آموزش شبکه و آدرس دهی در شبکه (IPv4 addressing)_بخش چهارم

در قسمت های اول ، دوم و سوم از مجموعه مقالات شبکه را آسان بیاموزیم به مواردی از جمله ساختار آدرس IP و هم چنین Subnet و کلاس های مختلف IPv4 اشاره کردیم، حال به ادامه بررسی آدرس دهی در شبکه با استفاده از IPv4 می پردازیم. در قسمت های آینده پس از معرفی کامل آدرس دهی IPv4 به آدرس دهی از نوع IPv6 خواهیم پرداخت.

علاوه بر تقسیم بندی کلاس های مختلف IPv4 یک دسته بندی دیگر نیز در استفاده از آدرس های IP وجود دارد که به آن اشاره می کنیم.

این تقسیم بندی در محل بکار گیری آدرس ها مطرح می باشد که همواره باید به آن ها توجه نمود. این که چه آدرسی در کجا مورد استفاده قرار می گیرد بر اساس این تعیین میگردد که آن آدرس از کدام بخش شبکه قابل دسترسی می باشد.

آدرس ها به دو قسمت عمومی و خصوصی تقسیم می گردند.

آدرس های عمومی آن هایی هستند که بصورت رسمی Register شده اند و در کل جهان به صورت یکتا می باشند و از طریق اینترنت قابل دسترس می باشند. در مقابل آدرس های خصوصی آن هایی می باشند که در یک محدوده مشخص قابل دسترس بوده و در شبکه های داخلی سازمان ها و مراکز مورد استفاده قرار می گیرند. این آدرس ها در مجموعه آدرس های Unregistered قرار می گیرند و در شبکه های مجزا می توان همانند آنها را استفاده نمود و از طریق اینترنت به صورت مستقیم قابل دسترس نمی باشند.

دلایل بسیاری در استفاده از آدرس های عمومی و خصوصی در یک سازمان وجود دارد و معمولا این دو نوع آدرس در سازمان ها مورد استفاده قرار می گیرند. آدرس های عمومی برای برقراری ارتباط با شبکه اینترنت مورد استفاده می باشد و آدرس های خصوصی برای داشتن شبکه هایی با تعداد و ظرفیت بالا از نظر تعداد آدرس و هم چنین عدم طی نمودن مراحل ثبت رسمی که برای آدرس های عمومی باید طی شود که تقریبا زیاد است. هم چنین حفظ نمودن ساختار داخلی از دسترسی از طریق شبکه های اینترنت و هم چنین جلوگیری از اتلاف وقت با توجه به تغییراتی که نقاط اتصال ممکن است داشته باشند و اگر در آن ها تغییری ایجاد شود دیگر نیازی به تغییرات در شبکه داخلی نمی باشد.

در این مورد RFC 1918  دو دسته تجهیزات که نیاز است از آدرس های خصوصی استفاده نمایند را تعیین نموده است:

یکی تجهیزاتی که نیاز به ارتباط مستقیم از طریق اینترنت به تجهیزات دیگر در آن سوی اینترنت نداشته باشند، دیگری که تجهیزاتی هستند که عملیات دسترسی به سرویس های بسیار مختصر در آن ها وجود دارد که توسط یک Gateway قابل حل می باشد.

برای این دو دسته آدرس هایی نیز معین گردیده است که نمی توانند در سطح شبکه اینترنت در عملیات روتینگ شرکت داده شوند و در شبکه های داخلی مختلف می توانند به صورت تکراری استفاده گردند.

در کلاس A آدرس Block = 10.0.0.0/8

در کلاس B آدرس Block = 172.16.0.0/12

در کلاس C آدرس  Block= 192.168.0.0/16

بنابراین در شبکه های ایده آل تجهیزاتی که در شبکه های داخلی می باشند باید از آدرس های خصوصی و در شبکه های عمومی آدرس های عمومی استفاده گردد. اما بیشترین نیاز در شبکه های داخلی می باشد که نیاز است ارتباط با اینترنت برقرار گردد و به این دلیل نیاز به ارتباط از طریق آدرس های عمومی است. استفاده از آدرس های عمومی برای همه تجهیزاتی که داخل شبکه های خصوصی وجود دارند مقدور نیست و این آدرس ها محدود هستند. بنابراین استفاده از مکانیزم های دیگری مورد نیاز است که معمول ترین آن استفاده از NAT که قابلیت تبدیل آدرس های خصوصی با آدرس عمومی را دارا می باشد و به عنوان اینترفیس بین آدرس های خصوصی و عمومی می باشد.

آدرس های خاص

در آدرس دهی صورت Classless و هم چنین Classful آدرس هایی وجود دارند که برای مصارفی خاص و یا به دلایل فنی رزرو شده اند و قابل استفاده در تجهیزات مختلف نمی باشند.

0.0.0.0

یکی از این آدرس های خاص آدرسی می باشد که تمامی بخش های آن را 0 تشکیل داده است و این آدرس قابل استفاده در شبکه نمی باشد و نه به عنوان Source و نه Destination نمی توان از آن استفاده نمود.

آدرس دیگر نوعی از آدرس می باشد که تمامی بخش های آن در حالت باینری از 1 تشکیل شده است و با تبدیل آن به دسیمال به صورت 255.255.255.255 می باشد که به عنوان Limited Broadcast شناخته می شود. و معنی آن آدرس تمامی تجهیزات موجود در آن شبکه می باشد.نکته قابل توجه در این آدرس این است که روترهای داخل یک شبکه اطلاعاتی را که با این آدرس بخواهند منتقل گردند را Drop می کنند.

همان طور که گفته شده آدرس Loopback در داخل تجهیزات جهت عملیات درونی آدرس ها مورد استفاده می باشد و این موضوع باعث می شود که این نوع ادرس نیز رزرو باشد و قابل ارائه در شبکه نباشد و خود تجهیزات به صورت پردازش داخلی خود از آن ها استفاده نمایند. به صورت 127.0.0.1

آدرس دیگر که با عنوان directed broadcast شناخته می شود آدرسی می باشد که در بخش Host آن تمامی بیت ها عدد 1 را دارا هستند و به عنوان آدرس Broadcast در همان بازه آدرس می باشند که قابل ارائه جهت استفاده معمولی در شبکه نمی باشد.

آدرس های Static  و  Dynamic

تنظیم آدرس ها از دو طریق امکان پذیر می باشد. بصورت دستی یا Static که تا زمانی که این آدرس بر روی آن اینترفیس تنظیم شده باشد به همان صورت باقی می ماند و باید به صورت دستی تغییر در آن ایجاد کنیم. روش دیگر که به صورت آدرس دهی اتوماتیک می باشد یا استفاده از DHCP به این شکل است که با هربار اتصال کامپیوتر یا تجهیزات دیگر به شبکه ممکن است یک آدرس متفاوت به آن ارائه گردد. البته در عمل معمولا با هربار وصل شدن یک دستگاه همان آدرس به آن اختصاص داده می شود. استفاده از DHCP این امکان را فراهم می آورد که با استفاده از یک بازه آدرس تعداد زیادی از تجهیزات را سرویس دهیم و تنظیمات مربوط به آدرس به راحتی و بدون نیاز به تنظیمات دستی انجام گیرد.

در شبکه های بزرگ معمولا طراحی به این صورت می باشد که آدرس اختصاص داده شده توسط DHCP به یک دستگاه با برگشت دوباره آن دستگاه مجددا به آن دستگاه ارائه گردد مگر آن که محدودیت زیادی به نسبت تعداد آدرس ها و دستگاه های موجود وجود داشته باشد. در شبکه های خانگی استفاده از DHCP محدود به دو دسته می باشد. استفاده در ارتباط با اینترنت به صورت Dialup که سرویس دهنده معمولا آدرس ارائه شده به کاربران را با یک بازه زمانی مشخص تغییر می دهد و هم چنین زمانی که کاربر استفاده خود را به پایان رسانید و ارتباط وی قطع شد آدرس به منبع آدرس بازگردانده شده و با ارتباط کاربر دیگر به او اختصاص داده خواهد شد. هم چنین در کاربران DSL و ISDN این مورد وجود دارد با بازه زمانی بیشتر مگر آن که آن کاربر درخواست داشتن آدرس ثابت داشته باشد.

در مورد اینکه آدرس ها بصورت ثابت ارائه گردند و یا به صورت موقت مزایا و معایبی وجود دارد. مزایای استفاده از آدرس ها به صورت ثابت به این شکل می باشد که با اختصاص یک آدرس ثابت به یک کاربر خاص در هر بار اتصال و استفاده از سرویس مواردی هم چون مدیریت دسترسی، شناسایی و همچنین موارد مربوط به صورتحساب با سهولت بالاتری انجام می گیرد. اما از معایب آن می توان به عدم امکان استفاده از آن آدرس برای کاربر دیگر و هم چنین کمبود آدرس اشاره کرد.

همان طور که گفته شد یکی از نگرانی ها در اختصاص آدرس به صورت ثابت به کاربر کمبود آدرس می باشد. البته زمانی که آدرس دهی IPv6 معرفی گردید با توجه به اینکه این مورد حل شد اما باز هم این مورد جهت مدیریت بهتر آدرس ها همواره بحث بوده و باز هم نظرات متفاوتی در این زمینه وجود دارد. همان طور که گفته شد استفاده از آدرس ثابت مزایای بسیاری دارد که در مدیریت مصرف و نگهداری شبکه مشتریان بسیار مفید می باشد و در تمام فعالیت ها و سرویس های مورد استفاده مشتریان می تواند همان آدرس ثابت مورد استفاده قرار گیرد. اما همان اشکال نیز وجود دارد.

اگر می خواهید بدانید که بدترین کابوس یک مسئول و مدیر شبکه چه می باشد؟ باید بدانید که تغییر دادن آدرس ها و معماری آدرس دهی در یک شبکه به عنوان یکی از مسائل پیچیده و خسته کننده همواره یکی از مسائل و نگرانی های آن ها بوده است. تغییر دادن آدرس تجهیزات به صورت دستی و وارد نمودن تنظیمات جدید بر روی آن ها با هربار نیاز با توجه به تعداد تجهیزات موجود در یک سازمان واقعا امری خسته کننده می باشد.

دلایل بسیاری برای انجام تغییرات بر روی آدرس های موجود در یک شبکه می باشد که مدیران شبکه را مجبور به تغییر آدرس ها و وارد نمودن آدرس ها و تنظیمات جدید می کند:

تغییر توپولوژی اتصال شبکه به شبکه بیرونی سازمان، مانند زمانی که مجبور به تغییر اتصال به سرویس دهنده اینترنت شده و ارتباط با سرویس دهنده عوض شود.

بزرگ شدن و وسعت شبکه و اتصال با شبکه های بیشتر داخل یک سازمان و امکان تداخل و تکرار آدرس در هر کدام از این شبکه ها نیز می تواند عاملی برای طراحی مجدد آدرس دهی و هم چنین انجام تمام آن تغییرات خواهد بود.

ادغام دو شرکت با یک دیگر و نیاز به ارتباط داخلی این دو سازمان با توجه به استفاده هر دو آن ها از آدرس های خصوصی در کلاس یکسان. شبکه هایی که تا به الان به عنوان شبکه های خصوصی بدون ارتباط با اینترنت بوده اند و نیاز می باشد که تجهیزات خاصی مانند سرورهای آن از سطح اینترنت قابل دسترس باشند.

انجام تغییرات آدرس ها بر روی شبکه با پیچیدگی های خاص خود همراه می باشد و ممکن است بعضی از آدرس ها به صورت اتوماتیک و برخی به صورت دستی تنظیم شده باشند و ممکن است برخی از تجهیزات با کاربری خاص نیاز به تنظیمات بصورت دستی داشته باشند تجهیزاتی مانند DHCP Server و سرورهای دیگر مانند HTTP,FTP,Mail سرورها هم چنین روترها و یا فایروال ها و سرورهای DNS و تمام این موارد نشان می دهد که مسئله تغییر آدرس در یک شبکه با چه پیچیدگی هایی همراه می باشد.

در بسیاری از مواقع تغییر آدرس قدیمی به آدرس جدید می تواند باعث آغاز عملکرد آن تجهیزات شده و بدون مشکل بتوانند به کار ادامه دهند اما در بسیاری از مواقع آدرس های قدیمی بصورت Cache شده بر روی تجهیزات باقی می ماند مانند DNS و ARP و موارد دیگر cache که تجهیزات نیاز به گذشت یک بازه زمانی تقریبا طولانی دارند تا این تنظیمات از روی Cache آنها پاک شود و با تنظیمات جدید به کار ادامه دهند در این موارد نیاز به Reboot نمودن این تجهیزات می باشد و این عملیات زمان بر می باشد. بنابر این مشاهده می نمائید که تنها با تغییر آدرس ها عملیات قدیمی به عملیات جدید تبدیل نمی شود و نیاز به بسیاری از تغییرات فرعی نیز مورد نیاز می باشد و انتقال از شبکه قدیمی به شبکه جدید و ارائه سرویس بر روی آن معمولا با زمان زیادی همراه خواهد بود.

NAT

یکی از راه کارهایی که بسیار مورد استفاده می باشد NAT می باشد این تکنیک که در RFC1631 مطرح گردیده است به عنوان راهکار موقتی رفع مشکلات کمبود آدرس و ارتباطات مربوطه می باشد و طی سال های گذشته بسیار مورد استفاده بوده است اما همان گونه که گفته شد به عنوان راه کار موقت تا انجام طراحی درست مورد استفاده قرار می گیرد و این تکنیک در مصرف آدرس های عمومی بر روی اینترنت اثر بسیار خوبی داشته است و با استفاده از آن تعداد کمتری آدرس عمومی مورد استفاده قرار می گیرد و با استفاده از تعداد محدودی آدرس می توان آدرس های خصوصی را به اینترنت متصل نمود. در استفاده از NAT می توان گفت که بسیاری از مشکلات مربوط به امنیت شبکه ها و هم چنین موارد کنترلی استفاده از آدرس های عمومی و خصوصی با این تکنیک کمی سهل تر شده است.

در بخش های بعد در مورد تکنیک های Subnetting و هم چنین IPv6 صحبت خواهیم نمود.