مدیر سایت 
پروتکل Internet Protocol Version 4 (IPv4) یکی از مهم‌ترین پروتکل های شبکه است که نقش اساسی در ارتباطات اینترنتی و شبکه‌های محلی ایفا می‌کند. این پروتکل که به اختصار IPv4 نامیده می‌شود، پروتکل ارتباطی اولیه برای تخصیص آدرس‌های IP به دستگاه‌ها در شبکه است.
IPv4 یکی از اساسی‌ترین پروتکل‌های شبکه‌ای است که از سال‌ها پیش به عنوان ستون فقرات اینترنت و شبکه‌های محلی به کار رفته است. با این حال، با توجه به محدودیت های تعداد آدرس‌های موجود و رشد اینترنت اشیا (IoT)، ممکن است در آینده‌ای نزدیک نیاز بیشتری به IPv6 احساس شود. با این حال، IPv4 همچنان نقشی حیاتی در زیرساخت‌های ارتباطی ما دارد و یادگیری آن برای افرادی که در حوزه شبکه کار می‌کنند، الزامی است.
در این بخش، به صورت جامع با مفاهیم IPv4، نقش آن در اینترنت، ساختار آدرس‌دهی IPv4 و تمام ویژگی های کلیدی آن خواهیم پرداخت.
آشنایی با پروتکل IPv4 و اهمیت آن در شبکه‌های کامپیوتری
پروتکل های اینترنت یا IP، قوانینی هستند که نحوه تبادل اطلاعات بین دستگاه ها را در شبکه تعیین می کنند. این پروتکل‌ها تضمین می‌کنند که داده‌ها به مقصد درست ارسال شده و به درستی دریافت شوند. در این میان، IPv4 پروتکل اصلی و قدیمی‌ترین نسخه IP است که همچنان پرکاربردترین روش آدرس‌دهی شبکه در دنیاست. از مهم‌ترین دلایل اهمیت IPv4 در شبکه‌های مدرن، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
– آدرس‌دهی دستگاه‌ها: هر دستگاه متصل به شبکه باید یک آدرس IP منحصربه‌فرد داشته باشد تا بتواند با دستگاه‌های دیگر ارتباط برقرار کند.
– مسیریابی اطلاعات: IPv4 به کمک روترها مسیر ارسال داده‌ها از مبدا به مقصد را تعیین می‌کند.
– ارتباط میان شبکه‌های محلی و جهانی: بدون IP، امکان ایجاد ارتباط بین شبکه‌های محلی و شبکه جهانی اینترنت وجود نخواهد داشت.
ساختار آدرس‌دهی در IPv4
IPv4 از یک سیستم آدرس‌دهی 32 بیتی استفاده می‌کند که به وسیله چهار بخش 8 بیتی (هر بخش با یک نقطه از دیگری جدا شده) نمایش داده می‌شود. این آدرس‌ها به صورت معمول به شکل xxx.xxx.xxx.xxx نوشته می‌شوند؛ هر عدد در این ساختار می‌تواند بین 0 تا 255 باشد. برای مثال، 192.168.1.1 یک آدرس IPv4 معتبر است.
این ساختار باعث می‌شود که IPv4 بتواند حدوداً 4.3 میلیارد آدرس مختلف ارائه دهد. هرچند این تعداد آدرس در سال‌های ابتدایی گسترش اینترنت کافی به نظر می‌رسید، اما با رشد سریع اینترنت و اتصال انواع مختلف دستگاه‌ها به شبکه، کمبود آدرس‌های IPv4 به‌سرعت به چالشی بزرگ تبدیل شد.
مزایا و معایب پروتکل IPv4
IPv4 به عنوان یکی از ابتدایی‌ترین پروتکل‌های شبکه مزایای زیادی داشته است. برخی از این مزایا عبارت‌اند از:
– سادگی و کارآیی: ساختار ساده و کارآمد آن باعث شده که بتوان به راحتی از آن استفاده کرد و پیاده‌سازی‌های پیچیده‌ای نیاز ندارد.
– پشتیبانی وسیع: IPv4 در تمامی سیستم‌های عامل و دستگاه‌های شبکه ای به‌طور کامل پشتیبانی می‌شود.
اما برخی معایب IPv4 نیز قابل توجه‌اند:
– کمبود آدرس‌ها: با توجه به تعداد محدود آدرس‌ها و رشد روزافزون دستگاه‌های متصل به اینترنت، IPv4 نمی‌تواند تمامی دستگاه‌ها را پوشش دهد.
– عدم امنیت ذاتی: IPv4 از لحاظ امنیتی مشکلاتی دارد و بدون پروتکل‌های اضافی، نمی‌تواند امنیت مناسبی را برای داده‌ها فراهم کند.
چرا IPv4 هنوز رایج است؟
با توجه به معایب IPv4، پروتکل جدیدتری به نام IPv6 به وجود آمد که تعداد آدرس‌ها را به طور چشمگیری افزایش داد. اما با این حال، IPv4 همچنان در شبکه‌های بسیاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از دلایل این موضوع عبارت‌اند از:
– پشتیبانی سخت‌افزارها و نرم‌افزارها: بسیاری از دستگاه‌ها و نرم‌افزارها هنوز فقط با IPv4 سازگار هستند.
– هزینه‌های انتقال به IPv6: مهاجرت از IPv4 به IPv6 نیازمند هزینه‌های بالایی است و بسیاری از سازمان‌ها هنوز توانایی مالی لازم برای این تغییر را ندارند.
– پشتیبانی از تکنولوژی‌های NAT: تکنولوژی NAT (Network Address Translation) به دستگاه‌ها این امکان را می‌دهد که از آدرس‌های خصوصی در شبکه داخلی استفاده کنند و فقط یک آدرس عمومی IPv4 به اینترنت متصل باشد.
نقش NAT (Network Address Translation) در ادامه استفاده از IPv4
در شبکه‌های امروزی، NAT نقش مهمی در کاهش مشکل کمبود آدرس‌های IPv4 دارد. NAT به سازمان‌ها این امکان را می‌دهد که در شبکه داخلی از آدرس‌های خصوصی استفاده کرده و با یک یا چند آدرس عمومی به اینترنت متصل شوند. به این ترتیب، چندین دستگاه می‌توانند با استفاده از یک آدرس IP عمومی به اینترنت دسترسی داشته باشند.
ساختار و روش عملکرد IPv4 در ارتباطات شبکه
در پروتکل IPv4، هر بسته اطلاعاتی شامل اطلاعات زیر است:
– آدرس مبدا: آدرسی که بسته از آن ارسال شده است.
– آدرس مقصد: آدرسی که بسته باید به آن برسد.
– نوع پروتکل: پروتکلی که بسته از آن استفاده می‌کند، مانند TCP یا UDP.
– اطلاعات اضافی برای تضمین صحت داده‌ها: شامل اطلاعاتی برای بررسی و تایید صحت داده‌های ارسالی است.
این اطلاعات در سرآیند (header) هر بسته IPv4 قرار می‌گیرند و به کمک آن‌ها مسیریابی و انتقال داده‌ها بین دستگاه‌های مختلف امکان‌پذیر می‌شود.
پروتکل‌های همراه IPv4
در شبکه‌های کامپیوتری، IPv4 به تنهایی کافی نیست و برای انتقال داده‌ها و مدیریت ارتباطات به پروتکل‌های دیگری نیاز دارد که به‌صورت مکمل با IPv4 کار می‌کنند. این پروتکل‌ها به دستگاه‌ها اجازه می‌دهند تا داده‌ها را به شکلی سازمان‌یافته و ایمن انتقال دهند. سه پروتکل اصلی که معمولاً همراه IPv4 به کار می‌روند، TCP، UDP و ICMP هستند.
پروتکل کنترل انتقال (TCP)
پروتکل کنترل انتقال (Transmission Control Protocol – TCP) یکی از پرکاربردترین پروتکل‌های شبکه است که در کنار IPv4 برای انتقال مطمئن داده‌ها به کار می‌رود. TCP پروتکلی است که ویژگی‌های زیر را به همراه دارد:
– ارتباط اتصال‌گرا (Connection-Oriented): به این معنا که قبل از ارسال داده‌ها، ابتدا یک اتصال بین فرستنده و گیرنده برقرار می‌شود.
– کنترل جریان داده‌ها: TCP جریان داده‌ها را کنترل می‌کند تا از ازدحام و از دست رفتن بسته‌ها جلوگیری شود.
– اطمینان از تحویل داده‌ها: TCP مطمئن می‌شود که تمامی بسته‌های ارسالی به مقصد می‌رسند و به ترتیب صحیح چیده می‌شوند. در صورت از دست رفتن بسته‌ها، TCP آن‌ها را مجدداً ارسال می‌کند.
این ویژگی‌ها باعث شده که TCP پروتکل مناسبی برای انتقال داده‌های حیاتی و حساس باشد، مانند انتقال فایل‌ها، ایمیل و مرور صفحات وب.
پروتکل دیتاگرام کاربر (UDP)
پروتکل دیتاگرام کاربر (User Datagram Protocol – UDP) یکی دیگر از پروتکل‌هایی است که همراه IPv4 به کار می‌رود، اما بر خلاف TCP یک پروتکل اتصال‌گرا نیست و داده‌ها را به‌صورت بدون اتصال (Connectionless) ارسال می‌کند. این پروتکل دارای ویژگی‌های زیر است:
– سرعت بالاتر: چون در UDP نیازی به برقراری اتصال نیست و داده‌ها به‌طور مستقیم ارسال می‌شوند، این پروتکل سرعت بیشتری نسبت به TCP دارد.
– عدم تضمین تحویل: UDP تضمینی برای تحویل بسته‌ها ارائه نمی‌دهد، بنابراین اگر بسته‌ای از دست برود، مجدداً ارسال نمی‌شود.
از این پروتکل در مواقعی استفاده می‌شود که سرعت اهمیت بیشتری نسبت به اطمینان دارد، مانند تماس‌های صوتی و تصویری آنلاین و بازی‌های آنلاین.
پروتکل پیام کنترل اینترنت (ICMP)
پروتکل پیام کنترل اینترنت (Internet Control Message Protocol – ICMP) برای ارسال پیام‌های کنترل و خطا در شبکه به کار می‌رود. این پروتکل برای انتقال داده‌های کاربر طراحی نشده است، بلکه بیشتر برای مدیریت و تشخیص خطاهای شبکه استفاده می‌شود. برخی از کاربردهای ICMP عبارت‌اند از:
– تشخیص مشکلات شبکه: از ICMP برای بررسی وضعیت شبکه استفاده می‌شود؛ ابزارهایی مانند Ping و Traceroute از ICMP استفاده می‌کنند.
– ارسال پیام‌های خطا: اگر یک بسته نتواند به مقصد برسد، روترها یا دستگاه‌های دیگر از ICMP برای اطلاع دادن به مبدا استفاده می‌کنند.
تاریخچه IP (Internet Protocol)
پروتکل اینترنت یا IP (Internet Protocol) یکی از اساسی ترین و پرکاربردترین پروتکل‌ها در شبکه‌های کامپیوتری است که امکان برقراری ارتباط بین دستگاه‌های مختلف را فراهم می‌کند. تاریخچه پروتکل IP به دهه ۱۹۷۰ میلادی باز می‌گردد و با تکامل آن، امروزه به دو نسخه IPv4 و IPv6 رسیده‌ایم. در این بخش، با نگاهی به تاریخچه IP، به شما نشان خواهیم داد که چگونه این پروتکل به یکی از مهم‌ترین اجزای اینترنت تبدیل شد و چگونه به شکل امروزی خود یعنی IPv4 و IPv6 درآمد.
تولد شبکه‌های کامپیوتری و نیاز به IP
در دهه ۱۹۶۰، با آغاز پروژه ARPANET که توسط وزارت دفاع آمریکا پایه‌گذاری شد، مفهوم شبکه‌های کامپیوتری و اتصال بین کامپیوترهای مختلف به طور رسمی آغاز شد. در این زمان، هدف از ARPANET اتصال تعداد محدودی از کامپیوترها به یکدیگر برای تبادل اطلاعات علمی و تحقیقاتی بود. اما با گسترش شبکه‌ها و افزایش تعداد دستگاه‌های متصل، نیاز به یک سیستم آدرس‌دهی برای شناسایی دستگاه‌ها و کنترل جریان داده‌ها بیشتر شد.
معرفی پروتکل IP
در سال ۱۹۷۳، Vint Cerf و Bob Kahn، دو محقق در زمینه شبکه، مفاهیم اولیه پروتکل IP را معرفی کردند. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که برای برقراری ارتباط بین کامپیوترها به یک پروتکل یکپارچه نیاز است که بتواند به دستگاه‌ها آدرس‌دهی کند و مسیر ارسال داده‌ها را مشخص کند. در نهایت، در سال ۱۹۸۱، پروتکل Internet Protocol (IP) در قالب نسخه‌ای استاندارد برای آدرس‌دهی و مسیریابی در شبکه معرفی شد.
پیدایش IPv4
IPv4 که به عنوان چهارمین نسخه از پروتکل IP شناخته می‌شود، در سال ۱۹۸۳ به صورت رسمی ارائه شد و تا به امروز، این پروتکل اصلی‌ترین و پرکاربردترین روش برای آدرس‌دهی در اینترنت و شبکه‌های محلی است. IPv4 با استفاده از یک سیستم آدرس‌دهی 32 بیتی، این امکان را به دستگاه‌های شبکه می‌دهد که با اختصاص یک آدرس یکتا شناسایی شوند.
ویژگی‌های اصلی IPv4 که آن را به گزینه‌ای مناسب برای آدرس‌دهی تبدیل کرد عبارتند از:
– سادگی در پیاده‌سازی و استفاده: پروتکل IPv4 به شکلی طراحی شد که به راحتی توسط سیستم‌های عامل و سخت‌افزارهای مختلف قابل پشتیبانی باشد.
– کارایی بالا در انتقال داده‌ها: IPv4 با استفاده از بسته‌های داده‌ای کوچک و با عملکرد بهینه، انتقال داده‌ها را به شکلی موثر امکان‌پذیر کرد.
– توانایی پشتیبانی از شبکه‌های مختلف: IPv4 از ابتدا به شکلی طراحی شد که بتواند در شبکه‌های مختلف از جمله شبکه‌های محلی (LAN)، شبکه‌های گسترده (WAN) و اینترنت به کار رود.
چالش‌های IPv4 و راه حل های ارائه شده
با گذشت زمان و رشد سریع اینترنت، تعداد دستگاه‌های متصل به شبکه‌ها افزایش یافت و محدودیت‌های IPv4 آشکارتر شد. یکی از اصلی‌ترین چالش‌های IPv4، تعداد محدود آدرس‌های قابل تخصیص بود. با توجه به ساختار 32 بیتی آدرس‌دهی IPv4، این پروتکل تنها می‌تواند حدود ۴٫۳ میلیارد آدرس منحصربه‌فرد ارائه دهد. این تعداد در دهه‌های ابتدایی گسترش اینترنت کافی بود، اما با ورود دستگاه‌های هوشمند، رایانه‌های شخصی و اینترنت اشیا (IoT)، این تعداد آدرس به سرعت به انتهای ظرفیت خود نزدیک شد.
راه‌حل‌های اولیه برای مشکل کمبود آدرس
برای رفع مشکل کمبود آدرس‌ها در IPv4، راه‌حل‌هایی مانند NAT (Network Address Translation) و CIDR (Classless Inter-Domain Routing) مطرح شد. هر یک از این روش‌ها با تغییراتی در نحوه استفاده از آدرس‌های IP، سعی کردند تعداد دستگاه‌های متصل به شبکه را افزایش دهند:
– NAT: این تکنولوژی به دستگاه‌ها این امکان را می‌دهد که با استفاده از یک آدرس IP عمومی مشترک، به اینترنت متصل شوند. به این ترتیب، چندین دستگاه در یک شبکه داخلی می‌توانند از یک آدرس IP عمومی استفاده کنند.
– CIDR :CIDR یا آدرس‌دهی بدون کلاس، ساختار کلاسیک آدرس‌دهی IPv4 را کنار گذاشته و آدرس‌ها را بر اساس نیاز به جای کلاس‌های ثابت، تقسیم می‌کند. این روش امکان استفاده بهینه‌تر از آدرس‌های IPv4 را فراهم کرد.
معرفی IPv6 به عنوان جایگزین IPv4
با وجود راه‌حل‌هایی مانند NAT و CIDR، مشخص شد که IPv4 نمی‌تواند پاسخگوی تمامی نیازهای شبکه‌های مدرن باشد. در نتیجه، نسخه جدیدی از پروتکل IP به نام IPv6 معرفی شد که با استفاده از آدرس‌دهی 128 بیتی، تعداد آدرس‌های قابل تخصیص را به طور چشمگیری افزایش می‌دهد.
IPv6 به‌گونه‌ای طراحی شده که تمامی مشکلات و محدودیت‌های IPv4 را برطرف کند و در کنار آن امنیت و کارایی بیشتری نیز داشته باشد. با این حال، انتقال کامل از IPv4 به IPv6 زمان‌بر است و IPv4 همچنان در بسیاری از شبکه‌ها استفاده می‌شود.
پروتکل IP از ابتدای ایجاد شبکه‌های کامپیوتری تاکنون یکی از اجزای اصلی زیرساخت‌های ارتباطی ما بوده است. IPv4 به عنوان اولین نسخه عمومی IP نقش مهمی در گسترش اینترنت و شبکه‌های محلی ایفا کرده است. هرچند که با افزایش دستگاه‌های متصل به شبکه‌ها، مشکلات و محدودیت‌های IPv4 نمایان شد، ولی با معرفی IPv6 و راه‌حل‌های مکمل مانند NAT و CIDR، IPv4 همچنان به عنوان یکی از پروتکل‌های اصلی شبکه‌های کامپیوتری باقی مانده است.
اجزای IPv4 و آشنایی با ساختار آدرس IPv4
آدرس‌های IPv4 بخش‌های مهمی از پروتکل IPv4 را تشکیل می‌دهند و امکان شناسایی و مسیریابی دستگاه‌ها در شبکه را فراهم می‌کنند. هر آدرس IPv4 از اجزایی تشکیل شده است که به شبکه‌ها و دستگاه‌ها کمک می‌کند تا داده‌ها را به مقصد مورد نظر ارسال کنند. در این بخش، به جزئیات ساختار آدرس‌های IPv4، بخش‌های مختلف آن و نقش هر کدام از این اجزا خواهیم پرداخت.
ساختار آدرس IPv4
آدرس IPv4 از 32 بیت تشکیل شده و معمولاً به شکل چهار بخش 8 بیتی (هر کدام 1 بایت) نمایش داده می‌شود. هر بخش با یک نقطه از دیگری جدا می‌شود و به شکل دهدهی یا دسیمال نمایش داده می‌شود. فرمت کلی آدرس IPv4 به صورت xxx.xxx.xxx.xxx است، که در آن هر بخش می‌تواند عددی بین 0 تا 255 باشد. برای مثال، آدرس IPv4 192.168.1.1 یک نمونه رایج از این نوع آدرس‌دهی است.
اجزای اصلی یک آدرس IPv4
آدرس‌های IPv4 به دو بخش اصلی تقسیم می‌شوند:
– بخش شبکه (Network Part): این بخش از آدرس نشان‌دهنده شبکه‌ای است که دستگاه به آن تعلق دارد. دستگاه‌های یک شبکه محلی همگی از یک بخش شبکه یکسان در آدرس‌های خود استفاده می‌کنند.
– بخش میزبان (Host Part): این بخش از آدرس نشان دهنده دستگاه خاصی است که در شبکه قرار دارد. به کمک بخش میزبان، هر دستگاه در شبکه به صورت منحصربه‌فرد شناسایی می‌شود.
تعداد بیت‌های تخصیص داده شده به بخش شبکه و بخش میزبان بستگی به کلاس آدرس IPv4 دارد (که در بخش‌های بعدی به آن خواهیم پرداخت).
مفهوم آدرس های شبکه و آدرس های میزبان
انواع آدرس‌های IPv4 به سه نوع اصلی تقسیم می‌شوند:
– آدرس شبکه (Network Address): آدرس شبکه برای شناسایی یک شبکه خاص به کار می‌رود. این آدرس، اولین آدرس از محدوده آدرس‌های یک شبکه است و بخش میزبان آن از صفر تشکیل می‌شود.
– آدرس میزبان (Host Address): آدرس میزبان برای شناسایی دستگاه‌های خاص در شبکه استفاده می‌شود و تمامی بیت‌های بخش میزبان به جز صفر و یک را شامل می‌شود.
– آدرس پخش سراسری (Broadcast Address): آخرین آدرس در یک محدوده آدرس‌دهی شبکه به آدرس پخش سراسری اختصاص داده می‌شود. این آدرس برای ارسال داده به تمامی دستگاه‌های شبکه به کار می‌رود و بخش میزبان آن از یک‌ها تشکیل شده است.
قالب دودویی (باینری) آدرس IPv4
آدرس‌های IPv4، علاوه بر فرمت دهدهی، می‌توانند در قالب دودویی نیز نمایش داده شوند. در قالب دودویی، هر بخش از آدرس IPv4 به یک عدد باینری 8 بیتی تبدیل می‌شود. برای مثال، آدرس IPv4 192.168.1.1 در قالب دودویی به صورت 11000000.10101000.00000001.00000001 نمایش داده می‌شود.
درک این قالب باینری در زمان محاسبات شبکه و تقسیم‌بندی‌های سابنت (Subnet) بسیار مفید است، زیرا بخش‌های مختلف آدرس به صورت دقیق‌تری قابل شناسایی می‌شوند.
نحوه تخصیص آدرس‌های IPv4
تخصیص آدرس‌های IPv4 به دو صورت انجام می‌شود:
– تخصیص دستی (Static): در این حالت، آدرس IP به صورت دستی توسط مدیر شبکه به دستگاه اختصاص داده می‌شود و تا زمانی که تغییر نکند، ثابت باقی می‌ماند.
– تخصیص پویا (Dynamic): در این حالت، آدرس IP به صورت خودکار توسط پروتکل DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) به دستگاه‌ها اختصاص داده می‌شود. DHCP به دستگاه‌ها آدرس‌های موقتی اختصاص می‌دهد که پس از مدتی تغییر می‌کنند.
نقش Subnet Mask در آدرس‌دهی IPv4
Subnet Mask یکی دیگر از اجزای مهم آدرس‌دهی IPv4 است که برای شناسایی بخش شبکه و بخش میزبان آدرس به کار می‌رود. Subnet Mask شامل مجموعه‌ای از بیت‌ها است که به شبکه‌ها اجازه می‌دهد تا به صورت مجازی به چندین شبکه کوچکتر تقسیم شوند. در بخش بعدی، به جزئیات بیشتری درباره Subnet Mask و نحوه عملکرد آن خواهیم پرداخت.
تفاوت میان آدرس‌های خصوصی و عمومی در IPv4
آدرس‌های IPv4 به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
– آدرس‌های عمومی (Public IP): این آدرس‌ها در شبکه جهانی اینترنت استفاده می‌شوند و باید یکتا باشند. آدرس‌های عمومی توسط IANA و RIRها (Regional Internet Registries) تخصیص داده می‌شوند.
– آدرس‌های خصوصی (Private IP): این آدرس‌ها در شبکه‌های محلی (LAN) استفاده می‌شوند و نیازی به یکتا بودن ندارند. آدرس‌های خصوصی توسط NAT به آدرس‌های عمومی متصل می‌شوند تا امکان ارتباط با اینترنت فراهم شود.
آدرس‌های خصوصی شامل رنج‌های زیر هستند:
– 10.0.0.0 تا 10.255.255.255
– 172.16.0.0 تا 172.31.255.255
– 192.168.0.0 تا 192.168.255.255
در نتیجه اجزای IPv4 شامل بخش شبکه، بخش میزبان و Subnet Mask به دستگاه‌ها این امکان را می‌دهند که به طور منحصربه‌فرد شناسایی شوند و ارتباطات شبکه‌ای برقرار کنند. با این ساختار، IPv4 به راحتی شبکه‌ها و دستگاه‌های متصل را شناسایی کرده و مسیریابی داده‌ها را انجام می‌دهد. شناخت این اجزا و نحوه عملکرد آن‌ها برای هر متخصص شبکه الزامی است، چرا که هر کدام از این بخش‌ها در مدیریت و بهینه‌سازی شبکه‌های IPv4 نقش مهمی ایفا می‌کنند.
Subnet Mask و Prefix چیست؟
در شبکه‌های IPv4، مفهوم Subnet Mask و Prefix نقش بسیار مهمی در شناسایی بخش شبکه و بخش میزبان یک آدرس ایفا می‌کنند. این دو مفهوم به مدیران شبکه کمک می‌کنند تا شبکه‌ها را به زیرشبکه‌های کوچکتر تقسیم کرده و به این وسیله از آدرس‌دهی و منابع شبکه بهینه‌تر استفاده کنند. در این بخش به معرفی و توضیح دقیق Subnet Mask و Prefix می‌پردازیم و نحوه کارکرد و استفاده از آن‌ها را شرح می‌دهیم.
Subnet Mask چیست؟
Subnet Mask یا ماسک زیرشبکه یک مقدار عددی است که به کمک آن می‌توان بخش شبکه و بخش میزبان یک آدرس IPv4 را شناسایی کرد. Subnet Mask از یک مجموعه 32 بیتی تشکیل شده است که در آن برخی از بیت‌ها برای مشخص کردن بخش شبکه و باقی بیت‌ها برای بخش میزبان استفاده می‌شوند. این مقدار به صورت چهار بخش 8 بیتی مانند یک آدرس IPv4 نمایش داده می‌شود و معمولاً به شکل xxx.xxx.xxx.xxx نوشته می‌شود. برای مثال، 255.255.255.0 یک Subnet Mask رایج است.
نحوه کارکرد Subnet Mask
در یک آدرس IPv4، Subnet Mask به تعیین بخش شبکه و بخش میزبان کمک می‌کند. این کار به این صورت انجام می‌شود که بیت‌های 1 در Subnet Mask بخش شبکه و بیت‌های 0 بخش میزبان را نشان می‌دهند. برای مثال، در Subnet Mask 255.255.255.0، 24 بیت اول برابر 1 است که نشان‌دهنده بخش شبکه بوده و 8 بیت آخر برابر 0 است که نشان‌دهنده بخش میزبان است.
برای شناسایی بخش شبکه و میزبان، کافی است که عمل AND بین آدرس IP و Subnet Mask انجام دهیم. این عمل نتیجه‌ای به دست می‌دهد که بخش شبکه آدرس IP را مشخص می‌کند.
انواع Subnet Mask ها
Subnet Maskها می‌توانند به اشکال مختلفی بسته به تعداد بیت‌های بخش شبکه استفاده شوند. برخی از Subnet Maskهای رایج عبارت‌اند از:
– 255.0.0.0: نشان‌دهنده یک Subnet Mask با 8 بیت شبکه و 24 بیت میزبان است.
– 255.255.0.0: نشان‌دهنده یک Subnet Mask با 16 بیت شبکه و 16 بیت میزبان است.
– 255.255.255.0: نشان‌دهنده یک Subnet Mask با 24 بیت شبکه و 8 بیت میزبان است.
هر کدام از این Subnet Mask ها برای شبکه‌هایی با اندازه‌های مختلف مناسب هستند و به مدیران شبکه اجازه می‌دهند که شبکه‌ها را به اندازه مناسب تقسیم کنند.
Prefix چیست؟
Prefix یا پیشوند یکی دیگر از روش های نمایش بخش شبکه و بخش میزبان در یک آدرس IPv4 است. در این روش، تعداد بیت های بخش شبکه بعد از آدرس IP با یک خط مورب (/) مشخص می‌شود. برای مثال، 192.168.1.0/24 نشان‌دهنده یک آدرس با 24 بیت شبکه و 8 بیت میزبان است. این روش به نام CIDR (Classless Inter-Domain Routing) شناخته می‌شود.
نمایش به صورت Prefix ساده‌تر و کوتاه‌تر از نمایش با Subnet Mask است و معمولاً در مستندات و پیکربندی‌های شبکه به کار می‌رود.
تفاوت بین Subnet Mask و Prefix
هرچند که Subnet Mask و Prefix هر دو برای شناسایی بخش شبکه و بخش میزبان به کار می‌روند، تفاوت اصلی آن‌ها در نحوه نمایش است. Subnet Mask به صورت چهار بخش 8 بیتی نمایش داده می‌شود، در حالی که Prefix تعداد بیت‌های بخش شبکه را بعد از آدرس IP با یک خط مورب نشان می‌دهد. برای مثال:
– Subnet Mask: 255.255.255.0
– Prefix: /24
هر دوی این روش‌ها کاربرد یکسانی دارند و بسته به نیاز، می‌توان از هر کدام استفاده کرد.
کاربردهای Subnet Mask و Prefix در شبکه‌ها
Subnet Mask و Prefix به مدیران شبکه کمک می‌کنند تا شبکه‌های بزرگ را به زیرشبکه‌های کوچکتر تقسیم کنند. این تقسیم‌بندی به چند دلیل اهمیت دارد:
– بهبود مدیریت شبکه: با تقسیم یک شبکه بزرگ به چند زیرشبکه، مدیران شبکه می‌توانند هر زیرشبکه را به صورت مستقل مدیریت کنند.
– افزایش امنیت: زیرشبکه‌ها می‌توانند دسترسی‌ها را محدود کرده و امنیت شبکه را افزایش دهند.
– کاهش ترافیک شبکه: با استفاده از زیرشبکه‌ها، ترافیک به صورت محلی محدود می‌شود و باعث کاهش ترافیک در بخش‌های مختلف شبکه می‌شود.
نحوه محاسبه Subnet Mask و Prefix
برای محاسبه Subnet Mask و Prefix، می‌توانیم به موارد زیر توجه کنیم:
– تعداد دستگاه‌های مورد نیاز: بر اساس تعداد دستگاه‌ها و نیاز به آدرس‌دهی، می‌توان تعداد بیت‌های بخش میزبان را تعیین کرد.
– تعداد زیرشبکه‌ها: اگر یک شبکه به چند زیرشبکه تقسیم شود، باید تعداد بیت‌های بخش شبکه را افزایش دهیم.
برای مثال، اگر نیاز به 256 دستگاه در یک زیرشبکه داریم، می‌توانیم از Subnet Mask 255.255.255.0 یا Prefix /24 استفاده کنیم که دارای 8 بیت میزبان است و می‌تواند تا 256 آدرس IP را پوشش دهد.
بنابراین نتیجه می گیریم که Subnet Mask و Prefix دو ابزار مهم در شبکه‌های IPv4 هستند که به تعیین بخش‌های شبکه و میزبان کمک می‌کنند. با استفاده از این دو مفهوم، مدیران شبکه می‌توانند شبکه‌های بزرگ را به زیرشبکه‌های کوچکتر تقسیم کرده و از منابع شبکه بهینه‌تر استفاده کنند. این تقسیم‌بندی همچنین به مدیریت بهتر، افزایش امنیت و کاهش ترافیک شبکه کمک می‌کند.
آشنایی با انواع آدرس های IPv4
پروتکل IPv4 از سیستم آدرس‌دهی خاصی استفاده می‌کند که امکان شناسایی دستگاه‌ها و مسیریابی داده‌ها در شبکه‌های مختلف را فراهم می‌کند. آدرس‌های IPv4 بسته به نوع استفاده و محدوده دسترسی به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. هر دسته از این آدرس‌ها نقش متفاوتی در شبکه‌ها ایفا می‌کند. در این بخش به بررسی انواع آدرس‌های IPv4 و کاربرد هر کدام در شبکه می‌پردازیم.
آدرس‌های عمومی (Public IP Addresses)
آدرس‌های عمومی، آدرس‌هایی هستند که در شبکه جهانی اینترنت استفاده می‌شوند و به دستگاه‌ها این امکان را می‌دهند که با سایر دستگاه‌های اینترنتی ارتباط برقرار کنند. این آدرس‌ها باید یکتا باشند تا از بروز تداخل در ارتباطات جلوگیری شود.
آدرس‌های عمومی توسط IANA و RIRها (Regional Internet Registries) مدیریت و به ارائه‌دهندگان خدمات اینترنتی (ISPها) تخصیص داده می‌شوند. برخی از ویژگی‌های آدرس‌های عمومی عبارتند از:
– به صورت عمومی قابل دسترسی هستند و امکان اتصال به اینترنت را فراهم می‌کنند.
– نیاز به امنیت بیشتری دارند زیرا در معرض حملات اینترنتی قرار دارند.
آدرس‌های خصوصی (Private IP Addresses)
آدرس‌های خصوصی، آدرس‌هایی هستند که در شبکه‌های محلی (LAN) استفاده می‌شوند و نیازی به یکتا بودن در سطح جهانی ندارند. این آدرس‌ها برای دستگاه‌هایی که درون یک شبکه محلی به هم متصل هستند، استفاده می‌شوند و به آن‌ها امکان می‌دهند تا بدون اتصال مستقیم به اینترنت با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
سه محدوده آدرس خصوصی در IPv4 وجود دارد:
– 10.0.0.0 تا 10.255.255.255
– 172.16.0.0 تا 172.31.255.255
– 192.168.0.0 تا 192.168.255.255
آدرس‌های خصوصی به کمک تکنولوژی NAT (Network Address Translation) به اینترنت متصل می‌شوند. NAT امکان تبدیل آدرس های خصوصی به یک آدرس عمومی را فراهم می‌کند و به دستگاه‌های شبکه داخلی اجازه می‌دهد که با دستگاه‌های اینترنتی ارتباط برقرار کنند.
آدرس‌های پخش سراسری (Broadcast Addresses)
آدرس‌های پخش سراسری، آدرس‌هایی هستند که برای ارسال داده به تمامی دستگاه‌های موجود در یک شبکه خاص به کار می‌روند. این آدرس‌ها به مدیران شبکه اجازه می‌دهند که اطلاعات را به طور همزمان به تمام دستگاه‌های شبکه ارسال کنند.
در یک شبکه محلی، آدرس پخش سراسری آخرین آدرس از یک محدوده آدرس‌دهی است و بخش میزبان آن از بیت‌های 1 تشکیل شده است. برای مثال، در شبکه‌ای با آدرس 192.168.1.0/24، آدرس پخش سراسری 192.168.1.255 خواهد بود.
آدرس‌های چند پخشی (Multicast Addresses)
آدرس‌های چندپخشی برای ارسال داده به یک گروه مشخص از دستگاه‌ها در شبکه به کار می‌روند. برخلاف آدرس‌های پخش سراسری که داده را به تمامی دستگاه‌های شبکه ارسال می‌کنند، آدرس‌های چندپخشی فقط به گروهی از دستگاه‌ها که عضو گروه چندپخشی هستند، داده را ارسال می‌کنند.
آدرس‌های چندپخشی در IPv4 در محدوده 224.0.0.0 تا 239.255.255.255 قرار دارند. برخی از کاربردهای آدرس‌های چندپخشی عبارتند از:
– پخش محتوای ویدیویی و صوتی به صورت همزمان به دستگاه‌های مختلف
– پروتکل‌های مدیریت شبکه که نیاز به ارسال داده به یک گروه خاص از دستگاه‌ها دارند
آدرس‌های حلقه بازگشتی (Loopback Addresses)
آدرس‌های حلقه بازگشتی برای تست و بررسی دستگاه محلی بدون ارسال داده به شبکه خارجی به کار می‌روند. این آدرس‌ها به دستگاه این امکان را می‌دهند که با خود ارتباط برقرار کند و برای تست ارتباطات شبکه و بررسی صحت تنظیمات شبکه استفاده می‌شوند.
آدرس 127.0.0.1 یک آدرس حلقه بازگشتی شناخته شده است و معمولاً به عنوان «localhost» نامیده می‌شود. تمامی آدرس‌های محدوده 127.0.0.0 تا 127.255.255.255 برای تست‌های محلی به کار می‌روند.
آدرس‌های رزرو شده (Reserved Addresses)
برخی از آدرس‌های IPv4 به صورت رزرو شده توسط IANA نگه‌داری می‌شوند و برای کاربردهای خاصی مانند آزمایش‌ها، تحقیقات و پروتکل‌های خاص به کار می‌روند. این آدرس‌ها شامل محدوده‌هایی هستند که به صورت عمومی قابل استفاده نیستند و در اینترنت استفاده نمی‌شوند. برخی از این آدرس‌ها عبارتند از:
– 0.0.0.0: این آدرس معمولاً برای نشان دادن یک مقصد ناشناخته یا یک آدرس غیرفعال استفاده می‌شود.
– 255.255.255.255: این آدرس برای پخش سراسری به تمامی دستگاه‌های موجود در شبکه به کار می‌رود.
آدرس‌های خودکار خصوصی (APIPA)
آدرس‌های APIPA (Automatic Private IP Addressing) یا آدرس‌های خصوصی خودکار به دستگاه‌ها در شبکه محلی اختصاص می‌یابند وقتی که یک سرور DHCP در دسترس نباشد. این آدرس‌ها به دستگاه‌ها اجازه می‌دهند که به‌طور خودکار یک آدرس خصوصی در محدوده 169.254.0.0 تا 169.254.255.255 دریافت کنند و همچنان بتوانند با دستگاه‌های دیگر در همان شبکه محلی ارتباط برقرار کنند.
بطور کلی آدرس‌های IPv4 به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند که هر کدام برای کاربردهای خاصی طراحی شده‌اند. این دسته‌بندی به شبکه‌ها اجازه می‌دهد که بهینه‌تر از منابع آدرس‌دهی استفاده کنند و عملکرد شبکه را بهبود بخشند. شناخت انواع مختلف آدرس‌های IPv4 و کاربرد هر کدام برای مدیران شبکه ضروری است، چرا که به آن‌ها کمک می‌کند که آدرس‌دهی شبکه را به بهترین شکل ممکن مدیریت کنند.
آشنایی با کلاس های IPv4
آدرس‌های IPv4 در ابتدا به چندین کلاس مختلف تقسیم شدند تا بتوانند نیازهای مختلف شبکه‌های بزرگ و کوچک را پاسخ دهند. این سیستم کلاس‌بندی به مدیران شبکه این امکان را می‌داد که بر اساس اندازه و نوع شبکه، از بخش‌های خاصی از فضای آدرس‌دهی استفاده کنند. در این بخش، به بررسی کلاس‌های مختلف IPv4 و ویژگی‌ها و کاربرد هر کدام از آن‌ها خواهیم پرداخت.
مقدمه ای بر کلاس‌بندی آدرس‌های IPv4
کلاس‌بندی آدرس‌های IPv4 به طور عمده بر اساس تعداد بیت‌های بخش شبکه و میزبان صورت گرفته است. این کلاس‌ها شامل کلاس‌های A، B، C، D و E هستند که هر کدام محدوده خاصی از آدرس‌ها را به خود اختصاص می‌دهند و ویژگی‌ها و کاربردهای متفاوتی دارند. در این تقسیم‌بندی، اولین بیت‌ها در آدرس، کلاس آن را مشخص می‌کنند.
کلاس A
کلاس A مخصوص شبکه‌های بزرگ طراحی شده و بیشترین تعداد آدرس‌های میزبان را فراهم می‌کند. در کلاس A، اولین بیت آدرس همواره 0 است و بخش شبکه شامل 8 بیت اول آدرس می‌شود. این بدان معناست که کلاس A دارای محدوده آدرس 0.0.0.0 تا 127.255.255.255 است.
ویژگی‌های کلاس A:
– بخش شبکه: 8 بیت
– بخش میزبان: 24 بیت
– تعداد شبکه‌ها: 128 شبکه
– تعداد آدرس‌های میزبان: بیش از 16 میلیون آدرس در هر شبکه
کلاس A بیشتر در شبکه‌های عظیم و سازمان‌های بزرگ استفاده می‌شود که نیاز به تعداد زیادی آدرس میزبان دارند.
کلاس B
کلاس B برای شبکه‌هایی با اندازه متوسط طراحی شده است. در این کلاس، دو بیت اول آدرس 10 است و بخش شبکه شامل 16 بیت اول می‌شود. کلاس B محدوده آدرس 128.0.0.0 تا 191.255.255.255 را پوشش می‌دهد.
ویژگی‌های کلاس B:
– بخش شبکه: 16 بیت
– بخش میزبان: 16 بیت
– تعداد شبکه‌ها: 16,384 شبکه
– تعداد آدرس‌های میزبان: 65,536 آدرس در هر شبکه
این کلاس معمولاً در شبکه‌های متوسط و سازمان‌هایی که نیاز به آدرس‌دهی بیشتری نسبت به کلاس C دارند استفاده می‌شود.
کلاس C
کلاس C بیشترین کاربرد را در شبکه‌های کوچک و متوسط دارد. در این کلاس، سه بیت اول 110 است و بخش شبکه شامل 24 بیت اول می‌شود. کلاس C محدوده آدرس 192.0.0.0 تا 223.255.255.255 را در بر می‌گیرد.
ویژگی‌های کلاس C:
– بخش شبکه: 24 بیت
– بخش میزبان: 8 بیت
– تعداد شبکه‌ها: بیش از 2 میلیون شبکه
– تعداد آدرس‌های میزبان: 256 آدرس در هر شبکه
کلاس C به دلیل تعداد مناسب آدرس‌ها برای شبکه‌های محلی و کوچک، به‌طور گسترده استفاده می‌شود.
کلاس D
کلاس D برای آدرس‌های چندپخشی (Multicast) در نظر گرفته شده است و شامل محدوده آدرس 224.0.0.0 تا 239.255.255.255 است. در این کلاس، چهار بیت اول آدرس 1110 است و برای ارسال داده‌ها به یک گروه خاص از دستگاه‌ها در شبکه به کار می‌رود.
کلاس D به‌جای آدرس‌دهی میزبان‌های منحصربه‌فرد، داده‌ها را به گروه‌های چندپخشی ارسال می‌کند. به همین دلیل، کلاس D در شبکه‌های پخش محتوای زنده، مانند ویدئو و صدا، کاربرد دارد.
کلاس E
کلاس E شامل محدوده آدرس 240.0.0.0 تا 255.255.255.255 است و برای تحقیقات و آزمایش‌ها رزرو شده است. چهار بیت اول این کلاس 1111 است و در شبکه‌های عمومی استفاده نمی‌شود. کلاس E برای کاربردهای خاص و آزمایشات پیشرفته نگه‌داری می‌شود و معمولاً در دسترس کاربران عادی شبکه نیست.
چرا کلاس‌بندی IPv4 منسوخ شد؟
با رشد سریع اینترنت و افزایش تعداد دستگاه‌های متصل، سیستم کلاس‌بندی IPv4 مشکلاتی به وجود آورد. به عنوان مثال، بسیاری از آدرس‌های شبکه‌ها در کلاس A و B به طور کامل استفاده نمی‌شدند، در حالی که تقاضا برای آدرس‌های شبکه‌های کوچکتر افزایش یافته بود. این مشکل منجر به اتلاف آدرس‌های IPv4 شد.
به همین دلیل، سیستم جدیدی به نام CIDR (Classless Inter-Domain Routing) معرفی شد که سیستم کلاس‌بندی را کنار گذاشت و به شبکه‌ها اجازه داد که بخش شبکه و بخش میزبان را با انعطاف بیشتری تنظیم کنند. این تغییر به استفاده بهینه‌تر از فضای آدرس‌دهی IPv4 کمک کرد و امکان تقسیم‌بندی شبکه‌ها را به صورت سفارشی فراهم کرد.
تفاوت آدرس‌های Classful و Classless
در ابتدا، آدرس‌های IPv4 بر اساس سیستم کلاس‌بندی شده (Classful) سازمان‌دهی می‌شدند، که در بخش قبلی با کلاس‌های مختلف آن آشنا شدیم. اما با رشد سریع شبکه‌ها و افزایش تقاضا برای آدرس‌های IP، این روش دچار محدودیت‌های زیادی شد و سیستم بدون کلاس (Classless) با نام CIDR معرفی شد تا فضای آدرس‌دهی IPv4 را کارآمدتر کند. در این بخش، به بررسی تفاوت‌ها و دلایل انتقال به سیستم Classless می‌پردازیم.
آدرس‌دهی Classful
در سیستم آدرس‌دهی Classful، آدرس‌ها به طور ثابت به چند کلاس تقسیم می‌شدند: کلاس A، B، C، D و E. هر کلاس دارای یک محدوده خاص از آدرس‌ها و تعداد مشخصی بیت برای بخش شبکه و بخش میزبان بود. این روش دارای مزایا و معایبی بود که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم.
مزایای آدرس‌دهی Classful:
– ساده و قابل فهم: سیستم Classful ساختار ساده‌ای داشت و به راحتی قابل پیاده‌سازی بود.
– مدیریت بهتر شبکه‌های ثابت: تقسیم‌بندی کلاس‌ها امکان مدیریت ساده‌تر شبکه‌های با اندازه‌های ثابت را فراهم می‌کرد.
معایب آدرس‌دهی Classful:
– اتلاف فضای آدرس‌دهی: یکی از مشکلات بزرگ Classful این بود که آدرس‌های بسیاری به هدر می‌رفتند. برای مثال، بسیاری از شبکه‌ها به اندازه‌ای کوچک بودند که به کل بخش میزبان در کلاس B یا A نیازی نداشتند.
– محدودیت در انعطاف‌پذیری: سیستم Classful امکان تنظیم دقیق اندازه زیرشبکه‌ها را فراهم نمی‌کرد، و این محدودیت باعث می‌شد که شبکه‌ها نتوانند بر اساس نیاز خود زیرشبکه‌های کوچکتر و کارآمدتری ایجاد کنند.
آدرس‌دهی Classless (CIDR)
برای حل مشکلات سیستم Classful، روش CIDR (Classless Inter-Domain Routing) در دهه ۱۹۹۰ معرفی شد. این روش به جای استفاده از تقسیم‌بندی ثابت کلاس‌ها، امکان تقسیم‌بندی آدرس‌ها به صورت انعطاف‌پذیر و متناسب با نیاز شبکه را فراهم می‌کند. CIDR به مدیران شبکه اجازه می‌دهد که هر شبکه را به بخش‌های دلخواه و در اندازه‌های مختلف تقسیم کنند و بخش شبکه و میزبان را دقیق‌تر تعریف کنند.
در CIDR، از پیشوند (Prefix) برای مشخص کردن تعداد بیت‌های بخش شبکه استفاده می‌شود. برای مثال، 192.168.1.0/24 به این معنی است که 24 بیت اول آدرس برای بخش شبکه و بقیه برای بخش میزبان در نظر گرفته شده است.
مزایای آدرس‌دهی Classless:
– استفاده بهینه از فضای آدرس‌دهی: CIDR امکان استفاده بهینه‌تر از آدرس‌های IPv4 را فراهم می‌کند و از اتلاف آدرس‌ها جلوگیری می‌کند.
– انعطاف‌پذیری بیشتر: در سیستم Classless، مدیران شبکه می‌توانند بر اساس نیاز شبکه، اندازه زیرشبکه‌ها را تنظیم کنند و به این ترتیب از فضای آدرس‌دهی بهینه‌تری استفاده کنند.
– پشتیبانی از زیرشبکه‌های کوچک و بزرگ: CIDR امکان ایجاد زیرشبکه‌های بسیار کوچک و بسیار بزرگ را فراهم می‌کند، به این ترتیب شبکه‌ها می‌توانند با تغییر نیازها و رشد شبکه، به راحتی اندازه زیرشبکه‌های خود را تغییر دهند.
نحوه کارکرد CIDR
در CIDR، به جای کلاس‌بندی ثابت، از پیشوندها برای تعیین تعداد بیت‌های بخش شبکه و میزبان استفاده می‌شود. برای مثال، در آدرس 192.168.10.0/28، 28 بیت اول نشان‌دهنده بخش شبکه است و 4 بیت باقی‌مانده برای بخش میزبان استفاده می‌شود. به این ترتیب، می‌توان تعداد بیشتری زیرشبکه با اندازه‌های متفاوت ایجاد کرد.
نکته مهم در CIDR این است که نیازی به محدودیت‌های سیستم Classful نیست و این امکان فراهم می‌شود که به صورت دقیق‌تر و بهینه‌تر از آدرس‌های IP استفاده کنیم.
مقایسه Classful و Classless در عمل
برای درک بهتر تفاوت‌های این دو سیستم، یک مثال ساده را بررسی می‌کنیم. فرض کنید یک شرکت به 1000 آدرس IP برای شبکه خود نیاز دارد. در سیستم Classful، این شرکت باید یک آدرس کلاس B دریافت کند، که شامل 65,536 آدرس است؛ اما در CIDR، شرکت می‌تواند یک بخش کوچکتر از 1000 آدرس را از محدوده دلخواه دریافت کند، بدون این که آدرس‌های اضافی به هدر بروند.
این ویژگی به ویژه در دوره‌ای که آدرس‌های IPv4 در حال کاهش هستند، اهمیت بسیاری دارد و CIDR به عنوان یک راه‌حل کارآمد، به شبکه‌ها اجازه می‌دهد که فضای آدرس‌دهی را بر اساس نیاز خود استفاده کنند.
Subnetting در IPv4 با توضیحات و مثال‌های جامع
Subnetting یا تقسیم‌بندی زیرشبکه‌ها، تکنیکی است که به ما اجازه می‌دهد یک شبکه IP را به زیرشبکه‌های کوچکتر تقسیم کنیم. این تقسیم‌بندی از طریق تغییر در Subnet Mask انجام می‌شود و هدف اصلی آن بهبود مدیریت و کارایی شبکه است. با استفاده از Subnetting می‌توانیم آدرس‌های IP را به‌طور کارآمدتری استفاده کنیم، از ترافیک بیش‌ازحد در شبکه‌های بزرگ جلوگیری کنیم و امنیت را افزایش دهیم.
برای انجام Subnetting، ابتدا تعداد زیرشبکه‌های مورد نیاز و تعداد دستگاه‌های هر زیرشبکه را مشخص می‌کنیم و سپس با توجه به نیاز، بیت‌هایی را از بخش میزبان به بخش شبکه اضافه می‌کنیم تا Subnet Mask جدیدی به دست آوریم.
روش‌های اساسی در Subnetting
1. افزایش بیت‌های شبکه: با افزایش تعداد بیت‌های بخش شبکه، تعداد زیرشبکه‌ها بیشتر شده و اندازه هر زیرشبکه کوچکتر می‌شود.
2. محاسبه تعداد زیرشبکه‌ها: با استفاده از فرمول \( 2^n \)، که \( n \) تعداد بیت‌های اضافه شده به بخش شبکه است، می‌توان تعداد زیرشبکه‌ها را محاسبه کرد.
3. محاسبه تعداد دستگاه‌ها در هر زیرشبکه: تعداد دستگاه‌های هر زیرشبکه نیز با فرمول \( 2^h – 2 \) محاسبه می‌شود که \( h \) تعداد بیت‌های باقی‌مانده در بخش میزبان است.
مثال‌های Subnetting در هر کلاس آدرس
در ادامه، به مثال‌های عملی از Subnetting در کلاس‌های A، B و C می‌پردازیم.
Subnetting در کلاس C
فرض کنیم یک شبکه کلاس C با آدرس 192.168.1.0/24 داریم. در این حالت، Subnet Mask به‌صورت 255.255.255.0 است. شبکه‌های کلاس C دارای 24 بیت برای بخش شبکه و 8 بیت برای بخش میزبان هستند که 256 آدرس IP (از 192.168.1.0 تا 192.168.1.255) را فراهم می‌کنند.
مثال 1: تقسیم به دو زیرشبکه
اگر بخواهیم این شبکه را به دو زیرشبکه تقسیم کنیم:
- باید 1 بیت به بخش شبکه اضافه کنیم.
- Subnet Mask جدید /25 خواهد بود (یعنی 255.255.255.128).
- تعداد آدرس‌های هر زیرشبکه \( 2^7 – 2 = 126 \) است.
تقسیم‌بندی زیر:
– زیرشبکه اول: 192.168.1.0/25 (آدرس‌های 192.168.1.0 تا 192.168.1.127)
– زیرشبکه دوم: 192.168.1.128/25 (آدرس‌های 192.168.1.128 تا 192.168.1.255)
مثال 2: تقسیم به چهار زیرشبکه
برای تقسیم به چهار زیرشبکه:
1. 2 بیت به بخش شبکه اضافه می‌کنیم.
2. Subnet Mask جدید /26 خواهد بود (255.255.255.192).
3. هر زیرشبکه شامل \( 2^6 – 2 = 62 \) آدرس IP خواهد بود.
تقسیم‌بندی:
– زیرشبکه اول: 192.168.1.0/26 (آدرس‌های 192.168.1.0 تا 192.168.1.63)
– زیرشبکه دوم: 192.168.1.64/26 (آدرس‌های 192.168.1.64 تا 192.168.1.127)
– زیرشبکه سوم: 192.168.1.128/26 (آدرس‌های 192.168.1.128 تا 192.168.1.191)
– زیرشبکه چهارم: 192.168.1.192/26 (آدرس‌های 192.168.1.192 تا 192.168.1.255)
مثال 3: تقسیم به هشت زیرشبکه
1. با افزودن 3 بیت به بخش شبکه، Subnet Mask جدید /27 خواهد بود (255.255.255.224).
2. هر زیرشبکه شامل \( 2^5 – 2 = 30 \) آدرس خواهد بود.
تقسیم‌بندی:
– زیرشبکه اول: 192.168.1.0/27 (آدرس‌های 192.168.1.0 تا 192.168.1.31)
– زیرشبکه دوم: 192.168.1.32/27 (آدرس‌های 192.168.1.32 تا 192.168.1.63)
…
– زیرشبکه هشتم: 192.168.1.224/27 (آدرس‌های 192.168.1.224 تا 192.168.1.255)
Subnetting در کلاس B
فرض کنید شبکه‌ای با آدرس 172.16.0.0/16 داریم. در این حالت، Subnet Mask به‌صورت 255.255.0.0 است. کلاس B دارای 16 بیت برای بخش شبکه و 16 بیت برای بخش میزبان است.
مثال 1: تقسیم به چهار زیرشبکه
- با افزودن 2 بیت به بخش شبکه، Subnet Mask جدید /18 خواهد بود (255.255.192.0).
- هر زیرشبکه شامل \( 2^{14} – 2 = 16,382 \) آدرس خواهد بود.
تقسیم‌بندی:
– زیرشبکه اول: 172.16.0.0/18 (آدرس‌های 172.16.0.0 تا 172.16.63.255)
– زیرشبکه دوم: 172.16.64.0/18 (آدرس‌های 172.16.64.0 تا 172.16.127.255)
– زیرشبکه سوم: 172.16.128.0/18 (آدرس‌های 172.16.128.0 تا 172.16.191.255)
– زیرشبکه چهارم: 172.16.192.0/18 (آدرس‌های 172.16.192.0 تا 172.16.255.255)
مثال 2: تقسیم به هشت زیرشبکه
- با افزودن 3 بیت، Subnet Mask جدید /19 خواهد بود (255.255.224.0).
- هر زیرشبکه شامل \( 2^{13} – 2 = 8,190 \) آدرس خواهد بود.
تقسیم‌بندی:
– زیرشبکه اول: 172.16.0.0/19 (آدرس‌های 172.16.0.0 تا 172.16.31.255)
– زیرشبکه دوم: 172.16.32.0/19 (آدرس‌های 172.16.32.0 تا 172.16.63.255)
…
– زیرشبکه هشتم: 172.16.224.0/19 (آدرس‌های 172.16.224.0 تا 172.16.255.255)
مثال 3: تقسیم به شانزده زیرشبکه
- با افزودن 4 بیت به بخش شبکه، Subnet Mask جدید /20 خواهد بود (255.255.240.0).
- هر زیرشبکه شامل \( 2^{12} – 2 = 4,094 \) آدرس خواهد بود.
- —
Subnetting در کلاس A
فرض کنید شبکه‌ای با آدرس 10.0.0.0/8 داریم که متعلق به کلاس A است و Subnet Mask آن 255.0.0.0 است. کلاس A دارای 8 بیت برای بخش شبکه و 24 بیت برای بخش میزبان است.
مثال 1: تقسیم به چهار زیرشبکه
- با افزودن 2 بیت، Subnet Mask جدید /10 خواهد بود (255.192.0.0).
- هر زیرشبکه شامل \( 2^{22} – 2 = 4,194,302 \) آدرس خواهد بود.
تقسیم‌بندی:
– زیرشبکه اول: 10.0.0.0/10 (آدرس‌های 10.0.0.0 تا 10.63.255.255)
– زیرشبکه دوم: 10.64.0.0/10 (آدرس‌های 10.64.0.0 تا 10.127.255.255)
…
– زیرشبکه چهارم: 10.192.0.0/10 (آدرس‌های 10.192.0.0 تا 10.255.255.255)
مثال 2: تقسیم به شانزده زیرشبکه
- با افزودن 4 بیت، Subnet Mask جدید /12 خواهد بود (255.240.0.0).
- هر زیرشبکه شامل \( 2^{20} – 2 = 1,048,574 \) آدرس خواهد بود.
تقسیم‌بندی:
– زیرشبکه اول: 10.0.0.0/12 (آدرس‌های 10.0.0.0 تا 10.15.255.255)
– زیرشبکه دوم: 10.16.0.0/12 (آدرس‌های 10.16.0.0 تا 10.31.255.255)
…
– زیرشبکه شانزدهم: 10.240.0.0/12 (آدرس‌های 10.240.0.0 تا 10.255.255.255)
مثال 3: تقسیم به 256 زیرشبکه
- با افزودن 8 بیت به بخش شبکه، Subnet Mask جدید /16 خواهد بود (255.255.0.0).
- هر زیرشبکه شامل \( 2^{16} – 2 = 65,534 \) آدرس خواهد بود.
فرمول‌های مربوط به Subnetting
در اینجا فرمول‌های اصلی مربوط به Subnetting را برای محاسبه تعداد زیرشبکه‌ها، تعداد آدرس‌های هر زیرشبکه و تعداد بیت‌های مورد نیاز ارائه می‌دهم. این فرمول‌ها به شما کمک می‌کنند تا Subnetting را به صورت دقیق‌تر انجام دهید و آدرس‌دهی IP را بهینه‌تر مدیریت کنید.
1. فرمول محاسبه تعداد زیرشبکه‌ها
زمانی که بخشی از بیت‌های میزبان را به بیت‌های شبکه تبدیل می‌کنیم، تعداد زیرشبکه‌ها با فرمول زیر محاسبه می‌شود:
تعداد زیرشبکه‌ها = 2^n
در این فرمول: n تعداد بیت‌های اضافه شده به بخش شبکه است.
به عنوان مثال، اگر بخواهید 2 بیت از بخش میزبان را به بخش شبکه اضافه کنید، تعداد زیرشبکه‌های جدید برابر خواهد بود با: 2^2 = 4 زیرشبکه
2. فرمول محاسبه تعداد آدرس‌های هر زیرشبکه
برای محاسبه تعداد آدرس‌های موجود در هر زیرشبکه، از فرمول زیر استفاده می‌شود:
تعداد آدرس‌های هر زیرشبکه = 2^h
در این فرمول: h تعداد بیت‌های بخش میزبان پس از انجام Subnetting است.
این تعداد شامل آدرس شبکه و آدرس پخش (Broadcast) نیز می‌شود. اگر می‌خواهید فقط آدرس‌های قابل استفاده برای دستگاه‌ها را بدانید، باید 2 آدرس را از کل تعداد کم کنید:
تعداد آدرس‌های قابل استفاده در هر زیرشبکه = 2^h – 2
به عنوان مثال، اگر بخش میزبان پس از Subnetting شامل 6 بیت باشد، تعداد آدرس‌های هر زیرشبکه برابر خواهد بود با:
2^6 = 64 آدرس
و تعداد آدرس‌های قابل استفاده برابر است با: 64 – 2 = 62 آدرس
3. فرمول محاسبه تعداد بیت‌های مورد نیاز برای تعداد مشخصی زیرشبکه
اگر بخواهید تعداد مشخصی زیرشبکه ایجاد کنید، می‌توانید با استفاده از فرمول زیر تعداد بیت‌های مورد نیاز را محاسبه کنید:
n = log2(تعداد زیرشبکه‌ها)
در این فرمول: n تعداد بیت‌های مورد نیاز است.
– برای محاسبه دقیق، از تابع سقف (Ceiling) استفاده کنید که عدد را به بالا گرد می‌کند.
به عنوان مثال، اگر نیاز به 10 زیرشبکه داشته باشید، محاسبه به این صورت خواهد بود: n = log2(10) ≈ 3.32
با گرد کردن به بالا، به 4 بیت نیاز داریم.
4. فرمول محاسبه تعداد بیت‌های مورد نیاز برای تعداد مشخصی دستگاه در هر زیرشبکه
برای داشتن تعداد خاصی از دستگاه‌ها در هر زیرشبکه، از فرمول زیر استفاده می‌کنیم:
h = log2(تعداد دستگاه‌ها + 2)
در این فرمول: h تعداد بیت‌های مورد نیاز بخش میزبان است.
به عنوان مثال، اگر نیاز به 30 دستگاه در هر زیرشبکه داشته باشید: h = log2(30 + 2) ≈ 5
بنابراین به 5 بیت میزبان نیاز داریم.
5. فرمول محاسبه Subnet Mask
برای محاسبه Subnet Mask جدید پس از انجام Subnetting:
1. تعداد بیت‌های شبکه را بشمارید.
2. این بیت‌ها را به صورت 1 در Subnet Mask قرار دهید و بیت‌های باقی‌مانده را به 0 تغییر دهید.
برای مثال، اگر یک شبکه کلاس C با Subnet Mask /24 را به 4 زیرشبکه تقسیم کنیم، باید 2 بیت به بخش شبکه اضافه کنیم. Subnet Mask جدید /26 خواهد بود:
11111111.11111111.11111111.11000000 = 255.255.255.192
