به نام خدا

1. به نام خدا 2شبكه هاي كامپيوتري زهره زرین قلمی Email: Zarringhalami_z@yahoo.com

2. فصل پنجم: لایه شبکه

3. آدرس دهی در لایه شبکه لایه پیوند داده ها وظیفه انتقال داده ما بین دو کامپیوتر در یک شبکه را بر عهده دارد و لایه شبکه مسئول مسیر یابی و انتقال داده ما بین دو کامپیوتر در مجموعه ای از شبکه های به هم متصل است. پروتکل هایی که لایه شبکه ندارند مانند پروتکل های لایه پیوند داده نظیر اترنت و توکن رینگ و ... فقط در یک شبکه محلی و داخلی قابل استفاده هستند و معمولا برای شناسایی کامپیوتر های درون یک شبکه از آدرس MAC (آدرس فیزیکی منحصر به فرد کارت شبکه) استفاده می کنند مشکل این نوع آدرس دهی این است که اگر اندازه شبکه بزرگ و تعداد کامپیوترها بسیار زیاد شود مدیریت آن نیز بسیار پیچیده و در بعضی مواقع غیر ممکن می شود.

4. آدرس دهی در لایه شبکه پروتکل هایی که لایه شبکه دارند از یک آدرس منطقی منحصر به فرد و جهانی به نام آدرسIP به جای آدرس MAC استفاده می کنند. به صورت نرم افزاری می توان برای هر کامپیوتر یا مسیر یاب یک آدرس IP تعریف نمود. آدرس MAC به صورت مسطح است(Flat) که یافتن یک کامپیوتر را درون یک شبکه بزرگ بسیار مشکل می کند. آدرس MAC را می توان مانند نام و نام خانوادگی برای یک شخص در نظر گرفت آدرس های IP به صورت سلسله مراتبی (Hierarchical) هستند که یافتن آن ها را در شبکه بسیار ساده می کند بنابراین عمل مسیر یابی و هدایت صحیح داده در شبکه از مبدا به مقصد با توجه به آدرس سلسله مراتبی ساده نیز می شود. سیستم شماره گذاری تلفن مثالی از یک آدرس سلسله مراتبی است.

5. آدرس دهی در لایه شبکه هر شماره تلفن دوازده رقمی شامل شماره کشور مثلا کد 98 ایران است که ابتدا بایستی شماره گیری شود(اولین پرش) سپس شماره شهر مثلا کد 711 کد شهر شیراز (پرش دوم) و آخرین شماره، شماره محلی مقصد در شیراز است که عددی هفت رقمی است (پرش سوم) پس با شماره تلفن به راحتی می توان آدرس و محل یک شخص را تعیین کرد. اگر شخص محل خود را تغییر دهد نام و نام خانوادگی او ثابت باقی می ماند(همانند آدرس MAC کارت شبکه که به یک شبکه دیگر انتقال می یابد) ولی شماره تلفن او تغییر می کند(همانند آدرس IP کامپیوتر که در یک شبکه دیگر مقدار دیگری می گیرد). در ادامه آدرس های IP یا آدرس های اینترنت بررسی می شوند.

6. آدرس IP آدرس IP یک عدد 32 بیتی منحصر به فرد و جهانی است که به هر کامپیوتر یا مسیریاب متصل به اینترنت نسبت داده می شود. برای این که نوشتن، خواندن و یا به خاطر سپردن یک عدد 32 بیتی باینری مشکل است، آن را به صورت یک عدد دسیمال نقطه گذاری شده (Dotted Decimal) نشان می دهند. در این روش نمادگذاری هر عدد باینری 32 بیتی به 4 بایت 8 بیتی مجزا تقسیم شده که توسط نقطه از یکدیگر جدا می شوند و هر بایت توسط یک عدد دسیمال(صفر تا 255) نمایش داده می شود.

7. آدرس IP نکته اول : آدرس IP یک عدد 32 بیتی (4 عدد 8 بیتی ) است هر بیت فقط مقادیر صفر و یک می تواند داشته باشد تبدیل یک آدرس 8 بیتی به عدد دسیمال بسیار ساده است. به طوری که ارزش دسیمال بیت ها از سمت راست به چپ و مطابق شکل به ترتیب برابر است با 1 (20),2(21),4(22) ,8(23) ,...,64(26) ,128(27).

8. آدرس IP بنابراین برای تبدیل یک عدد باینری به دسیمال کافی است عدد دسیمال محل هایی که فقط بیت یک دارند با یکدیگر جمع شوند به طوری که برای سمت چپ ترین عدد شکل فوق فقط دو بیت ششم و هفتم معادل 26 و 27 آن یک است. پس معادل دسیمال آن برابر با 192=64+128 می شود به همین ترتیب معادل دسیمال عدد دوم در سمت چپ به علت این که بیت های صفرم (20) و دوم آن (22) برابر با یک است برابر با 5=1+4 می شود.

9. آدرس IP نکته دوم : تبدیل یک عدد دسیمال به یک عدد 8 بیتی نیز بسیار ساده است کافی است که عدد دسیمال را به ترتیب و در صورت امکان از توان های عدد 2 یعنی 128، 64 و 32 و ... و 2 و 1 کم نمود مثال زیر مراحل تبدیل عدد دسیمال 173 به عدد باینری را نشان می دهد. مرحله 1: ابتدا عدد دسیمال 173 با 128 مقایسه شده و اگر عدد دسیمال بزرگتر یا مساوی با 128 باشد عدد 128 از آن کم می شود و گرنه هیچ عملی انجام نمی شود. آیا 128 ≤ 173 پاسخ:بله، پس 45=128-173 مرحله 2: نتیجه مرحله 1 یعنی 45 با عدد 64 مقایسه شده و اگر بزرگتر یا مساوی با 64 باشد عدد 64 از آن کم می شود و گرنه هیچ عملی انجام نمی شود. آیا 64 ≤ 45 پاسخ:خیر، پس 45

10. آدرس IP مرحله 3: نتیجه مرحله 2 یعنی 45 با عدد 32 مقایسه می شود و عملیات لازم انجام می شود آیا 32 ≤ 45 پاسخ: بله ، پس 13=32-45 مرحله 4 تا 8 :نتایج هر مرحله با توان های کمتر 2 مقایسه شده و عملیات زیر انجام می شود. آیا 16 ≤ 13 پاسخ: خیر ، پس 16 آیا 8 ≤ 13 پاسخ: بله ، پس 5=8-13 آیا 4 ≤ 5 پاسخ: بله ، پس 1=4-5 آیا 2 ≤ 1 پاسخ: خیر ، پس 1 آیا 1 ≤ 1 پاسخ: بله ، پس 0=1-1 مرحله 9: در این قسمت کافی است از مرحله 1 تا 8 به جای پاسخ های بله عدد 1 و به جای پاسخ های خیر عدد صفر قرار داده شود تا معادل باینری عدد دسیمال اولیه به دست آید یعنی 10101101

11. کلاس های آدرس IP آدرس های IP به پنج کلاس مختلف A، B، C، D، E تقسیم می شوند با استفاده از نمایش باینری چندین بیت ابتدای آدرس های IP یعنی پر ارزش ترین بیت ها برای تمایز کلاس های مختلف به کار می روند. نمایش کلاس های مختلف آدرس IP است.

12. کلاس های آدرس IP برای اینکه مشخص شود هر دستگاه متصل به شبکه متعلق به کدام کلاس است عدد دسیمال اول نشان دهنده کلاس یک آدرس است و هر کلاس نیز در محدوده اعداد خاصی به صورت شکل زیر قرار می گیرد.

13. کلاس های آدرس IP کلاس های D برای پخش گروهی استفاده می شوند و به همراه کلاس هاس Eرزرو شده اند و در شبکه جهانی اینترنت از آن ها استفاده نمی شود. کلاس های آدرس A، B، C دارای دو قسمت شماره شبکه (Network ID)و شماره میزبان (Host ID)هستند. قسمت شماره شبکه برای مشخص کردن شبکه ای است که دستگاه (کامپیوتر یا مسیریاب) به آن متصل است و قسمت شماره میزبان نیز شماره آن دستگاه متصل به شبکه است.

14. کلاس های آدرس IP مقایسه ای از کلیه کلاس ها به صورت کامل در جدول زیر آمده است. کلاس A دارای شماره شبکه یک بایتی و شماره میزبان سه بایتی است. کلاس B دارای شماره شبکه و شماره میزبان دو بایتی است و کلاس C نیز دارای شماره شبکه سه بایتی و شماره میزبان یک بایتی است.

15. کلاس های آدرس IP • به طور مثال 27 یا 128 شبکه کلاس A وجود دارد. • زیرا بایت اول نشان دهنده شماره شبکه است که همواره پرارزش ترین بیت آن صفر است و هفت بیت دیگر می تواند تغییر کند و شماره شبکه های مختلف ایجاد نماید. • البته شبکه هایی با آدرس 127.x.y.zو0.x.y.z رزرو شده اند در اینترنت استفاده نمی شوند ( x و yو z اعداد دسیمال ما بین صفر تا 255 هستند). • از طرف دیگر برای شماره میزبان 24 بیت باقی می ماند که در هر شبکه کلاس A می توان 2-224 میزبان تعریف نمود • زیرا در تمامی کلاس های آدرس IP همواره دو آدرس از تعداد میزبان ها کم می شود به طوری که x.y.z.0به عنوان آدرس خود شبکه و آدرس x.y.z.255 به عنوان آدرس پخش همگانی در شبکه استفاده می شود.

16. مقایسه کلی کلاس های مختلف آدرس IP

17. کلاس های آدرس IP همچنین آدرس های IP زیر توسط شبکه های محلی و برای استفاده داخلی کاربرد دارند. این آدرس ها هیچگاه برای کامپیوتر های درون اینترنت استفاده نمی شوند. این آدرس ها از کلاس های A، B، C و به صورت زیر هستند: 1- آدرس های 10.255.255.255تا 10.0.0.0برای کلاس A 2- آدرس های 172.31.255.255تا 172.16.0.0برای کلاس B 3- آدرس های 192.168.255.255تا 192.168.0.0برای کلاس C

18. زیر شبکه سازی (Subnet working) زیر شبکه سازی روشی برای تقسیم کلاس های آدرس A، Bیا C به شبکه های کوچک تر است. دلایل زیر شبکه سازی عبارتند از: 1- شرکتی با 100 ایستگاه کاری نیاز به 100 آدرس IP دارد. اگر این شرکت یک کلاس C را در اختیار بگیرد254 آدرس IP برای 254 ایستگاه به دست می آورد که تعدادی از آن ها استفاده نمی شود. این امر بخصوص برای کلاس های A وB با تعداد آدرس های IP زیاد، نمود بیشتری دارد. بنابراین باید به طریقی فقط همان تعداد مورد نظر آدرس به شرکت داده شود. 2- اگر ایستگاه های کاری این شرکت در چندین شهر مختلف پراکنده باشند چگونه آدرس های IP به آن ها تخصیص یابد.

19. زیر شبکه سازی (Subnet working) 3- اگر تمامی 100 ایستگاه کاری در یک شبکه مثلا شبکه10BaseT با کانال پخش همگانی قرار داشته باشند آن گاه تعداد برخوردها افزایش یافته و کارایی کاهش می یابد. در حالی که با زیر شبکه سازی و تقسیم یک شبکه بزرگ به سه یا چهار شبکه کوچک تر با تعداد 20 تا 30 ایستگاه کاری برخوردها کاهش و کارایی افزایش می یابد. 4-با تقسیم یک شبکه به چندین زیر شبکه ترافیک محلی زیر شبکه ها منتقل نمی شود و امنیت افزایش می یابد.

20. زیر شبکه سازی (Subnet working) عمل زیر شبکه سازی بر عهده مدیر شبکه است و بایستی به درستی و با دقت انجام پذیرد. برای انجام زیر شبکه سازی می توان شماره میزبان کلاس آدرس IP را به دوقسمت مجزای شماره زیر شبکه (Subnet ID) و شماره میزبان( (Host ID تقسیم نمود. به طور مثال کلاس Bدارای 2 بایت شماره شبکه و 2 بایت شماره میزبان است که می توان 2 بایت شماره میزبان را مطابق شکل زیر به قسمت های زیر شبکه(یک بایت) و شماره میزبان (یک بایت ) تقسیم نمود.

21. ماسک زیر شبکه (Subnet Mask) ماسک زیر شبکه یک الگوی 32 بیتی از صفرها و یک ها است که برای تفکیک قسمت زیر شبکه از قسمت شماره میزبان در یک کلاس آدرسIP به کار می رود. تمامی ایستگاه های درون اینترنت علاوه بر داشتن آدرسIP بایستی دارای ماسک زیر شبکه نیز باشند در صورتی که این ماسک برای ایستگاهی تعریف نشده باشد، این ماسک به صورت پیش فرض و با توجه به کلاس آدرس IPو مطابق جدول زیر انتخاب می شود.

22. ماسک زیر شبکه (Subnet Mask) همواره بیت های یک ماسک زیر شبکه در سمت چپ و بیت های صفر آن در سمت راست قرار می گیرند. اکنون فرض کنید کامپیوتری با یک آدرسIP مبدا می خواهد بسته اطلاعاتی را برای کامپیوتر دیگر با آدرس IPمقصد ارسال نماید. چگونه مشخص می شود که این دو کامپیوتر هر دو در یک شبکه قرار دارند و یا بر اساس زیر شبکه سازی در دو شبکه مختلف قرار گرفته اند؟ جواب بستگی به ماسک زیر شبکه کامپیوتر مبدا دارد.

23. ماسک زیر شبکه (Subnet Mask) با دو مثال مفهوم فوق بیان می شود. مثال 1: کامپیوتری با آدرس 197.59.66.200و ماسک زیر شبکه پیش فرض255.255.255.0 می خواهد بسته ای را برای کامپیوتر مقصد با آدرس197.59.66.17 ارسال نماید. کامپیوتر مبدا بایستی ابتدا آدرس IPخود و مقصد را تجزیه و تحلیل نماید به طوری که ابتدا ماسک زیر شبکه را با آدرس IPخود به صورت بیتی AND می نماید و سپس ماسک زیر شبکه را با آدرس IPمقصد نیز AND بیتی می نماید(در حقیقت شماره میزبان خود و مقصد را صفر می کند) و سپس نتایج حاصل را مقایسه می کند اگر هردو یکسان باشد یعنی هر دو کامپیوتر در یک شبکه قرار دارند و گرنه دو کامپیوتر در دو شبکه مختلف قرار گرفته اند.

24. ماسک زیر شبکه (Subnet Mask) بنابراین ابتدا برای آدرس مبدا داریم: بنابراین با توجه به این که نتایج حاصل یکسان است پس هر دو در یک شبکه قرار دارند.

25. ماسک زیر شبکه (Subnet Mask) مثال 2: کامپیوتری با آدرس 197.59.66.200و ماسک زیر شبکه غیر پیش فرض 255.255.255.240 می خواهد بسته ای را برای کامپیوتر مقصد با آدرس197.59.66.13 ارسال نماید ابتدا آدرس IPخود را با زیر شبکه به صورت زیر AND می نماید: با توجه به این که نتایج حاصل یکسان نیست پس درکامپیوتردر دو شبکه مختلف قرار دارند و بایستی کامپیوتر مبدا بسته اطلاعاتی را برای مسیریاب پیش فرض ارسال نماید.

26. فوق شبکه سازی فوق شبکه سازی عکس زیر شبکه سازی است. در زیر شبکه سازی از بیت های شماره میزبان برای تقسیم به چندین زیر شبکه، قرض گرفته می شود اما در فوق شبکه سازی از بیت های شماره شبکه چندین شبکه، برای ایجاد یک شبکه بزرگتر قرض گرفته و استفاده می شود.