اصول آدرس‌دهی IPv4: ساختار، کلاس‌ها، و ماسک زیرشبکه

ساختار یک آدرس IPv4

یک IPv4 Address (آدرس IPv4) یک عدد ۳۲ بیتی است، که به‌طور معمول به‌صورت چهار عدد دهدهی جدا‌شده با نقطه نوشته می‌شود (به نام Dotted-Decimal Notation)، با هر عدد که نشان‌دهنده یک گروه ۸ بیتی به نام Octet است.

مثال آدرس: 192.168.1.10

تجزیه باینری:
192       .168      .1        .10
11000000  .10101000 .00000001 .00001010

هر octet از 0 تا 255 بازه دارد،
چون 8 بیت می‌تواند 2^8 = 256 مقدار متمایز را نشان دهد

هر آدرس IPv4 از نظر منطقی به دو بخش تقسیم می‌شود: یک Network Portion (بخش شبکه)، که مشخص می‌کند دستگاه به کدام شبکه تعلق دارد، و یک Host Portion (بخش هاست)، که دستگاه خاص درون آن شبکه را مشخص می‌کند. اینکه دقیقاً این تقسیم کجا رخ می‌دهد توسط ماسک زیرشبکه، که در ادامه بحث می‌شود، تعیین می‌شود.

کلاس‌های آدرس تاریخی

آدرس‌دهی IPv4 در اصل از یک سیستم سخت‌گیرانه Classful استفاده می‌کرد، که فضای آدرس را به کلاس‌هایی با مرزهای شبکه/هاست ثابت تقسیم می‌کرد. در حالی که تا حد زیادی برای طراحی شبکه مدرن منسوخ شده، این طبقه‌بندی همچنان روی رفتارهای پیش‌فرض و اصطلاحاتی که در سراسر شبکه‌سازی امروزی استفاده می‌شوند تأثیر می‌گذارد.

کلاس A: 1.0.0.0   - 126.255.255.255  (ماسک پیش‌فرض /8)
کلاس B: 128.0.0.0 - 191.255.255.255  (ماسک پیش‌فرض /16)
کلاس C: 192.0.0.0 - 223.255.255.255  (ماسک پیش‌فرض /24)
کلاس D: 224.0.0.0 - 239.255.255.255  (مالتی‌کست، نه برای هاست‌ها)
کلاس E: 240.0.0.0 - 255.255.255.255  (رزرو‌شده، آزمایشی)

شبکه‌های مدرن تقریباً به‌طور جهانی به‌جای آن از آدرس‌دهی Classless استفاده می‌کنند، که بعداً در این مجموعه درباره VLSM و CIDR بحث می‌شود، که اجازه می‌دهد مرز شبکه/هاست هر جایی بیفتد به‌جای اینکه توسط کلاس ثابت شود — اما درک بازه‌های classful همچنان برای تشخیص رفتارهای پیش‌فرض در پیکربندی‌های قدیمی‌تر و پیش‌فرض‌های خاص پروتکل مفید باقی می‌ماند.

ماسک زیرشبکه: تعریف مرزهای شبکه و هاست

یک Subnet Mask (ماسک زیرشبکه) یک مقدار ۳۲ بیتی است که مشخص می‌کند کدام بیت‌های یک آدرس IP به بخش شبکه تعلق دارند (نمایانده‌شده با 1 های باینری) و کدام به بخش هاست تعلق دارند (نمایانده‌شده با 0 های باینری).

آدرس:         192.168.1.10
ماسک زیرشبکه: 255.255.255.0
ماسک باینری:  11111111.11111111.11111111.00000000

24 بیت اول (سه octet کامل) بیت‌های شبکه هستند،
8 بیت آخر بیت‌های هاست هستند

این معمولاً در نمادگذاری CIDR به‌صورت /24 نوشته می‌شود،
که نشان‌دهنده 24 بیت شبکه است

انجام یک AND بیتی بین یک آدرس و ماسک زیرشبکه‌اش Network Address (آدرس شبکه) را آشکار می‌کند — آدرسی که خود شبکه را نمایندگی می‌کند، نه هیچ هاست خاصی روی آن.

192.168.1.10   AND   255.255.255.0
= 192.168.1.0    (آدرس شبکه)

این یعنی دستگاه‌هایی با آدرس‌های 192.168.1.1
تا 192.168.1.254 همگی به همان
شبکه 192.168.1.0/24 تعلق دارند

آدرس‌های خاص درون هر زیرشبکه

درون هر زیرشبکه، دو آدرس رزرو شده‌اند و نمی‌توانند به یک دستگاه هاست اختصاص یابند.

برای شبکه 192.168.1.0/24:

آدرس شبکه:   192.168.1.0   (همه بیت‌های هاست = 0)
                    خود شبکه را شناسایی می‌کند

آدرس پخش:    192.168.1.255 (همه بیت‌های هاست = 1)
                    به هر دستگاه روی آن زیرشبکه می‌رسد

بازه هاست قابل‌استفاده: 192.168.1.1 - 192.168.1.254

ارسال یک بسته به آدرس پخش، آن را به‌طور هم‌زمان به هر دستگاه روی آن زیرشبکه محلی تحویل می‌دهد — مکانیزمی که توسط پروتکل‌هایی مانند ARP و DHCP استفاده می‌شود، که نیاز دارند به همه دستگاه‌ها برسند پیش از اینکه حتی یک آدرس یونی‌کست خاص شناخته شده باشد.

پیکربندی و تأیید آدرس‌دهی IP روی یک دستگاه سیسکو

Router(config)# interface gigabitethernet 0/0
Router(config-if)# ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
Router(config-if)# no shutdown

Router# show ip interface brief

Interface              IP-Address      Status    Protocol
GigabitEthernet0/0      192.168.1.1     up        up
GigabitEthernet0/1      unassigned      down      down

show ip interface brief یکی از پرکاربردترین دستورات تأیید در عملیات روزانه است، که یک خلاصه فوری از اینکه کدام اینترفیس‌ها آدرس اختصاص‌یافته دارند و آیا از نظر عملیاتی up هستند فراهم می‌کند — اولین دستوری که بیشتر مدیران هنگام بررسی وضعیت اتصال پایه یک دستگاه اجرا می‌کنند.

آدرس‌های خصوصی در مقابل عمومی

بازه‌های آدرس خاصی توسط استاندارد برای استفاده Private (خصوصی) درون شبکه‌های داخلی رزرو شده‌اند، که هرگز مستقیماً در سراسر اینترنت عمومی مسیریابی نمی‌شوند.

بازه‌های آدرس خصوصی (RFC 1918):
10.0.0.0        - 10.255.255.255    (10.0.0.0/8)
172.16.0.0      - 172.31.255.255    (172.16.0.0/12)
192.168.0.0     - 192.168.255.255   (192.168.0.0/16)

این بازه‌ها به‌طور گسترده درون خانه‌ها و سازمان‌ها استفاده می‌شوند به‌طور خاص چون تأمین جهانی محدود آدرس‌های IPv4 عمومی، استفاده‌مجدد از همان بازه‌های خصوصی در سراسر بی‌شمار شبکه جداگانه را ضروری کرد — یک دستگاه که از یک آدرس خصوصی استفاده می‌کند برای ارتباط با اینترنت عمومی به Network Address Translation، که بعداً در این مجموعه پوشش داده می‌شود، متکی است.

چرا اصول آدرس‌دهی IPv4 زیربنای هر چیزی است که ادامه دارد

هر محاسبه زیرشبکه‌بندی، پروتکل مسیریابی، و لیست کنترل دسترسی که بعداً در این مجموعه پوشش داده می‌شود مستقیماً روی ساختار آدرس شبکه و هاست معرفی‌شده در اینجا عمل می‌کند. تبدیل مسلطانه بین نمایش‌های دهدهی‌نقطه‌دار و باینری، و تشخیص فوری اینکه کدام آدرس‌ها به همان زیرشبکه تعلق دارند، یک مهارت پایه است که هر موضوع شبکه‌ای بعدی آن را به‌عنوان یک پیش‌نیاز فرض می‌کند.