بررسی نظام آدرس دهی کلاس دار در شبکه اینترنت

آدرس IP یک شناسه ۳۲ بیتی است که به روشی منحصربفرد و جهانی هر اتصال به شبکه جهانی اینترنت را معین و مشخص می کند

برای سهولت نمایش این عدد ۳۲ بیتی آن را به ۴ بخش ۸ بیتی تقسیم کرده و هر بخش را به شکل یک عدد دهدهی نمایش میدهند. این اعداد را با نقطه از همدیگر جدا می کنند. به این نحوه نمایش عدد IP نمایش دهدهی نقطه دار نیز می گویند

نظام آدرس دهی کلاسدار:

زمانی که استفاده از آدرس های IP آغاز شد، از مفهوم کلاس آدرس استفاده می کردند. این معماری "آدرس دهی کلاس دار" یا Class full addressing نامیده می شد.در اواسط دهه ۹۰، سیستم آدرس دهی جدیدی به نام "آدرس دهی بدون کلاس" یا Classless addressing معرفی شد که به تدریج جای آدرس دهی کلاس دار را گرفت، به گونه ای که اگر چه هنوز بخشی از اینترنت از آدرس دهی کلاس دار استفاده می کند، اما حرکت از آدرس دهی کلاس دار به سمت آدرس دهی بدون کلاس بسیار سریع است.

در آدرس دهی کلاس دار فضای آدرس ها به ۵ کلاس به نام های A، B،C،D و E تقسیم می شود. هر کلاس بخشی از فضای آدرس را اشغال می کند. شکل ۶کلاس ها و فضای آدرس ها را نشان میدهد.

شکل ۶:نمای مفهومی از نحوه کلاس بندی آدرس ها و میزان فضای آدرس تخصیص داده شده به هر کلاس

همانگونه که در شکل ۶مشاهده میشود،کلاس A نیمی از فضای آدرس ها را اشغال می کند. کلاسB یک چهارم کل فضای آدرس را اشغال می کند و به همین ترتیب کلاس C یک هشتم کل فضای آدرس ها و کلاس های D وE نیز هرکدام یک شانزدهم کل فضای آدرس ها را اشغال می کنند.

همانگونه که بعدا نیز خواهیم دید یکی از معایب این ساختار آدرس دهی، روش کلاس بندی آدرس ها بوده است.

نحوه تشخیص کلا سها:

زمانیکه آدرس ها با نمایش باینری نمایش داده میشوند، کلا س آنها به راحتی قابل تشخیص است. بر اساس آنچه که در بالا گفتیم، نصف فضای آدر سها به کلاس A تخصیص یافته است. بنابراین بیت پر ارزش آدرس در این گروه صفر است و در بقیه کلاس ها ۱ . به این ترتیب نصف فضای آدرس در اختیار کلاس A قرار می گیرد و نصف باقیمانده در اختیار سایر کلاسها.

به همین ترتیب نصف بخش باقیمانده در اختیار کلاس B قرار می گیرد. این کار با ۰ کردن دومین بیت پر ارزش انجام می شود. بنابراین دومین بیت پر ارزش برای کلاس B صفر و برای باقیمانده کلاس ها (C،DوE) برابر با یک است. این روال را به همین ترتیب ادامه دهید تا ساختار تشخیصی کلاس ها به دست آید. این روابط را در شکل ۷ مشاهده می کنید:

شکل ۷: تشخیص کلاس ها در نمایش دودویی آدرس IP

روال بالا را به شکل الگوریتم نیز میتوان بیان و به صورت زیر نمایش داد:

شکل ۸: الگوریتم تعیین آدرس کلاس از روی نمایش باینری آدرس IP

تشخیص آدرس در نمایش دهدهی :

وقتی آدرس با نمایش دهدهی مشخص میشود، برای یافتن کلاس آدرس بایستی از اولین بایت آدرس استفاده نماییم. بایت پر ارزش برای هر کلاس مقدار و محدوده خاصی دارد که براساس همان پر ارزش ترین بیت ها قابل تعیین است. به عنوان مثال در کلاس A پر ارزش ترین بیت ۰ است. بنابراین ۷ بیت باقیمانده میتوانند مقادیر از ۰ تا ۱۲۷ را اختیار کنند. در کلاس B دو بیت پر ارزش ۱۰ است که در نتیجه ۶ بیت باقیمانده میتوانند مقادیر ۰ تا ۶۳ را اختیار و پس از جمع با ۱۲۸ مقادیر از ۱۲۸ تا ۱۹۱ را به دست میدهند. در صورتیکه این روال را ادامه دهید، شکل ۹به عنوان ساختار تشخیصی کلاس های آدرس در روش نمایش دهدهی به دست می آید.

شکل ۹: تشخیص کلاس آدرس IP در روش نمایش دهدهی

شناسه شبکه و شناسه میزبان:

در آدرس دهی کلاس دار، آدرس IP در کلاس های AوBوC به دو بخش شناسه شبکه یا NetID و شناسه میزبان یا Host ID تقسیم میشود. این تقسیم بندی موجب پیدایش یک نظام دوسطحی آدرس دهی می شود که در عمل نیز کاربردی است. (به عنوان نمونه شماره ملی، شماره تلفن یا موبایل، شماره دانشجویی و…. همگی تقریبا از یک نظام دو یا سه سطحی استفاده می کنند). طول این بخش ها متغیر بوده و بسته به کلاس آدرس است. شکل ۱۰ بایت های Net ID و Host ID را نشان میدهد. توجه کنید که کلاس های D وE از این تقسیم بندی مستثنا هستند.

شکل ۱۰: ساختار NetID و HostID در کلاس های مختلف

کلاس ها و بلوک ها:

یک مشکل آدرس دهی کلاس دار این است که هر کلاس به تعداد ثابتی از بلوکها تقسیم شده است که هر کدام دارای اندازه ثابتی هستند. در ادامه به معرفی بیشتر هریک از این کلاس ها خواهیم پرداخت

کلاس A:

کلاس A به ۱۲۸ بلوک تقسیم می شود که هریک دارای Net ID خاص خودش است. اولین بلوک آدرس های ۰٫۰٫۰٫۰ تا ۰٫۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵ را در بر می گیرد. بلوک دوم آدرس های ۱٫۰٫۰٫۰ تا ۱٫۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵ را در بر می گیرد (NetID=1). بلوک آخر آدرس های ۱۲۷٫۰٫۰٫۰ تا۱۲۷٫۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵ را در بر می گیرد. توجه داشته باشید که برای هر بلوک از آدر سها، اولین بایت از آدرس یا net id ثابت است اما سه بایت دیگر میتوانند هر مقداری را در این بازه بپذیرند.

شکل: بلوک ها در کلاس A

درکلاس A بلاک های ۰ و۱۲۷ برای اهداف خاصی رزرو شده و به عنوان بلاک های آدرس قابل استفاده نیستند. علاوه بر این دو بلاک ۱۰ نیز به منظور آدرس دهی اختصاصی (Private) مورد استفاده قرار گرفته و در شبکه جهانی مورد استفاده نیست (آدرس های Private یا آنگونه که در میان شبکه کاران مشهور است آدرس های non valid . قابل ذکر این که آدر سها را میتوان به دوگروه Valid و nonvalid و یا Public و private تقسیم کرد. آدرس Public یا Valid آدرسی است که به عنوان آدرس یک اتصال در شبکه جهانی اینترنت قابل استفاده و تعریف است. مفاهیم دیگر معادل با این دو اصطلاح نیز رایج است مثلا Routable و un routable و ….)

شکل بالا نشان میدهد که چگونه یک سازمان از یک بلوک آدرس (بلوک ۷۳) استفاده میکند. اولین آدرس بلوک برای شناساندن سازمان به بقیه ی اینترنت به کار میرود. این آدرس زا آدرس شبکه گویند. این آدرس شبکه سازمان (و نه هریک از میزبان های داخل شبکه) را تعریف می کند. علاوه بر این سازمان حق ندارد از آخرین آدرس بلوک استفاده کند

نکته: در تمام مباحث مربوط به آدرس دهی به یاد داشته باشید که اولین و آخرین آدرس هر بلوک غیر قابل استفاده هستند

آدرس های کلاس A برای سازمان های بزرگی که تعداد زیادی مسیریاب یا میزبان را به شبکه متصل می کنند مناسب است. تعداد آدرس های داخل یک بلوک آدرس کلاس A برابر با ۱۶,۱۷۷,۲۱۶ است که معمولا بسیار بیشتر از نیاز اغلب سازمان ها است.

نکته: نکته دیگری که از همین جا قابل طرح و در ادامه نیز قابل استناد است این است که، آدرس IP یک موجودیت تنها و منفرد نیست. همانگونه که شبکه اینترنت را به عنوان اجتماعی از شبکه ها تعریف می کنند، آدرس IP هر اتصال نیز علاوه بر آدرس اتصال بایستی حاوی آدرس شبکه ای که آن اتصال یا میزبان در آن شبکه قراردارد نیز باشد. پس آدرس IP علاوه بر آدرس باید مشخص کننده شبکه نیز باشد. نظام آدرس دهی کلاس دار یک سازوکار اولیه و کاملا غیرمنعطف برای تعیین آدرس شبکه برای هر اتصال است. در ادامه این معنا بیشتر روشن خواهد شد.

کلاس B: کلاس B به ۱۶۳۸۴ بلوک آدرس تقسیم میشود که هر بلوک دارای Net ID متفاوتی است. ۱۶ بلوک برای آدرس های اختصاصی رزرو شده است و ۱۶۳۸۶ بلوک برای اختصاص به سازمان ها باقی میماند. بلوک اول آدرس net id=128 است که از ۱۲۸٫۰٫۰٫۰ شروع و به ۱۲۸٫۰٫۲۵۵٫۲۵۵ ختم میشود. آخرین بلوک آدرس های محدوده ۱۹۱٫۲۵۵٫۰٫۰ تا ۱۹۱٫۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵ را پوشش میدهد (net id=191.255) توجه دارید که در این کلاس از آدرس ها، دو بایت اول آدرس ها (Net ID) یکسان هستند اما دو بایت دیگر میتوانند هر مقداری را در بازه قابل تعریف بگیرند.

تعداد ۱۶۳۶۸ بلوک آدرس قابل تخصیص است. این بدان معناست که تعداد کل سازمان هایی که میتوانند آدرس کلاس B داشته باشند ۱۶۳۶۸ است اما چون هر بلوک در این کلاس حائی ۶۵۵۳۶ آدرس است سازمان باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا از تمام این آدرس ها استفاده کند (که این امر به ندرت مخقق می گردد و لذا باعث به هدر رفتن آدرس های کلاس B می شود)

شکل زیر نشان میدهد که سازمان چگونه میتواند از آدرس های بلوکی با Net ID=180.0 استفاده کند. همانگونه که قبلا نیز متذکر شدیم، اولین آدرس، آدرس شبکه است و آخرین آدرس برای اهداف خاصی درنظر گرفته شده است

شکل: بلوک ها در کلاس B

کلاس C: این کلاس به ۲,۰۹۷,۱۵۲ بلوک تقسیم می شود که هر بلوک دارای Net ID خاص خودش است. از این تعداد بلوک، ۲۵۶ بلوک برای آدرس های اختصاصی (Private) به کار میروند و ۲,۰۹۶,۸۹۶ بلوک آدرس برای اختصاص به سازمانها باقی میماند. اولین بلوک آدرس از ۱۹۲٫۰٫۰٫۰ تا ۱۹۲٫۰٫۰٫۲۵۵ را شامل میشود (بلوک با net id=192.0.0). آخرین بلوک آدرس های ۲۲۳٫۲۵۵٫۲۵۵٫۰ تا۲۲۳٫۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵ را در بر می گیرد. همانگونه که ملاحظه می کنید، برای هر بلوک از آدرس ها سه بایت اول یکسان و بایت آخر هر مقداری را در بازه ۰ تا ۲۵۵ اتخاذ می کند.شکل زیر نحوه استفاده یک سازمان فرضی از بلوک ۲۰۰٫۱۱٫۸ را نشان میدهد.

شکل: بلوک های آدرس در کلاس C

کلاس D: کلاس D فقط یک بلوک آدرس دارد که برای چند پخشی طراحی شده است. هر آدرس در این کلاس برای تعریف گروهی از میزبان ها در اینترنت به کار میرود. زمانیکه آدرسی از این کلاس به گروهی تخصیص یافت، هر میزبان عضو گروه علاوه بر آدرس عادی (تک پخشی) خود دارای آدرس چند پخشی خواهد بود.

کلاس E: در این کلاس فقط یک بلوک وجود دارد و برای استفاده از آدرس های رزرو طراحی شده است.

آدرس های شبکه:

گفتیم که نخستین آدرس هر بلاک در کلاس های A و B وC را آدرس شبکه می نامند. آدرس های شبکه، نقش مهمی در آدرس دهی کلاس دار دارند. آدرس شبکه چند ویژگی دارد:

۱- آدرس شبکه، اولین آدرس در بلوک است.

۲- آدرس شبکه، شبکه را برای بقیه اینترنت معرفی می کند. بعدا خواهیم دید که چگونه، مسیریابها با استفاده از آدرس شبکه، بسته ها را هدایت می کنند.

۳- با توجه به آدرس شبکه، میتوان کلاس آدرس، بلوک و حدود بلوک (اولین و آخرین آدرس بلوک)را تعیین کرد.

مثال:

با توجه به آدرس شبکه ۱۷٫۰٫۰٫۰، کلاس، بلوک و حدود آدرس در بلوک را مشخص کنید؟

حل: کلاس آدرس A است (بایت اول بین ۰ تا ۱۲۷ است). بنابراین Net Id=17 و حدود آدرس از ۱۷٫۰٫۰٫۰ تا ۱۷٫۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵ است.

همانگونه که ملاحظه میشود، در آدرس دهی کلاسدار، آدرس شبکه، اطلاعات کافی درباره شبکه ارائه می کند. دلیل این امر هم واضح است: در آدرس دهی کلاس دار، تعداد آدرس ها در بلوک از قبل تعیین شده است

ماسک:

دیدیم که اگر آدرس شبکه مشخص باشد، میتوان بلوک و حدود آدرس های بللوک را پیدا کرد. اما سئوال این است که آیا عکس این عمل امکانپذیر است؟ یعنی آیا با داشتن آدرس عضوی از شبکه میتوان آدرس شبکه را پیدا کرد یا خیر؟ جواب به این سئوال از آن روی حائز اهمیت است که مسیریاب باید بتواند از روی آدرس مقصد یک بسته اطلاعاتی (آدرس عضوی از شبکه) آدرس شبکه را بیابد. مثلا اگر آدرس ۱۳۴٫۴۵٫۷۸٫۳ را داشته باشیم، فورا میتوان گفت که این آدرس متعلق به کلاس B است لذا Net ID=134.45 و آدرس شبکه برابر با ۱۳۴٫۴۵٫۰٫۰ است.

این روش زمانی عمل می کند که در شبکه، عمل زیرشبکه سازی یا Sub netting صورت نگرفته باشد. اما رویه کلی که میتواند به صورت همه گیر مورد استفاده قرار گیرد استفاده از مفهوم ماسک یا mask برای یافتن آدرس شبکه از آدرس مورد نظر است.

شکل ۱۱: عملکرد ماسک

عمل AND:

در مفهوم ماسک، از عمل AND بیتی استفاده میشود که در علوم کامپیوتر مفهوم مشخص و روشنی دارد. این مفهوم درشکل ۱۲زیر به صورت بیتی به تصویر کشیده شده است.

ماسک های پیش فرض:

در آدرس دهی کلاس دار، سه ماسک وجود دارد که هر کدام به یکی از کلاس های آدرس مرتبط می شوند. شکل ۱۳ ماسک مربوط به هریک از کلاس ها را نشان میدهد

شکل ۱۳:ماسک های پیش فرض در نطام آدرس دهی کلاس دار

توجه دارید که تعداد بیت های ۱ ماسک برای هر کلاس، با تعداد بیت ها در Net ID و تعداد بیت های ۰ با تعداد بیت ها در Host ID تطبیق می کند. این بدان معناست که زمانیکه آدرسی با ماسک متناظرش AND می شود Net ID باقی میماند و Host ID به ۰ تبدیل می شود.

نمایش CIDR:

گرچه در آدرس دهی کلاس دار، هر آدرس داری ماسک پیش فرض است، گاهی بهتر است ماسک پیش فرض نمایش داده شود.CIDR مفهومی است که به همین منظور ابداع شده و به کار گرفته می شود. در نمایش CIDR تعداد بیت های یک در ماسک شبکه،بعد از یک Slash یا / در انتهای آدرس قرار می گیرد.

نکته: دقت کنید ماسک در حقیقت مشخص کننده بخش ثابت تمام آدرس های داخل یک بلوک است (جه در نظام آدرس دهی کلاس دار و چه بدون کلاس) بنابراین ماسک مشخص می کند چند بیت از آدرس در تمام بلوک مشترک و جند بیت متغیر است. این مفهوم در قالب نمایش CIDR متبلور می گردد.

به عنوان نمونه آدرس ۱۸۴٫۴۶٫۷۴٫۱۰ که یک آدرس کلاس B است و ماسک آن ۲۵۵٫۲۵۵٫۰٫۰ است را میتوان به شکل ۱۸۴٫۴۶٫۷۴٫۱۰/۱۶ نمایش داد.

منبعhttp://itforall.blogsky.com