آدرس دهی IP

در دنیای شبکه‌های کامپیوتری، آدرس‌دهی IP یکی از مفاهیم بنیادی برای شناسایی و ارتباط بین دستگاه‌ها محسوب می‌شود. هر دستگاه متصل به شبکه، برای ارسال و دریافت داده‌ها به یک آدرس منحصربه‌فرد نیاز دارد که این آدرس همان IP Address است. اما آدرس‌های IP چگونه تخصیص داده می‌شوند؟ چه تفاوتی میان Unicast، Broadcast و Multicast وجود دارد؟ و کلاس‌های آدرس‌دهی IP چه نقشی در مدیریت شبکه دارند؟

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

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 نوعUnicast 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:

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 :

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 01000011 ، معادل 67 ( 1 + 2 + 64 ) می باشد . حداکثر عددی را که می توان توسط هشت بيت نشان داد ( 11111111 ) ، 255 است ( 1+2+4+8+16+32+64+128) .

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 ( 128 ) ،در صورتيکه مقدار مربوط در عدد دهدهی موجود باشد ، بيت مورد نظر در آن موقعيت معادل يک در نظر گرفته خواهد شد . مثلا” عدد 211 شامل حاصل جمع اعداد 128 ، 64 ، 16 و 2 است ، بنابراين شکل باينری آن بصورت 11010011 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 نظيرDHCP)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 منحصربفردUnicast ، 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 باش

شکل زير ، نمونه ای از يک آدرس IP بهمراه مشخصه های شبکه و ميزبان را نشان می دهد :

کلاس های آدرس دهی

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 10 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 110 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 1110 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 11110 می باشد .

قوانين مشخصه شبکه ( Network ID)

در زمان استفاده از مشخصه شبکه ، قوانين زير رعايت می گردد:

• مشخصه شبکه نمی تواند با 127 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 هایBroadcast 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.

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 هایBroadcast 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 IPمربوط 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.