آدرس دهی IP

( بخش اول )
بمنظور مديريت و اشکال زدائی شبکه های مبتنی بر پروتکل TCP/IP ، می بايست شناخت مناسبی نسبت به تمامی جنبه ها ی آدرس دهی IP وجود داشته باشد. يکی از مهمترين عمليات مديريتی 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 اينکه مفهوم نسبت دهی آدرس IP ، ساده بنظر می آيد ولی مکانيزم واقعی اختصاص آدرس IP موثر با استفاده از Subnetting ، پيچيدگی های خاص خود را بدنبال دارد. علاوه بر موارد فوق ، ضروری است که شناخت مناسبی نسبت به جايگاه IP Broadcast ، ترافيک multicast و نحوه تطبيق آدرس های فوق به آدرس های لايه اينترفيس شبکه نظير آدرس های MAC اترنت و Token Ring ، وجود داشته باشد .در مجموعه مقالاتی که در اين خصوص ارائه خواهد به بررسی مفاهيم و ويژگی های آدرس دهی IP خواهيم پرداخت .

انواع آدرس های IP
آدرس IP ، يک آدرس منطقی سی و دو بيتی است که می تواند يکی از انواع زير باشد :
• Unicast . يک آدرس IP از نوع Unicast ، به يک اينترفيس شبکه متصل شده به يک شبکه مبتنی بر IP نسبت داده می شود. آدرس های IP از نوع Unicast در ارتباطات “يک به يک” ( One-To-One) استفاده می گردند .
• Broadcast . يک آدرس IP از نوع Broadcast بمنظور پردازش توسط هر گره موجود بر روی سگمنت يکسان شبکه ، طراحی شده است . آدرس های IP از نوع Broadcast در ارتباطات از نوع “يک به همه ” ( one-to-everyone ) ، استفاده می گردند .

• Multicast . يک آدرس IP از نوع Multicast ، آدرسی است که يک و يا چندين گره را قادر به گوش دادن به سگمنت های مشابه و يا متفاوت می نمايد. آدرس های فوق ،ارتباط از نوع “يک به چند” (one-to-many ) را فراهم می نمايند .

نمايش آدرس IP
آدرس IP ، يک مقدار سی و دو بيتی است که کامپيوترها با مهارت خاصی از آن بمنظور انجام عمليات خود در يک شبکه کامپيوتری مبتنی بر TCP/IP استفاده می نمايند . انسان در مقابل استفاده از يک عدد باينری سی و دو بيتی که بخاطر سپردن آن همواره مشکل خواهد بود ، از سيستم دهدهی ، استفاده می نمايند . ( استفاده از سيستم دهدهی در مقابل سيستم باينری ) . بدين دليل برای نمايش يک آدرس IP از شکل دهدهی ( decimal ) آن استفاده می گردد.آدرس های IP سی و دو بيتی از بيت با ارزش بالا بسمت بيت با ارزش پائين ، به چهار واحد هشت بيتی ( گروه هشتگانه ) که به هر يک از آنان Octet گفته می شود ، تقسيم می شوند . آدرس های IP معمولا” بصورت چهار octet دهدهی که توسط يک نقطه از يکديگر جدا می گردند ، نوشته می شوند . مدل نمايشی فوق را Dotted Decimal می گويند . مثلا” آدرس IP : 00001010000000011111000101000011، پس از تقسيم به چهار Octet ( گروه هشتگانه ) ، بصورت زير نمايش داده می شود:

۰۰۰۰۱۰۱۰ ۰۰۰۰۰۰۰۱ ۱۱۱۱۰۰۰۱ ۰۱۰۰۰۰۱۱
هر Octet ( گروه هشتگانه ) در ادامه به يک عدد دهدهی تبديل و پس از جداسازی آنان توسط نفطه از يکديگر بصورت زير نمايش داده می شوند :
۱۰٫۱٫۲۴۱٫۶۷
يک آدرس عمومی IP بصورت w.x.y.z نشان داده می شود :

تبديل از باينری به دهدهی
بمنظور تبديل يک عدد باينری به معادل دهدهی ، باتوجه به ارزش مکانی هر رقم از توان های متفاوت دو استفاده می گردد .در چنين حالتی در صورتيکه يک رقم دارای مقدار يک باشد ، از معادل ارزش مکانی آن ( توان های متفاوت دو ) استفاده می گردد. شکل زير يک عدد هشت بيتی و ارزش مکانی هر رقم با توجه به موقعيت آن در عدد باينری را نشان می دهد .

مثلا” ، عدد هشت بيتی ۰۱۰۰۰۰۱۱ ، معادل ۶۷ ( ۱ + ۲ + ۶۴ ) می باشد . حداکثر عددی را که می توان توسط هشت بيت نشان داد ( ۱۱۱۱۱۱۱۱ ) ، ۲۵۵ است ( ۱+۲+۴+۸+۱۶+۳۲+۶۴+۱۲۸) .

تبديل از دهدهی به باينری
برای تبديل يک عدد دهدهی به باينری ، عدد دهدهی را بمنظور آگاهی از وجود توان های متفاوت دو و از بيت با ارزش بالا ، آناليز می نمائيم . از بيت با ارزش بالاتر شروع می کنيم ( ۱۲۸ ) ،در صورتيکه مقدار مربوط در عدد دهدهی موجود باشد ، بيت مورد نظر در آن موقعيت معادل يک در نظر گرفته خواهد شد . مثلا” عدد ۲۱۱ شامل حاصل جمع اعداد ۱۲۸ ، ۶۴ ، ۱۶ و ۲ است ، بنابراين شکل باينری آن بصورت ۱۱۰۱۰۰۱۱ خواهد بود .

آدرس های IP در IP Header
آدرس های IP استفاده شده در IP Header ، شامل فيلدهای مربوط به آدرس مبداء و مقصد می باشد :
• فيلد آدرس مبداء IP Header ، همواره يک آدرس از نوع Unicast و يا آدرس خاصی بصورت IP: 0.0.0.0 است . آدرس نامشخص IP 0.0.0.0 ، صرفا” زمانی که گره مربوطه با يک آدرس IP پيکربندی نشده باشد و گره در تلاش برای بدست آوردن يک آدرس از طريق يک پروتکل پيکربندی نظير DHCP)Dynamic Host Configuration Protocol) باشد ، استفاده می گردد .
• فيلد آدرس مقصد IP Header، يک آدرس Unicast و يا يک آدرس از نوع Broadcast می باشد .

آدرس های IP ازنوع Unicast
هر اينترفيس شبکه که TCP/IP در ارتباط با آن فعا ل شده باشد، می بايست دارای يک آدرس IP منحصربفرد، منطقی و Unicast باشد .آدرس منحصربفرد Unicast ، بمنزله يک آدرس منطقی خواهد بود. چراکه آدرس فوق در لايه اينترنت بوده که هيچگونه ارتباط مستقيمی با آدرس استفاده شده در لايه اينترفيس شبکه ندارد . مثلا” آدرس IP نسبت داده شده به يک ميزبان ( host) بر روی يک شبکه اترنت ، هيچگونه ارتباطی با آدرس MAC چهل و هشت بيتی استفاده شده توسط آداپتور شبکه اترنت ندارد.
آدرس IP از نوع Unicast ، يک آدرس منحصر بفرد برای گره های موجود در يک شبکه مبتنی بر پروتکل TCP/IP بوده و از دو بخش مشخصه شبکه ( network ID ) و مشخصه ميزبان ( host ID ) ، تشکيل می گردد .

• مشخصه شبکه ( network ID ) و يا آدرس شبکه ، گره هائی را که بر روی شبکه منطقی يکسانی قرار دارند ، مشخص می نمايد . در اکثر موارد، يک شبکه منطقی مشابه يک سگمنت فيزيکی شبکه بوده که محدوده های مرزی آن توسط آدرس IP روترها تعريف می گردد . در برخی موارد ، چندين شبکه منطقی بر روی شبکه فيزيکی يکسانی وجود داشته که از روشی با نام Multinetting استفاده می نمايند. تمامی گره ها در يک شبکه منطقی يکسان ، مشخصه شبکه ( Network ID ) يکسانی را به اشتراک می گذارند . در صورتيکه تمامی گره ها بر روی يک شبکه منطقی يکسان ، بدرستی پيکربندی نگردند (عدم لحاظ نمودن مشخصه شبکه يکسان) ، عمليات روتينگ و عرضه بسته های اطلاعاتی با مشکل مواجه خواهد شد . مشخصه شبکه ، می بايست منحصر بفرد در نظر گرفته شود.

• مشخصه ميزبان ( host ID ) و يا آدرس ميزبان ، يک گره موجود در شبکه را مشخص می نمايد . يک گره می تواند يک روتر و يا يک ميزبان ( يک ايستگاه کاری ، سرويس دهنده و يا ساير سيستم های مبتنی بر TCP/IP ) باشد . مشخصه ميزبان ، می بايست در هر سگمنت شبکه منحصر بفرد باشد .
شکل زير ، نمونه ای از يک آدرس IP بهمراه مشخصه های شبکه و ميزبان را نشان می دهد :

کلاس های آدرس دهی IP
در ابتدا لازم است به اين نکنه اشاره گردد که شبکه های مدرن ، مبتنی بر کلاس های آدرس اينترنت نمی باشد . با توجه به رشد سريع اينترنت ، ساختار اوليه ارائه شده مبتنی بر کلاس ، شرايط لازم بمنظور گسترش و پاسخگوئی به يک شبکه گسترده جهانی را دارا نمی باشد. مثلا” در صورتيکه همچنان از آدرس دهی مبتنی بر کلاس ، استفاده شود، می بايست صدها و يا هزاران روتر در جداول روتينگ مربوط به روترهای ستون فقرات اينترنت وجود داشته باشد . بمنظور پيشگيری و ممانعت از اين موضوع ، آدرس دهی در اينترنت مدرن بصورت Classless خواهد بود. عليرغم موارد فوق ، آشنائی و آگاهی لازم در خصوص کلاس های آدرس دهی ، يکی از عناصر مهم در زمينه شناخت آدرس دهی IP محسوب می گردد.
RFC 791 ، آدرس های IP از نوع Unicast را کلاس های آدرس دهی خاصی تعريف می نمايد که از آنان بمنظور ايجاد شبکه ها با ابعاد و اندازه های متفاوت استفاده می گردد( توانائی تعريف مناسب شبکه ها ) . اهداف اوليه طراحی کلاس های آدرس دهی ، نيل به خواسته های زير بود :

• ايجاد تعدادی اندک از شبکه های وسيع ( شبکه هائی با تعداد زيادی از گره ها )
• ايجاد تعدادی متوسط از شبکه هائی با ابعاد متوسط ( نه خيلی زياد و نه خيلی کم )
• ايجاد تعدادی زياد از شبکه های کوچک

برای تامين اهداف فوق ، کلاس های متفاوت آدرس دهی ايجاد گرديد . بدين ترتيب، زير شاخه( نوع ) يک آدرس سی و دو بيتی IP از طريق تنظيم بيت های با ارزش بالا مشخص و ساير بيت های باقيمانده به دو بخش مشخصه شبکه و مشخصه ميزبان ، تقسيم می گردند .

کلاس A
آدرس های کلاس A ، برای شبکه هائی که دارای تعداد بسيار زيادی ميزبان می باشند، طراحی شده است ( ايجاد تعدادی اندک از شبکه هائی که دارای ميزبانان زيادی می باشند ) . بيت با ارزش بالا مقدار صفر را دارا خواهد بود . اولين گروه هشتگانه ( اولين octet ) ، بعنوان مشخصه شبکه و آخرين بيست و چهار بيت ( سه octet بعد) بعنوان مشخصه ميزبان تعريف می گردد . شکل زير 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 خيلی زياد و نه خيلی کم ) از ميزبانان می باشند ، طراحی شده است ( ايجاد تعدادی متوسط از شبکه هائی که دارای ميزبانان متوسطی می باشند ). دو بيت با ارزش بالا ، دارای مقدار ۱۰ می باشد . اولين شانزده بيت ( دو octet اوليه ) بعنوان مشخصه شبکه و آخرين شانزده بيت ( دو octet آخر) بعنوان مشخصه ميزبان در نظر گرفته می شوند. شکل زير ساختار آدرس های کلاس B را نشان می دهد .

کلاس C
آدرس های کلاس C برای شبکه های کوچک که دارای تعداد اندکی از ميزبانان می باشند ، طراحی شده است .( ايجاد تعدادی زيادی از شبکه هائی که دارای ميزبانان اندکی می باشند) . سه بيت با ارزش بالا ، دارای مقدار ۱۱۰ می باشد . اولين بيست و چهار بيت ( سه octet اوليه ) بعنوان مشخصه شبکه و هشت بيت آخر ( آخرين Octet ) بعنوان مشخصه ميزبان در نظر گرفته می شوند. شکل زير 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 ، نيز تعريف شده اند .

کلاس D : آدرس های کلاس D بمنظور Multicast طراحی شده اند . چهار بيت با ارزش بالا، دارای مقدار ۱۱۱۰ می باشد. بيست و هشت و بيت 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 بيت با ارزش بالا، دارای مقدار ۱۱۱۱۰ می باشد .

قوانين مشخصه شبکه ( Network ID)
در زمان استفاده از مشخصه شبکه ، قوانين زير رعايت می گردد:
• مشخصه شبکه نمی تواند با ۱۲۷ بعنوان اولين Octet آغاز گردد . تمامی آدرس های IP: 127.x.x.x ، بعنوان آدرس های Loopback رزو شده می باشند .
• تمامی بيت های مشخصه شبکه ، نمی تواند ارزش يک را داشته باشد. مشخصه های شبکه که مقدار تمامی بيت های آن يک است ، بمنظور آدرس های Broadcast رزو شده اند .
• تمامی بيت های مشخصه شبکه ، نمی تواند ارزش صفر را داشته باشد. مشخصه های شبکه که مقدار تمامی بيت های آن صفر است ، يک ميزبان بر روی شبکه محلی را مشخص می نمايند.

• مشخصه شبکه در شبکه های مبتنی بر IP عمومی ، می بايست منحصربفرد باشد .
جدول زير محدوده کلاس های آدرس دهی برای مشخصه شبکه را نشان می دهد.
تعداد شبکه ها آخرين مشخصه شبکه اولين مشخصه شبکه کلاس
۱۲۶ ۱۲۶٫۰٫۰٫۰ ۱٫۰٫۰٫۰ A
16,384 191.255.0.0 128.0.0.0 B
2,097,152 223.255.255.0 192.0.0.0 C

IP مربوط به مشخصه های شبکه ، حتی اگر بصورت اعداد دهدهی که توسط نقطه از يکديگر جدا شده اند ، ارائه گردد ، بمنزله آدرس های IP نسبت داده شده به اينترفيس های شبکه در نظر گرفته نخواهد شد . IP مشخصه شبکه ، آدرس شبکه ای است که برای تمامی اينترفيس های شبکه متصل شده به يک شبکه منطقی يکسان ، مشترک خواهد بود .

قوانين مشخصه های ميزبان (Host ID)
در زمان استفاده از مشخصه ميزبان ، قوانين زير رعايت می گردد :
• تمامی بيت ها ی مشخصه ميزبان ، نمی تواند ارزش يک را داشته باشد . مشخصه های ميزبان که مقدار تمامی بيت های آن يک است ، برای آدرس های Broadcast رزو شده اند .
• تمامی بيت های مشخصه ميزبان ، نمی تواند ارزش صفر را داشته باشد.مشخصه های ميزبان که مقدار تمامی بيت های آن صفر است ، برای ارائه IP مربوط به مشخصه های شبکه ، رزو شده اند .

• مشخصه ميزبان می بايست در شبکه، منحصر بفرد باشد .
جدول زير محدوده کلاس های آدرس دهی برای مشخصه ميزبان را نشان می دهد.
تعداد ميزبانان آخرين مشخصه ميزبان اولين مشخصه ميزبان کلاس
۱۶,۷۷۷,۲۱۴ w.255.255.254 w.0.0.1 A
65,534 w.x.255.254 w.x.0.1 B
254 w.x.y.254 w.x.y.1 C
در بخش دوم اين مقاله به بررسی Subnets و Subnet Mask ، خواهيم پرداخت .

آشنائی با پروتکل IP ( بخش اول )
سوال يک : پروتکل IP توسط چه افرادی ابداع گرديد ؟
a. Vinton Cerf و Bob Metcalfe
b. Vinton Cerf و Robert Kahn
c. Bob Metcalfe و Ivan Sutherland
d. Bob Metcalfe و David Clark
پاسخ : گزينه b
توضيحات :
در يک مقاله تحقيقاتی که در سال ۱۹۷۴ منتشر گرديد ، Vinton Cerf و Robert Kahn پروتکل جديدی با نام TCP را پيشنهاد دادند. پروتکل فوق در سال ۱۹۷۴ عرضه نگرديد ولی در ادامه منجر به طراحی و پياده سازی پروتکل IP گرديد.IP ، پروتکل رسمی لايه شبکه اينترنت است ( مدل مرجع OSI )

سوال دوم :يک آدرس IP در نسخه شماره چهار ، چند بايت است ؟
a. چهار بايت ( سی و دو بيت )
b. دوازده بايت ( نود و شش بيت )
c. پانزده بايت ( يکصد و بيست بيت )
d. شانزده بايت ( يکصد و بيست و هشت بيت )
مشاهده پاسخ :

پاسخ : گزينه a
توضيحات :
يک آدرس IPv4 شامل چهار بايت و يا سی و دو بيت است . آدرس های IP معمولا” به صورت چهار عدد مبنای ده که توسط نقطه از يکديگر جدا می گردند، نمايش داده می شوند(مثلا”: IP: 10.10.1.1 ).
با استفاده از سی و دو بيت ، می توان حداکثر ۴،۲۹۴،۹۶۷،۲۹۶ آدرس را توليد نمود .

سوال سوم : اندازه نسل جديد آدرس های IPv6 ) IP ) چقدر است ؟
a. چهار بايت ( سی و دو بيت )
b. دوازده بايت ( نود و شش بيت )
c. پانزده بايت ( يکصد و بيست بيت )
d. شانزده بايت ( يکصد و بيست و هشت بيت )
پاسخ : گزينه d
توضيحات :
آدرس های IPv6 از شانزده بايت و يا يکصد و بيست و هشت بيت تشکيل می گردند. به منظور نمايش آدرس های فوق از مبنای شانزده استفاده می شود . بدين ترتيب هر دو بايت تشکيل يک سگمنت را داده که توسط علامت “:” از يکديگر جدا می شوند .
( مثلا” IP : E3D7:0000:0000:0000:51F4:9BC8:C0A8:6420 )

سوال چهارم : پروتکل IP متعلق به کدام لايه مدل مرجع OSI است؟
a. session
b. transport
c. network
d. data link
پاسخ : گزينه C
توضيحات :
IP متعلق به لايه Network در مدل مرجع OSI است . OSI از کلمات Open Systems Interconnect اقتباس و يک مدل مرجع در خصوص نحوه ارسال پيام بين دو نقطه در يک شبکه مخابراتی و ارتباطی است . هدف عمده مدل فوق ارائه توصيه ها و يا بنوعی استاندارد لازم به توليد کنندگان محصولات شبکه ای به منظور توليد محصولات سازگار با يکديگر است .مدل OSI دارای هفت لايه متفاوت است که هر يک از آنان به منظور انجام عمليات خاصی ، طراحی شده اند . بالاترين لايه ، لايه هفت و پائين ترين لايه ، لايه يک می باشد . اين لايه ها به ترتيب عبارتند از :

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Datalink

Physical