک octet و تعداد متناظر با ۱ ثانیه را در آن octet حفظ کنید ، همانطور که در جدول ۵-۲۳ نشان داده شده است. بر اساس این اطلاعات ، شما باید بتوانید علامت گذاری dotted-decimal یک subnet mask را ببینید و به سرعت علامت prefix مربوطه را تعیین کنید.

جدول ۲۳-۵ : Subnet Octet Value

به عنوان مثال ، subnet mask 255.255.192.0 را در نظر بگیرید. از آنجا که هر یک از دو اوکتد اول دارای ارزش ۲۵۵ است ، شما می دانید که از دو اوکتد اول شانزده ۱ دارید. سپس یادآوری می کنید که مقدار ۱۹۲ در اوکتد سوم نیاز به دو ۱ از آن اوکتد دارد. با افزودن شانزده ۱ از دو اوکتد اول به دو ۱ از هشت اوکتد سوم ، می توانید تعیین کنید که subnet mask 255.255.192.0 دارای پیشوند متناظر با نماد / ۱۸ باشد. برای کمک به شما در ایجاد مهارت در انجام سریع این محاسبات ، دو تمرین زیر را انجام دهید.

Subnet Notation: Practice Exercise 1

با توجه به subnet mask 255.255.255.248 ، prefix مربوطه چی است؟

Subnet Notation: Practice Exercise 1 Solution

با توجه به subnet mask 255.255.255.248 ، باید تشخیص دهید که سه اوکتد اول که هر کدام دارای مقدار ۲۵۵ هستند ، بیانگر بیست و چهار ۱ است. مجموع ۲۴ بیت (از سه اوکتد اول) و ۵ بیت (از اوکتد چهارم) در مجموع ۲۹ بیت به شما می دهد. بنابراین ، می توانید نتیجه بگیرید که subnet mask با علامت اعشاری نقطه ای ۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵٫۲۴۸ دارای نمایش prefix  برابر با ۲۹ است.

Subnet Notation: Practice Exercise 2

با توجه به subnet mask از / ۱۷ ، علامت dotted-decimal چیست؟

Subnet Notation: Practice Exercise 2 Solution

شما می دانید که هر اوکتد شامل ۸ بیت است. بنابراین ، با توجه به subnet mask / 17 ، می توانید با ۸ ثانیه حساب کنید تا مشخص کنید که ۸ تا ۱s در اوکتد اول ، ۸تا ۱s در اوکتد دوم و یه دونه ۱ در اوکتد سوم وجود دارد. شما قبلاً می دانید که یک اوکتد که حاوی همه ۱ ها است ، ۲۵۵ دسیمال دارد. از این دانش ، نتیجه می گیرید که هر یک از دو هشت اول دارای مقدار ۲۵۵ است. همچنین ، بر اساس حفظ جدول ۵-۲۳ ، می دانید که یک ۱ (در سمت چپ) در یک اوکتد معادل دسیمال ۱۲۸ دارد. بنابراین ، می توانید نتیجه بگیرید که یک subnet mask با علامت prefix / 17 می تواند در علامت گذاری dotted-decimal به عنوان ۲۵۵٫۲۵۵٫۱۲۸٫۰  نشان داده شود.

گسترش یک Classful Mask

روش استفاده از یک شبکه طبقه بندی شده (یعنی یک شبکه با استفاده از یک classful subnet mask) و تقسیم آن شبکه به چندین زیر شبکه ، با اضافه کردن ۱ ها به classful subnet mask است. با این حال ، بدون توجه به subnet mask جدید ، کلاس آدرس IP تغییر نمی کند. به عنوان مثال ، اگر شبکه ۱۷۲٫۱۶٫۰٫۰/۱۶  را استفاده کرده و با استفاده از یک subnet mask 24 بیتی (۱۷۲٫۱۶٫۰٫۰/۲۴, ۱۷۲٫۱۶٫۱٫۰/۲۴, ۱۷۲٫۱۶٫۲٫۰/۲۴, …) شبکه های مختلفی را زیر شبکه قرار دهید ، هنوز شبکه های کلاس B هستند. به طور خاص ، کلاس یک شبکه کاملاً با مقدار اوکتد اول تعیین می شود. کلاس یک شبکه هیچ ارتباطی با تعداد بیت های یک زیر شبکه ندارد ، و این یک مفهوم غالباً اشتباه است. به عنوان مثال دیگر ، شبکه ۱۰٫۲٫۳٫۰/۲۴  subnet mask یک شبکه کلاس C (یعنی یک subnet mask 24 بیتی) دارد. با این حال ، شبکه ۱۰٫۲٫۳٫۰/۲۴ یک شبکه کلاس A است زیرا ارزش اوکتد اول ۱۰ است. این فقط یک شبکه کلاس A است که اتفاقاً دارای subnet mask 24 بیتی است.

بیت های قرض گرفته شده

وقتی بیت هایی را به classful mask اضافه می کنید ، بیت هایی را که اضافه می کنید بیت های قرض گرفته شده می نامند. تعداد بیت های قرض گرفته شده توسط شما تعیین می کند که چند زیر شبکه ایجاد شده و تعداد میزبان های قابل استفاده در هر زیر شبکه تعیین شود.

محاسبه تعداد زیرشبکه های ایجاد شده

برای تعیین تعداد زیر شبکه های ایجاد شده هنگام افزودن بیت به یک classful mask شده ، می توانید از فرمول زیر استفاده کنید:

تعداد زیرشبکه ایجاد شده = ۲^S

که  Sدر آن تعداد بیت های قرض گرفته شده است

به عنوان مثال ، فرض کنید شما شبکه ۱۹۲٫۱۶۸٫۱٫۰ را با یک subnet mask 28 بیتی زیر شبکه کرده اید ، و می خواهید تعیین کنید که چند زیر شبکه ایجاد شده است. ابتدا تعیین می کنید که چند بیت قرض گرفته اید. به یاد بیاورید که تعداد بیت های قرض گرفته شده تعداد بیت های یک ماسک زیر شبکه فراتر از classful mask است. در این حالت ، از آنجا که اولین اوکتد در آدرس شبکه دارای ارزش ۱۹۲ است ، می توانید نتیجه بگیرید که این یک شبکه کلاس C است. شما همچنین یادآوری می کنید که یک شبکه کلاس C دارای ۲۴ بیت در classful subnet mask (یعنی پیش فرض) است. از آنجا که اکنون یک subnet mask 28 بیتی دارید ، تعداد بیت های قرض گرفته شده را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:

تعداد بیت های قرض گرفته شده = بیت در subnet mask سفارشی – بیت در classful subnet mask تعداد بیت های قرض گرفته شده = ۲۸ – ۲۴ = ۴

اکنون که می دانید ۴ بیت قرض دارید ، می توانید ۲ را به توان ۴ (۲۴ یا ۲ * ۲ * ۲ * ۲) ، که برابر ۱۶ است ، افزایش دهید. از این محاسبه ، نتیجه می گیرید که زیر شبکه ۱۹۲٫۱۶۸٫۱٫۰/۲۴ با یک subnet mask 28 بیتی ۱۶ زیر شبکه را ارائه می دهد.

محاسبه تعداد میزبانهای موجود

قبلاً در این بخش فرمولی برای محاسبه تعداد آدرسهای IP میزبان موجود (یعنی قابل تخصیص) به شما داده شد ، بر اساس تعداد بیت های میزبان در ماسک زیر شبکه. فرمول این است

تعداد آدرس IP قابل اختصاص در زیرشبکه = ۲^h-2

که h تعداد بیت های میزبان در ماسک زیر شبکه است

با استفاده از مثال قبلی ، فرض کنید می خواهید تعداد آدرسهای IP میزبان موجود را در یکی از زیر شبکه های ۱۹۲٫۱۶۸٫۱٫۰/۲۸ تعیین کنید. ابتدا باید تعداد بیت های میزبان را در subnet mask تعیین کنید. از آنجا که می دانید آدرس IPv4 از ۳۲ بیت تشکیل شده است ، می توانید تعداد بیت های subnet mask (28 مورد را در این مثال) از ۳۲ کم کنید تا تعداد بیت های میزبان را تعیین کنید:

تعداد بیت میزبان = ۳۲ – تعداد بیت در subnet mask

تعداد بیت های میزبان = ۳۲ – ۲۸ = ۴

اکنون که تعداد بیت های میزبان را دانستید ، می توانید آن را در فرمول قبلاً ارائه شده اعمال کنید:

تعداد آدرسهای IP قابل اختصاص در یک زیر شبکه = ۲^h-2

که در آن h تعداد بیت های میزبان در ماسک زیر شبکه است تعداد آدرس های IP قابل اختصاص در یک زیر شبکه = ۲^۴-۲=۱۴

از این محاسبه می توانید نتیجه بگیرید که هر یک از زیر شبکه های ۱۹۲٫۱۶۸٫۱٫۰/۲۸ دارای ۱۴ آدرس IP قابل استفاده هستند. برای تقویت مهارت خود با این محاسبات ، اکنون با چند تمرین تمرینی به چالش کشیده میشوید .

Basic Subnetting Practice: Exercise 1

با استفاده از یک برگ کاغذ جداگانه ، سناریوی زیر را حل کنید: شبکه ۱۷۲٫۲۰٫۰٫۰/۱۶ شرکت شما را برای استفاده در یکی از سایتهای خود اختصاص داده است. شما باید از یک subnet mask استفاده کنید که ۴۷ زیر شبکه را در خود جای دهد در حالی که همزمان حداکثر تعداد میزبان را در هر زیر شبکه دارد. از چه ماسک زیر شبکه استفاده خواهید کرد؟

Basic Subnetting Practice: Exercise 1 Solution

برای تعیین اینکه چند بیت وام برای جا دادن ۴۷ زیر شبکه مورد نیاز است ، می توانید جدولی بنویسید که قدرت ۲ را نشان می دهد ، همانطور که در جدول ۵-۲۴ نشان داده شده است. در واقع ، ممکن است بخواهید جدول مشابهی را روی کارت dry-erase که هنگام شرکت در آزمون نتورک + به شما داده می شود ، ترسیم کنید.

جدول ۲۴-۵ : Number of Subnets Created by a Specified Number of Borrowed Bits

در این مثال ، جایی که می خواهید از ۴۷ زیر شبکه پشتیبانی کنید ، ۵ بیت قرض گرفته شده کافی نیست و ۶ بیت قرض گرفته شده بیش از اندازه کافی است. از آنجا که ۵ بیت وام کافی نیست ، شما ۶ بیت وام گرفته را جمع می کنید و استفاده می کنید. اولین اوکتد در آدرس شبکه ۱۷۲٫۲۰٫۰٫۰ دارای ارزش ۱۷۲ است ، به این معنی که شما با آدرس کلاس B روبرو هستید. از آنجا که آدرس Class B دارای ۱۶ بیت در ماسک طبقه بندی شده خود است ، می توانید ۶ بیت وام گرفته شده را به ماسک کلاسه ۱۶ بیتی اضافه کنید که منجر به ایجاد ماسک زیر بیتی ۲۲ بیتی می شود. ممکن است استدلال شود که اگرچه یک subnet mask 22 بیتی شامل ۴۷ زیر شبکه است ، یک subnet mask 23 بیتی یا یک subnet mask 24 بیتی نیز وجود دارد. اگرچه این درست است ، به یاد داشته باشید که سناریو گفته است که شما باید حداکثر تعداد میزبان در هر زیر شبکه را داشته باشید. این نشان می دهد که نباید از بیت های وام گرفته شده بیش از حد لازم استفاده کنید. بنابراین ، می توانید نتیجه بگیرید که برای تأمین نیازهای سناریو ، باید از یک subnet mask با / ۲۲ استفاده کنید که می تواند به صورت ۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۲٫۰ نیز نوشته شود.

تمرین اساسی زیر شبکه: تمرین ۲

با استفاده از یک برگ کاغذ جداگانه ، سناریوی زیر را حل کنید: شبکه ۱۷۲٫۲۰٫۰٫۰/۱۶ شرکت شما را برای استفاده در یکی از سایتهای خود اختصاص داده است. شما باید یک subnet mask را محاسبه کنید که ۱۰۰ میزبان در هر زیر شبکه را در خود جای دهد در حالی که تعداد زیرشبکه های موجود را به حداکثر می رساند. از چه subnet mask استفاده خواهید کرد؟

تمرین زیرمجموعه اساسی: تمرین ۲ راه حل

برای تعیین اینکه چند بیت میزبان برای جا دادن ۱۰۰ میزبان مورد نیاز است ، می توانید جدولی بنویسید که تعداد میزبانهای پشتیبانی شده توسط تعداد مشخصی بیت میزبان را نشان می دهد ، همانطور که در جدول ۵-۲۵ نشان داده شده است. مانند جدول قبلی ، ممکن است بخواهید جدول مشابهی را روی کارت dry-erase که هنگام شرکت در آزمون Network + به شما داده می شود ، ترسیم کنید.

جدول ۲۵-۵ : Number of Supported Hosts Given a Specified Number of Host Bits

در این مثال ، جایی که می خواهید از ۱۰۰ میزبان پشتیبانی کنید ، ۶ بیت میزبان کافی نیست و ۷ بیت میزبان بیش از اندازه کافی است. از آنجا که ۶ بیت میزبان کافی نیست ، شما ۷ بیت میزبان را جمع می کنید و استفاده می کنید. از آنجا که آدرس IPv4 دارای ۳۲ بیت است و شما به ۷ بیت میزبان نیاز دارید ، می توانید با کم کردن ۷ بیت میزبان از ۳۲ (یعنی تعداد کل بیت های آدرس IPv4) تعداد بیت های زیر شبکه را محاسبه کنید. این منجر به ایجاد یک subnet mask 25 بیتی می شود (یعنی ۳۲ بیت کل-۷ بیت میزبان = ۲۵ بیت subnet mask ). بنابراین ، می توانید نتیجه بگیرید که برای تأمین نیازهای سناریو ، باید از یک subnet mask با ۲۵ استفاده کنید که می تواند به صورت ۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵٫۱۲۸ نیز نوشته شود.

محاسبه دامنه آدرس IP جدید

اکنون که می توانید تعداد زیرشبکه های ایجاد شده را براساس تعداد مشخصی از بیت های وام گرفته شده محاسبه کنید ، مرحله منطقی بعدی محاسبه دامنه آدرس IP است که آن زیر شبکه ها را تشکیل می دهد. به عنوان مثال ، اگر ۱۷۲٫۲۵٫۰٫۰/۱۶ را بگیرید و آن را با subnet mask 24 بیتی زیر شبکه کنید ، زیرشبکه های حاصل به شرح زیر خواهد بود:

بیایید نحوه انجام چنین محاسبه ای را بررسی کنیم. در مثال قبلی توجه کنید که برای محاسبه شبکه های جدید با عدد ۱ در سومین octet حساب می کنید. برای تصمیم گیری در چه octet شمارش را شروع می کنید و با چه افزایشی می شمارید ، یک اصطلاح جدید باید تعریف شود.. در این مثال ، subnet mask یک ماسک زیر شبکه ۲۴ بیتی بود که دارای معادل dotted- decimal 255.255.255.0 و معادل دودویی ۱۱۱۱۱۱۱۱٫۱۱۱۱۱۱۱۱٫۱۱۱۱۱۱۱۱٫۰۰۰۰۰۰۰۰ است. از هر یک از این نمایش های subnet mask ، می توانید تعیین کنید سومین octet شامل آخرین یک است . بنابراین ، شما مقدار سومین octet را تغییر میدهید تا شبکه جدید را محاسبه کنید .

اکنون که می دانید سومین octet به عنوان interesting octet است ، باید بدانید با چه افزایشی در آن octet شمردید. این افزایش به عنوان اندازه بلوک شناخته می شود. اندازه بلوک را می توان با کسر مقدار ماسک زیرشبکه در یک هشتم جالب از ۲۵۶ محاسبه کرد. در این مثال ، subnet mask دارای یک مقدار ۲۵۵ در interesting octet است (یعنی سومین ). اگر ۲۵۵ را از ۲۵۶ کم کنید ، نتیجه ۱ می گیرید (یعنی ۲۵۶ – ۲۵۵ = ۱). اولین زیرشبکه آدرس اصلی شبکه خواهد بود ، بیت های قرض گرفته شده روی ۰ تنظیم می شوند. بعد از این زیرشبکه اول ، شما برای محاسبه باقیمانده زیرشبکه ها شروع به شمارش با اندازه بلوک (۱ در این مثال) در هشت طبقه جالب می کنید.

فرآیند قبلی برای محاسبه زیر شبکه را می توان به صورت زیر خلاصه کرد :

مرحله ۱٫ با تعیین آخرین هشتت در ماسک زیر شبکه که دارای ۱ است ، هشتت جالب را تعیین کنید.

مرحله ۲٫ با کسر مقدار اعشاری در هشت هشتگی جالب زیر شبکه ، اندازه بلوک را از ۲۵۶ تعیین کنید.

مرحله ۳٫ زیر شبکه اول را با تنظیم همه بیت های وام گرفته شده (که بیت هایی در ماسک زیرشبکه فراتر از بیت های ماسک زیر کلاسه طبقه بندی شده) هستند ، روی ۰ تعیین کنید.

مرحله ۴٫ زیر شبکه های اضافی را با گرفتن اولین زیرشبکه و شمارش با افزایش اندازه بلوک در هشت پایه جالب تعیین کنید. برای تقویت این روش ، مثال دیگری را در نظر بگیرید. یک ماسک زیر شبکه ۲۷ بیتی به آدرس شبکه ۱۹۲٫۱۶۸٫۱۰٫۰/۲۴ اعمال می شود. برای محاسبه زیر شبکه های ایجاد شده ، می توانید مراحل زیر را انجام دهید:

مرحله ۱٫ ماسک subnet / 27 (به صورت باینری) ۱۱۱۱۱۱۱۱٫۱۱۱۱۱۱۱۱٫۱۱۱۱۱۱۱۱۱۱٫۱۱۱۰۰۰۰۰ است. اختت جالب هشتم چهارم است زیرا هشتم چهارم شامل ۱ عدد آخر در ماسک زیر شبکه است.

مرحله ۲٫ مقدار اعشاری هشتم چهارم در ماسک زیر شبکه ۲۲۴ (۱۱۱۰۰۰۰۰ به صورت اعشاری) است. بنابراین ، اندازه بلوک ۳۲ است (۲۵۶ – ۲۲۴ = ۳۲).

مرحله ۳٫ زیرشبکه اول ۱۹۲٫۱۶۸٫۱۰٫۰/۲۷ است – مقدار شبکه اصلی ۱۹۲٫۱۶۸٫۱۰٫۰ با بیت های قرض گرفته شده (سه بیت اول در هشت هشتم) روی ۰ تنظیم شده است.

مرحله ۴٫ شمارش توسط ۳۲ (اندازه بلوک) در هشت هشتم جالب (هشت هشتم) به شما امکان می دهد زیرشاخه های باقی مانده را محاسبه کنید:

اکنون که زیر شبکه هایی را که از یک شبکه کلاسیک با استفاده از ماسک زیر شبکه ساخته شده اند ، شناختید ، گام منطقی بعدی تعیین آدرس های قابل استفاده در آن زیرشبکه ها است. به یاد داشته باشید که اگر همه بیت های میزبان در آدرس IP روی ۰ تنظیم شده باشند ، نمی توانید آدرس IP را به دستگاه اختصاص دهید ، زیرا یک آدرس IP با تمام بیت های میزبان که روی ۰ قرار دارند ، آدرس خود زیر شبکه است.

به طور مشابه ، اگر همه بیت های میزبان در آدرس IP روی ۱ تنظیم شده باشند ، نمی توانید آدرس IP را به دستگاه اختصاص دهید زیرا آدرس IP با همه بیت های میزبان که روی ۱ تنظیم شده است ، آدرس پخش مستقیم یک زیر شبکه است. با حذف شبکه و هدایت آدرسهای پخش شده از زیرشبکه ۱۹۲٫۱۶۸٫۱۰٫۰/۲۷ (همانطور که قبلاً محاسبه شد) ، آدرسهای قابل استفاده نشان داده شده در جدول ۵-۲۶ را می توان تعیین کرد.

جدول ۲۶-۵ : Usable IP Address Ranges for the 192.168.10.0/27 Subnets

برای کمک به توسعه مهارت های محاسبه زیرشبکه ، اکنون با چند مورد به چالش کشیده شده اید

تمرینات زیر شبکه را تمرین کنید.

تمرین زیر شبکه پیشرفته: تمرین ۱ با استفاده از یک صفحه کاغذ جداگانه ، سناریوی زیر را حل کنید: بر اساس الزامات طراحی شبکه ، تشخیص می دهید که باید از یک ماسک زیر شبکه ۲۶ بیتی استفاده کنید که روی شبکه ۱۹۲٫۱۶۸٫۰٫۰/۲۴ شما اعمال می شود. اکنون باید هر یک از زیر شبکه های ایجاد شده را محاسبه کنید. علاوه بر این ، شما می خواهید آدرس پخش و دامنه آدرس های قابل استفاده برای هر یک از زیر شبکه های ایجاد شده را بدانید.

تمرین زیر شبکه پیشرفته: تمرین ۱ راه حل

همانطور که قبلاً توضیح داده شد ، برای تعیین آدرس زیرشبکه می توانید مراحل چهار مرحله ای زیر را طی کنید:

مرحله ۱٫ ماسک زیرشبکه / ۲۶ (باینری) ۱۱۱۱۱۱۱۱٫۱۱۱۱۱۱۱۱٫۱۱۱۱۱۱۱۱٫۱۱۰۰۰۰۰۰ است. اختت جالب هشتم چهارم است زیرا هشتم چهارم شامل ۱ عدد آخر در ماسک زیر شبکه است.

مرحله ۲٫ مقدار اعشاری هشتم چهارم در ماسک زیر شبکه ۱۹۲ است (۱۱۰۰۰۰۰۰ دهدهی). بنابراین ، اندازه بلوک ۶۴ است (۲۵۶ – ۱۹۲ = ۶۴).

مرحله ۳٫ زیرشبکه اول ۱۹۲٫۱۶۸٫۰٫۰/۲۶ است – مقدار شبکه اصلی ۱۹۲٫۱۶۸٫۰٫۰ با بیت های قرض گرفته شده (۲ بیت اول در هشت هشتم آخر) روی ۰ تنظیم شده است.

مرحله ۴٫ شمارش توسط ۶۴ (اندازه بلوک) در هشت ستاره جالب (هشت هشتم) به شما امکان می دهد زیرشبکه های باقی مانده را محاسبه کنید ، در نتیجه زیرشبکه های زیر ایجاد می شود:

آدرس های پخش مستقیم برای هر یک از زیر شبکه های قبلی را می توان با افزودن ۶۳ (یعنی یک کمتر از اندازه بلوک) به هشتت جالب برای هر آدرس زیر شبکه محاسبه کرد. به استثنای آدرسهای زیرشبکه و آدرسهای پخش مستقیم ، می توانید طیف وسیعی از آدرسهای قابل استفاده را محاسبه کنید که نتایج آن در جدول ۵-۲۷ مشاهده می شود. جدول ۵-۲۷ محدوده آدرس IP قابل استفاده برای زیر شبکه های ۱۹۲٫۱۶۸٫۰٫۰/۲۶

جدول ۲۷-۵ : Usable IP Address Ranges for the 192.168.0.0/26 Subnets

تمرین زیر شبکه پیشرفته: تمرین ۲

با استفاده از یک صفحه کاغذ جداگانه ، سناریوی زیر را حل کنید: شبکه نشان داده شده در شکل ۵-۱۸ با استفاده از یک ماسک زیر شبکه ۲۰ بیتی شبکه ۱۷۲٫۱۶٫۰٫۰/۱۶ را زیر شبکه قرار داده است. توجه داشته باشید که دو VLAN (دو زیر شبکه) پیکربندی شده اند. اما ، به یکی از رایانه های شخصی مشتری آدرس IP اختصاص داده شده است که در VLAN آن رایانه وجود ندارد. به کدام کامپیوتر مشتری آدرس IP نادرست اختصاص داده شده است؟

شکل ۱۸-۵ : Topology for Advanced Subnetting Practice: Exercise 2

تمرین زیر شبکه پیشرفته: تمرین ۲ حل

برای تعیین اینکه به کدام کامپیوتر مشتری آدرس IP خارج از VLAN محلی خود اختصاص داده شده است ، باید زیر شبکه های ایجاد شده توسط ماسک زیر شبکه ۲۰ بیتی اعمال شده در شبکه ۱۷۲٫۱۶٫۰٫۰/۱۶ را تعیین کنید:

1. هشت اختیاری جالب برای ماسک زیر شبکه ۲۰ بیتی هشت اختیاری سوم است زیرا هشت اختیاری سوم آخرین اختیاری است که شامل ۱ ماسک زیر شبکه ۲۰ بیتی است (۱۱۱۱۱۱۱۱٫۱۱۱۱۱۱۱۱۱۱٫۱۱۱۱۰۰۰۰٫۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰ ، که می تواند به صورت ۲۵۵٫۲۵۵٫۲۴۰٫۰ نیز نوشته شود) .
2. مقدار اعشاری هشتم سوم در ماسک زیر شبکه ۲۴۰ است. بنابراین ، اندازه بلوک ۱۶ است (۲۵۶ – ۲۴۰ = ۱۶ =).
3. اولین زیرشبکه ۱۷۲٫۱۶٫۰٫۰/۲۰ ۱۷۲٫۱۶٫۰٫۰ است (۱۷۲٫۱۶٫۰٫۰/۲۰ با ۴ بیت قرض گرفته شده در هشت هشتم تنظیم شده روی ۰).

۴- با شروع با زیرشبکه اول ۱۷۲٫۱۶٫۰٫۰/۲۰ و شمارش با اندازه بلوک ۱۶ در هشت طبقه جالب ، زیر شبکه های زیر بدست می آید:

بر اساس آدرس های IP رابط های روتر ، می توانید زیر شبکه های VLAN A و VLAN B را مشخص کنید. به طور خاص ، رابط روتر در VLAN A دارای آدرس IP 172.16.90.255/20 است. بر اساس لیست قبلی زیرشبکه ها ، می توانید تعیین کنید که این رابط در شبکه ۱۷۲٫۱۶٫۸۰٫۰/۲۰ قرار داشته باشد که دامنه آدرس های قابل استفاده آن ۱۷۲٫۱۶٫۸۰٫۱–۱۷۲٫۱۶٫۹۵٫۲۵۴ است. سپس می توانید آدرس های IP Client 1 و Client 2 را بررسی کنید تا مشخص شود که آیا آدرس های IP آنها در آن دامنه آدرس های قابل استفاده است. به طور مشابه ، برای VLAN B ، رابط رابط دارای آدرس IP 172.16.208.255/20 است. بر اساس لیست زیر شبکه قبلی ، متوجه می شوید که این رابط دارای یک آدرس IP است که بخشی از زیر شبکه ۱۷۲٫۱۶٫۲۰۸٫۰/۲۰ است. همانطور که برای VLAN A انجام دادید ، می توانید آدرس IP سرویس گیرنده ۳ و مشتری ۴ را بررسی کنید تا تصمیم بگیرید که آیا آدرس های IP آنها در محدوده آدرس های IP قابل استفاده VLAN B زندگی می کند (یعنی ۱۷۲٫۱۶٫۲۰۸٫۱–۱۷۲٫۱۶٫۲۲۳٫۲۵۴). جدول ۵-۲۸ این مقایسه ها را نشان می دهد.

جدول ۲۸-۵ : IP Address Comparison for Advanced Subnetting Practice: Exercise 2

مقایسه جدول ۵-۲۸ نشان می دهد که سرویس گیرنده ۳ (با آدرس IP 172.16.206.5) دارای آدرس IP در زیر شبکه VLAN B نیست (با دامنه آدرس قابل استفاده ۱۷۲٫۱۶٫۲۰۸٫۱-۱۷۲٫۱۶٫۲۲۳٫۲۵۴).

تمرین اضافی

اگر می خواهید این مفاهیم را ادامه دهید ، subnet mask خود را بسازید و آن را در یک شبکه کلاسیک به انتخاب خود اعمال کنید. سپس می توانید زیرشبکه های ایجاد شده ، آدرس IP پخش مستقیم برای هر subnet و دامنه آدرس های IP قابل استفاده برای هر subnet را محاسبه کنید. برای بررسی کار خود ، می توانید از یک ماشین حساب زیر شبکه استفاده کنید. مثالی از چنین محاسبه گر IP آدرس منیجر رایگان است که برای بارگیری از http://www.solarwinds.com/downloads موجود است ، همانطور که در شکل ۵-۱۹ نشان داده شده است.

شکل ۱۹-۵ : Free IP Address Manager

توجه

وقتی مطالب مختلف شبکه را می خوانید ، ممکن است با رویکردهای دیگری برای انجام subnetting مواجه شوید. میانبرهای مختلفی وجود دارد (از جمله موارد ارائه شده در این فصل) ، و برخی از روش ها ریاضیات باینری بیشتری را شامل می شوند. هدف این بخش ، درمان جامع تمام روشهای موجود در زیر شبکه نبود ، بلکه ارائه یک رویکرد سریع و آسان برای انجام محاسبات زیر شبکه در دنیای واقعی و آزمون گواهینامه نتورک + بود.

مسیریابی بدون دامنه بین کلاس

در حالی که subnetting فرایند گسترش یک ماسک subnet کلاسیک است (یعنی افزودن ۱s به ماسک classful) ، [۱](CIDR) برعکس این عمل را انجام می دهد. به طور خاص ، CIDR با حذف ۱s از ماسک classful ، یک ماسک subnet کلاسیک را کوتاه می کند. در نتیجه ، CIDR اجازه می دهد تا شبکه های کلاس مجاور جمع شوند. این فرآیند را گاهی تجمع مسیر می نامند. استفاده معمول از CIDR ارائه دهنده خدمات است که خلاصه چندین شبکه کلاس C را که به مشتریان مختلف آنها اختصاص داده شده است. به عنوان مثال ، تصور کنید که یک ارائه دهنده خدمات مسئول تبلیغات شبکه های کلاس C زیر است:

[۱] classless interdomain routing

ارائه دهنده خدمات می تواند هر چهار شبکه را با یک مسیر تبلیغاتی ۱۹۲٫۱۶۸٫۳۲٫۰/۲۲ تبلیغ کند. برای محاسبه این آگهی ، مقادیر سومین octet (یعنی octet که مقادیر شروع به تفاوت می کنند) را به باینری تبدیل کنید ، همانطور که در شکل ۵-۲۰ نشان داده شده است. سپس مشخص کنید که شبکه ها چند بیت مشترک دارند. سپس تعداد بیت های معمول به تعداد بیت های ماسک CIDR تبدیل می شود.

شکل ۲۰-۵ : CIDR Calculation Example

از آنجا که هر چهار آدرس شبکه ۲۲ بیت اول مشترک دارند و از آنجا که تنظیم بیت های باقیمانده روی ۰ (۱۱۰۰۰۰۰۰٫۱۰۱۰۱۰۰۰٫۰۰۱۰۰۰۰۰٫۰۰۰۰۰۰۰۰) یک آدرس شبکه ۱۹۲٫۱۶۸٫۳۲٫۰ ایجاد می کند ، می توان این شبکه ها را به صورت ۱۹۲٫۱۶۸٫۳۲٫۰/۲۲ خلاصه کرد .

IP  ورژن ۶

با گسترش جهانی شبکه های مبتنی بر IP ، آدرس های موجود IPv4 به سرعت در حال انقراض هستند. خوشبختانه ، IPv6 آدرس های IP کافی را برای بسیاری از نسل های آینده فراهم می کند. این بخش ساختار آدرس IPv6 را معرفی می کند و برخی از ویژگی های منحصر به فرد آن را مورد بحث قرار می دهد.

نیاز به IPv6

با کاهش آدرس های IP نسخه ۴ (IPv4) در سراسر جهان ، بسیاری از سازمان ها در حال انتقال آدرس های IPv4 خود به آدرس های IPv6 هستند. IPv6 به طور چشمگیری تعداد آدرسهای IP موجود را افزایش می دهد. در واقع ، IPv6 تقریباً ۵*۱۰^۲۸ آدرس IP برای هر شخص فعال ارائه می دهد، IPv6 بسیاری از ویژگی های دیگر رانیز ارائه می دهد:

1. سربرگ IPv4 از ۱۲ قسمت استفاده می کند.
2. سربرگ IPv6 از پنج قسمت استفاده می کند.

• Broadcasts ندارد
• Fragmentation ندارد (برای هر جلسه MTUانجام میدهد ).
• می تواند در طول انتقال با IPv4 همزیستی داشته باشد.

1. پشته دوتایی (با اجرای همزمان IPv4 و IPv6 روی رابط شبکه یا دستگاه)
2. IPv6 از طریق IPv4 (تونل سازی IPv6 از طریق تونل IPv4).

حتی اگر شما شبکه ای را بر اساس آدرس دهی IPv4 طراحی می کنید ، یک روش خوب این است که در بعضی از مراحل آینده به راحتی طرح آدرس IPv6 را روی آن شبکه قرار دهید. با استفاده از تونل سازی Teredo ، یک میزبان IPv6 می تواند اتصال IPv6 را فراهم کند حتی اگر میزبان مستقیماً به یک شبکه فقط IPv4 متصل باشد. Miredo کلاینتی است که می تواند برای پیاده سازی پروتکل Teredo مورد استفاده قرار گیرد و در بسیاری از نسخه های Linux وجود دارد. IPv6 / IPv4 از تونل سازی اغلب به عنوان تونل زنی ۶to4 یا ۴to6 یاد می شود ، بسته به اینکه پروتکل در حال تونل شدن (IPv4 یا IPv6) باشد اینها تنها برخی از بسیاری از مکانیزم های تونل سازی است که برای اطمینان از انتقال روان از IPv4 به IPv6 ابداع شده است. در حقیقت ، به لطف ویژگی های پشته و تونل سازی دوگانه ، بعید است که در طول زندگی خود شاهد از بین رفتن کامل IPv4 باشید.

ساختار آدرس IPv6

آدرس IPv6 دارای فرم آدرس زیر است که در آن X = یک رقم هگزادسیمال در محدوده ۰ تا F است:

XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX

رقم هگزادسیمال اندازه ۴ بیت است (۴ بیت باینری می تواند ۱۶ مقدار را نشان دهد). توجه داشته باشید که یک آدرس IPv6 دارای هشت قسمت است و هر قسمت شامل چهار رقم هگزادسیمال است. فرمول زیر نشان می دهد که چرا یک آدرس IPv6 یک آدرس ۱۲۸ بیتی است:

۴ bits per digit * 4 digits per field * 8 fields = 128 bits in an IPv6 address

آدرس های IPv6 به دلیل اندازه آنها کار با آنها دشوار است. خوشبختانه ، قوانین زیر برای کوتاه کردن این آدرس ها وجود دارد:

• ۰ های پیشرو در یک زمینه را می توان حذف کرد.
• زمینه های مجاور حاوی همه ۰ ها را می توان با دو کولون نشان داد.

(توجه داشته باشید که این کار فقط برای یک آدرس IPv6 تنها یکبار قابل انجام است.)

به عنوان مثال ، آدرس IPv6 زیر را در نظر بگیرید:

ABCD:0123:4040:0000:0000:0000:000A:000B

با استفاده از قوانین اختصار ، آدرس IPv6 را می توان به شرح زیر بازنویسی کرد:

ABCD:123:4040::A:B

همچنین ، می توان از فرمت Extended Unique Identifier (EUI-64) استفاده کرد تا باعث شود روتر ۶۴ بیت  آدرس IPv6 را بر اساس آدرس MAC رابط ، به طور خودکار جمع کند.

انواع آدرس IPv6

موارد زیر برخی از جنبه های منحصر به فرد آدرس دهی IPv6 و بسیاری از انواع آدرس های جالب را نشان میدهد :

• آدرسهای Unicast قابل روت جهانی IPv6 با چهار شخصیت اول hex در محدوده ۲۰۰۰ تا ۳۹۹۹ شروع می شوند.
• از آدرس IPv6-link-local نیز در هر رابط IPv6 استفاده می شود. آدرس محلی پیوند با FE80 آغاز می شود.
• آدرسهای چندپخشی با FF به عنوان دو شخصیت اول hex آغاز می شوند.
• IPv6 می تواند با استفاده از پیکربندی خودکار شبکه فعلی را کشف کرده و یک شناسه میزبان را که در آن شبکه منحصر به فرد است ، انتخاب کند. تولید خودکار شناسه میزبان منحصر به فرد از طریق فرایندی شناخته می شود که به EUI64 معروف است و از آدرس MAC 48 بیتی دستگاه برای کمک به تولید شناسه بی نظیر میزبان ۶۴ بیتی استفاده می کند. توجه داشته باشید که قابلیت های پیکربندی خودکار که در اینجا شرح داده شده به شما امکان می دهد یک شبکه IPv6 بدون خدمات از نوع DHCP ایجاد کنید.
• IPv6 همچنین می تواند از نسخه ویژه DHCP برای IPv6 استفاده کند. جای تعجب نیست که این نسخه DHCPv6 نامیده می شود.
• پروتکلی که برای کشف آدرس شبکه و یادگیری آدرس لایه ۲ همسایگان در همان شبکه استفاده می شود ، پروتکل [۱](NDP) است.

پروتکل کشف همسایه در IPv6 بسیار مهم است. این پنج نوع بسته ICMPv6 را برای مشاغل مهم تعریف می کند:

• درخواست مسیریاب: میزبان ها با پیام های درخواست روتر برای یافتن مسیریاب ها در پیوند پیوست شده استعلام می کنند.
• تبلیغ روتر: روترها تبلیغات حضور خود را همراه با پارامترهای مختلف پیوند و اینترنت ، به صورت دوره ای یا در پاسخ به پیام درخواست روتر.
• درخواست همسایگان: درخواست های همسایگان توسط گره ها برای تعیین آدرس لایه پیوند همسایه یا تأیید اینکه همسایه هنوز از طریق آدرس لایه پیوند cached قابل دسترسی است ، استفاده می شود.
• تبلیغات همسایه: تبلیغات همسایه توسط گره ها برای پاسخ به پیام درخواست همسایه استفاده می شود.
• تغییر مسیر: روترها ممکن است میزبانها را از یک روتر اول-هاپ بهتر برای مقصد مطلع کنند

[۱] Neighbor Discovery Protocol

IPv6 Data Flows

IPv6 دارای سه نوع جریان داده است:

بخشهای زیر مشخصات هر نوع آدرس را خلاصه می کند.

Unicast

همانطور که در شکل ۵-۲۱ نشان داده شده است ، با unicast ، یک آدرس IPv6 منفرد به یک رابط واحد اعمال می شود. جریان ارتباط را می توان به عنوان یک جریان ارتباطی یک به یک در نظر گرفت.

شکل ۲۱-۵ : IPv6 Unicast Example

در شکل ۵-۲۱ ، یک سرور (AAAA :: 1) در حال ارسال ترافیک به یک مشتری (AAAA :: 2) است.

Multicast

با استفاده از multicast ، یک آدرس IPv6 منفرد (یک گروه چندپخشی) می تواند نمایانگر چندین دستگاه در شبکه باشد ، همانطور که در شکل ۵-۲۲ نشان داده شده است. جریان ارتباطی یک جریان ارتباطی یک به چند است.

شکل ۲۲-۵ : IPv6 Multicast Example

در شکل ۵-۲۲ ، یک سرور (AAAA :: 1) در حال ارسال ترافیک به یک گروه چندپخشی است (FF00 :: A). دو مشتری (AAAA :: 2 و AAAA :: 3) به این گروه پیوسته اند. آن کلاینت ها ترافیک را از سرور دریافت می کنند ، در حالی که هر کلاینتی که به گروه ملحق نشده باشد (به عنوان مثال AAAA :: 4) ترافیکی را دریافت نمی کند. بخاطر داشته باشید ، IPv6 به لطف گروه چندپخشی “همه گره ها” جایگزین رفتار پخش می شود. این آدرس رزرو شده FF01: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 1 (FF01 :: 1) است. همه گره های IPv6 به این گروه می پیوندند ، که یک روش ساده و کارآمد برای ارسال ترافیک به همه گره ها است.

anycast

همانطور که در شکل ۵-۲۳ نشان داده شده است ، با anycast ، یک آدرس IPv6 منفرد به چندین دستگاه اختصاص داده می شود. این یک جریان ارتباطی از نزدیک (از منظر جدول مسیریابی روتر) است.

شکل ۲۳-۵ : IPv6 Anycast Example

در شکل ۵-۲۳ ، یک مشتری با آدرس IPv6 AAAA :: 1 می خواهد ترافیک را به یک آدرس IPv6 AAAA :: 2 مقصد ارسال کند. توجه داشته باشید که دو سرور (سرور A و سرور B) دارای آدرس IPv6 AAAA :: 2 هستند. در شکل ، ترافیک مورد نظر برای AAAA :: 2 از طریق روتر R2 به سرور A ارسال می شود ، زیرا به نظر می رسد شبکه ای که سرور A در آن قرار دارد ، از شبکه روتر R1’s IPv6 نزدیکتر است.

مطالعه موردی در دنیای واقعی

Acme، Inc. تصمیم گرفته است تا از آدرسهای IP خصوصی برای شبکه داخلی و WAN خود استفاده کند. این شرکت از بلوک خصوصی ۱۰٫۰٫۰٫۰/۸ استفاده خواهد کرد و زیر شبکه ایجاد خواهد کرد تا زیر شبکه های کافی برای پوشش تعداد VLAN های مورد استفاده در شبکه های محلی در محل دفتر مرکزی و هر یک از دفاتر از راه دور ایجاد کند. ارتباط بین شبکه های VLAN لایه ۲ و زیر شبکه های IP لایه ۳ یک به یک خواهند بود که هر VLAN دارای زیرشبکه مخصوص به خود است. این شرکت نه VLAN خواهد داشت و از یک زیر شبکه برای اتصال WAN استفاده خواهد کرد. برای VLAN ها ، این شرکت قصد دارد از یک network mask12 استفاده کند ، که زیر شبکه کافی برای پاسخگویی به نیازهای خود را بر اساس ماسک شروع / ۸ برای آدرس خصوصی کلاس A از ۱۰٫۰٫۰٫۰/۸ ارائه می دهد. برای اتصال WAN ، Acme در حال خرید از یک ارائه دهنده خدمات برای اتصال بین شعب از راه دور و سایت دفتر مرکزی است ، این شرکت از ماسک های ۳۰ / استفاده می کند ، که به شما اجازه می دهد دو میزبان در هر یک از اتصالات WAN وجود داشته باشد. این برای هر دستگاه در انتهای WAN نقطه به نقطه کافی است اتصالات برای اتصال شبکه های محلی خود به اینترنت ، Acme قصد دارد از Network Address Translation (NAT) استفاده کند .

خلاصه

در اینجا موضوعات اصلی ذکر شده در این فصل وجود دارد:

• آموزش ریاضی باینری به شما درک اساسی در مورد اینکه چرا ریاضی باینری برای کار با subnet masks ضروری است ، می دهد.
• ویژگی های IPv4 ، از جمله قالب آدرس IPv4 و تضاد جریان داده های unicast, broadcast و multicast ارائه شد .
• شما روشهای مختلفی را برای اختصاص اطلاعات آدرس IP به دستگاه های شبکه بررسی کردید. این رویکردها شامل (BOOTP و DHCP) و APIPA (a Zeroconf component) بودند.
• چندین مثال و تمرین برای محاسبات مختلف زیر شبکه ارائه شده است.
• ویژگی های IPv6 ، از جمله قالب آدرس IPv6 و جریان داده های IPv6 (unicast, multicast, and anycast) برجسته شد