1. دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه شاهد
شبکه هاي کامپيوتري
فصل ششم:
آدرس دهی IP
وحید حقیقت دوست
دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه شاهد

2. مقدمه آدرس دهی IP
آدرس IP: شناسه 32 بیتی برای میزبانها، اینترفیس روترها میباشد
روترها معمولاً دارای چندین اینترفیس میباشند
میزبانها نیز ممکن است دارای چندین اینترفیس باشند.
به هر اینترفیس یک آدرس IP اختصاص می یابد. =
223 1 1 1

3. IP Addressing بخشهای آدرس IP یک شبکه چیست؟
بخش مربوط به شبکه (بیت های با ارزش آدرس)
بخش مربوط به میزبان (بیتهای کم ارزش آدرس)
یک شبکه چیست؟
اینترفیس هایی که دارای بخش شبکه یکسان در آدرس IP خود هستند
کامپیوترهای یک شبکه میتوانند بدون واسطه (روتر) به یکدیگر دسترسی داشته باشند.
LAN
شبکه ای متشکل از سه شبکه IP

4. انتقال یک دیتاگرام از مبدا به مقصد
Dest. Net. Next Router Nhops
جدول مسیر یابی درA
دیتا گرام IP
other
fields
source
IP addr
dest
data A E B
دیتاگرام در طول سفرش از مبدا تا مقصد بودن تغییر باقی میماند
آدرس مبدا و مقصد درون بسته قرار میگیرند

5. Getting a datagram from source to dest.
other
fields
data
Dest. Net. Next Router Nhops
یک بسته که از A آغاز و برای B ارسال میشود را درنظر بگیرید:
به آدرس شبکه B در جدول مسیریابی خود نگاه میکند.
به این نتیجه میرسد که B در همان شبکه A قرار دارد
لایه پیوند داده بطور مستقیم بسته را برای B ارسال میکند E A B

6. Getting a datagram from source to dest.
other
fields
data
Dest. Net. Next Router Nhops
یک بسته که از A آغاز و برای E ارسال میشود را درنظر بگیرید:
به آدرس شبکه E در جدول مسیریابی خود نگاه میکند.
به این نتیجه میرسد که E در شبکه دیگری قرار دارد
A و E بطور مستقیم به هم وصل نیستند
جدول مسیر یابی: جهش بعدی برای E، میباشد.
لایه پیوند داده قابی را به روتر ارسال میکند
دیتاگرام از وارد روتر میشود
و به سمت مقصد حرکت میکند ... A B E

7. Getting a datagram from source to dest.
جدول مسیر یابی در روتر
Dest. Net Router Nhops Interface
other
fields
data
بسته از وارد روتر شده و مقصدش میباشد
به آدرس شبکه مقصد بسته (E) نگاه میکند.
E روی اینترفیسی از روتر قرار دارد که آدرس آن است
E بطور مستقیم به روتر متصل است
لایه پیوند قابی را که مقصد آن ایجاد و از اینترفیسی که آدرس آن است برایش ارسال میکند
دیتاگرام به وارد میشود. A E B

8. آدرس دهی IP: تمام کلاس ( Class-full)
format
range to A
شبکه 1 بایت
میزبان 3 بایت
N.H.H.H to B 10
شبکه 2 بایت
میزبان 2 بایت
N.N.H.H to C
110
شبکه 3 بایت
میزبان 1 بایت
N.N.N.H to D
1110
آدرس چندپخشی to E
1111
آدرس رزور شده
32 bits

9. جمع بندی تقسیم بندی class full

10. آدرس خصوصی (Private addresses)
برخی از آدرسها برای استفاده در شبکه های محلی تعریف شده اند. لذا این آدرسها در اینترنت اعتبار ندارند. این آدرسها در اینترنت route نمیشوند.
روترهای اینترنت بسته هایی با این مقصدها را هدایت نمی کنند
10.x.x.x —» to (a single class A net)
Ex:
172.(16-31).x.x —» to (16 class B)
Ex:
x.x —» to (255 class C)
Ex:

11. آدرسهای IP خاص 0.0.0.0 : آدرس فرستنده درست پس از Boot شدن
برخی آدرسها در کلاسها برای کاربردهای خاص رزرو شده اند:
: آدرس فرستنده درست پس از Boot شدن
: معادل همه پخشی (broadcast ) در شبکه فرستنده
NetworkID : پس از آدرس شبکه چنانچه آدرس میزبان معادل با آدرسی باشد که تمام بیتهای آدرس میزبان برابر 1 باشد به معنی آدرس همه پخشی در شبکه مقصد است
NetworkID : پس از آدرس شبکه چنانچه آدرس میزبان معادل با صفر باشد نشان دهنده آدرس شبکه است.
127.x.x.x به معنی آدرس حلقه بازگشتی (loopback) یعنی همان آدرس فرستنده است.

12. مثال 1
با فرض استفاده از تکنیک class full، کلاس هر یک از آدرسهای زیر را پیدا کنید:
172  Class B
194  Class C
15  Class A
192  Class C
10  Class A

13. مثال 2
با فرض استفاده از تکنیک class full، کدام ماشین های زیر با توجه به آدرسهای اختصاص یافته میتوانند در یک شبکه باشند: A) B) C) D) E) F) G) H) I)
A) Class B  NetID:
B) Class C  NetID:
C) Class A  NetID:
D) Class A  NetID:
E) Class C  NetID:
F) Class B  NetID:
G) Class A  NetID:
H) Class C  NetID:
I) Class A  NetID:
Network 1: A , F
Network 2: B
Network 3: C , G
Network 4: D , I
Network 5: E
Network 6: H

14. تغییر در فرایند آدرسها
در سال 1991 سارمان IAB سه تحدید را در خصوص آدرسها ارائه نمود
به انتها رسیدن آدرسهای کلاس B
افزایش تعداد شبکه ها منجر به بزرگ شدن جداول مسیریابی شد
افزایش تعداد شبکه ها و میزبانها با فضای آدرس 32 بیتی دیگر تطبیقی ندارد
چهار استراتژی برای آدرس دهی
Creative address space allocation {RFC 2050}
Private addresses {RFC 1918}, Network Address Translation (NAT) {RFC 1631}
Classless Inter-Domain Routing (CIDR) {RFC 1519}
IP version 6 (IPv6) {RFC 1883}

15. اختصاص IP مدبرانه (Creative address space allocation )
آدرسهای کلاس B تنها برای نیازهای تایید شده قابل واگذاری هستند
آدرسهای کلاس C
به 8 بلوک برای ناحیه های مختلف تقسیم میشوند
سه مرکز ثبت نام و اختصاص IP برای تایید افراد و اختصاصIP تعریف شدند:
APNIC – Asia & Pacific
ARIN – N. & S. America, Caribbean & sub-Saharan Africa
RIPE – Europe and surrounding areas
Class B addresses require demonstrated need: subnetting plan for > 32 subnets, > 4096 hosts
Multiregional
Europe
Others
N. America
Central/South America
Pacific Rim
Reserved
APNIC=Asia pacific Network Information Center
ARIN = American Registry for Internet Numbers
RIPE NCC = Reseau IP Europeens

16. NAT: Network Address Translation-1
ایده: شبکه های محلی برای اتصال به جهان بیرون تنها از یک IP استفاده میکنند.
نیازی به اختصاص بازه ای از آدرسها از طرف ISP وجود ندراد. تنها یک آدرس IP برای تمامی دستگاه ها استفاده می شود.
میتوان آدرس دستگاه های داخلی را تغیی داد بدون اینکه به جهان بیرون اطلاع داد
میتوان ISP را تغییر داد بدون اینکه آدرس دستگاه های داخلی را تغییر داد
دستگاه های داخلی نمیتوانند بطور منحصر بفرد آدرس دهی شوند و از جهان خارج دیده شوند (معیار مثبت از نظر امنیت)

17. شبکه IP خصوصی
شبکه IP خصوصی، شبکه ای است که بطور مستقیم به اینترنت متصل نمیباشد
آدرسهای IP در شبکه خصوصی میتوانند دلبخواهی اختصاص یابند
نیازی به ثبت و تضمین منحصر بفرد بودن آن نیست
بطور عمومی، شبکه های خصوصی از آدرسهای خصوصی که پیش از این معرفی شده بوند و به آدرسهای غیر قابل مسیردهی در اینترنت (non-routable addresses) شهرت دارند استفاده میکنند: – – –

18. NAT: Network Address Translation-2
دیتاگرامهای خروجی: جایگزین نمودن (source IP address, port #) مربوط به تمامی بسته های خروجی با (NAT IP address, new port #)
کلاینت و سروهای مخاطب با (NAT IP address, new port #) تعامل میکنند.
ثبت نگاشتها در جدول ترجمه NAT (NAT translation table): هر نگاشت صورت گرفته از (source IP address, port #) به (NAT IP address, new port #) بصورت یک زوج ثبت میشود
دیتاگرامهای ورودی: جایگزین نمودن (NAT IP address, new port #) در آدرس مقصد بسته با (source IP address, port #) مرتبط باتوجه به جدول ترجمه NAT

19. NAT: Network Address Translation-3
local network
Private IP Network
(e.g., home network)
10.0.0/24
rest of
Internet
All datagrams leaving local
network have same single source NAT IP public address: ,
different source port numbers
Datagrams with source or
destination in this network
have /24 address (private address)

20. NAT: Network Address Translation-4
NAT translation table
WAN side addr LAN side addr
1: host
sends datagram to
, 80
2: NAT router
changes datagram
source addr from
, 3345 to
, 5001,
updates table
, , 3345
…… ……
S: , 3345
D: , 80 1
S: , 80
D: , 3345 4
S: , 5001
D: , 80 2
S: , 80
D: , 5001 3
4: NAT router
changes datagram
dest addr from
, 5001 to , 3345
3: Reply arrives
dest. address:
, 5001

21. NAT: Network Address Translation-4
شماره پورت برای تفکیک بسته های مربوط به برنامه های مختلف میباشد.
از شماره پورت در لایه انتقال استفاده میشود.
16 بیت برای شماره پورت در نظر گرفته شده است
همانطور که در فرایند NAT توضیح داده شد برای تمایز بسته ها از پورت کمک گرفته شد.
232=65,536 اتصال همزمان را میتوان با استفاده از یک NAT IP برقرار نمود

22. Nat و برنامه های کاربردی
برنامه هایی که آدرسهای IP را در بخش payload بسته ها حمل میکنند بطور عمومی نمیتوانند در ترجمه آدرس خصوصی به عمومی کار کنند

23. مثال: NAT & FTP(1) Public Network PORT 207.3.18.98, 1107 RETR file1
FTP Client
FTP Server
No NAT Device
Public Address
Public Address
PORT , 1107
200 Port Command Successful
RETR file1
150 Opening Data Connection
Establish Data Connection
Client gives its IP address and port number for data connection.
Server starts data connection.

24. مثال: NAT & FTP(2) Public Network Private Network
NAT Device with
FTP Support
FTP Client
FTP Server
Private Address
Public Address
Public Address
PORT command in IP packet must be modified.
PORT ,1107
PORT , 1107
200 Port Command Successful
200 Port Command Successful
RETR file1
RETR file1
150 Opening Data Connection
150 Opening Data Connection
Establish Data Connection
Establish Data Connection

25. مشکل عدم مشاهده مستقیم در NAT و تغییر در اختصاص Port
کلاینتی میخواهد به سرور با آدرس متصل شود
آدرس سرور یک آدرس محلی است. کلاینتها نمیتوانند از این آدرس بعنوان آدرس مقصد استفاده کنند
تنها آدرسی که از بیرون میتواند دیده شود میباشد.
راه حل 1: بصورت ایستا NAT تنظیم شود تا بسته های وارده برای یک پورت خاص همگی به سرور انتقال داده شوند.
برای مثال درخواست اتصال به ( , port 80) همیشه بصورت ( port 1405) ترجمه شود
Client
NAT
router

26. آدرس عموی را یاد بگیرد (138.76.29.7)
راه حل 2: استفاده از Internet Gateway Device (IGD) Protocol به میزبان NAT شده اجازه میدهد:
آدرس عموی را یاد بگیرد ( )
نگاشت پورتها را خودش بسیار سریع انجام دهد
IGD
NAT
router

27. راه حل 3: استفاده از سیستم میانی یا رله (relay)
کلاینت NAT شده یک اتصال را به سرور رله برقرار می نماید
کلاینت خارجی نیز به رله متصل میشود.
رله بعنوان پل عمل کرده و بسته های این دو کلاینت را به آنها منتقل می نماید
NATted Host
2. connection to
relay initiated
by client
1. connection to
relay initiated
by NATted host
3. relaying
established
Client
NAT
router

28. آدرس دهی IP فاقد کلاس (class less)
آدرس دهی تمام کلاس
کارایی پایین در استفاده از فضای آدرس و کمبود شدید آدرس برای شبکه های جدید
برای مثال یک شبکه class B فضای کافی برای 65K کلاینت را دارد در حالی که ممکن است تنها 2K میزبان در آن فعال باشند. 65K hosts, even if only 2K hosts in that network
CIDR: Classless Inter Domain Routing (RFC1519)
بخش آدرس شبکه را میتوان در طولهای مورد نظر تعریف نمود
فرمت آدرسها بصورت a.b.c.d/x, هستند بطوری که x تعداد بیتهای مربوط به آدرس شبکه را مشخص میکند.
/23
network
part
host

29. الگوی زیر شبکه (Subnet Mask)
یک الگوی شبکه تعیین میکند که چه بیتهایی از آدرس میزبان مربوط به آدرس شبکه میباشد.
برای مثال یک میزبان با آدرس و الگوی زیر شبکه بیان میدارد که 24 بیت با ارزش از آدرس میزبان مربوط به آدرس شبکه و 8 بیت دیگر مربوط به شناسه میزبان میباشد
عدد 255 معادل با یک یک عدد یک بایتی است که تمام بیتهای آن 1 باشد.
در کامپیوترها با انجام عملیات AND بیتی بین آدرس میزبان و الگوی زیرشبکه میتوان آدرس شبکه را بدست آورد.
یادآوری: هنگام تولید قاب در لایه پیوند داده برای ارسال بسته به مقصد لازم بود تا شبکه مقصد شناسایی شود و اگر آدرس شبکه مبدا و مقصد یکسان بود، بسته مستقیماً برای مقصد ارسال میشد و در غیر اینصور به Default Gateway تحویل داده میشد

30. نمایش الگوی پیشوندی در مقایسه با الگوی زیر شبکه (Prefix Mask via Subnet Mask)
/8 =
/9 =
/10 =
/11 =
/12 =
/13 =
/14 =
/15 =
/16 =
/17 =
/18 =
/19 =
/20 =
/21 =
/22 =
/23 =
/24 =
/25 =
/26 =
/27 =
/28 =
/29 =
/30 =
/31 = not usable
/32 = not usable
/30 برای شبکه ای با دو میزبان استفاده میشود و معمولاً برای اتصالات نقطه به نقطه استفاده میشود

32. زیر شبکه سازی (Subnetting): افزایش طول پیشوند شبکه
سوال: چطور یک ISP میتواند فضای آدرس خودش را به بخش های کوچکتر اختصاص داده و به شرکتها واگذار نماید.
آدرس اختصاص یافته به ISP
ISP's block /20
Organization /23
Organization /23
Organization /23
… … ….
Organization /23
آدرس اختصاص یافته به ISP به 8 زیر شبکه کوچکتر تقسیم شده و در اختیار سازمانهای مختلف قرار گرفته است

33. آدرس دهی سلسله مراتبی: تجمیع مسیر (route aggregation)
آدرس دهی سلسله مراتبی، اجازه میدهد تا انتشار اطلاعات مسیریابی ساده تر صورت پذیرد
route aggregation or route summarization.
Organization 0
/23
Organization 1
“Send me anything
with addresses
beginning
/20”
/23
Organization 2
ISP1
/23 .
/20 .
Internet
Organization 7
/23
ISP2
“Send me anything
with addresses
beginning
/16”
/16

34. آدرس دهی سلسله مراتبی: وجود چندین مسیر برای یک مقصد
در ISP2 بیش از یک rote برای organization 1 وجود دارد
روترها در اینترنت از قانون همخوانی طولانی ترین پیشوند (longest prefix matching) استفاده میکنند. لذا چنانچه آدرس شبکه مربوط به بسته در چند route قرار داشته باشد، بسته را در خروجی ارسال میکنند طول آدرس شبکه آن طولانی تر باشد
Organization 0
/23
/20”
Organization 2
/23 .
ISP1
20 bits .
Internet
Organization 7
/23
ISP2
Organization 1
/23
/23”
23 bits

35. ماسک زیر شبکه
ISP's block /20
ISP’s subnet mask
Organization /23
Organization /23
Organization /23
… … ….
Organization /23
Or’s subnet mask
Network part of an IP address= subnet mask & IP address

36. مثال CIDR
یک کلاس مجموعه IP فاقد کلاس بصورت /22 درنظر گرفته شده است
میخواهیم مجموعه فوق را بین چهار بخش زیر شبکه سازی (Subnetting) کنیم
آدرس شبکه هر یک از بخشها را محاسبه کنید.
100 computers
300 computers
Objective: Create an addressing scheme using variable length subnet masking (VLSM).

37. مثال CIDR (سوالات) باتوجه به آدرس بدون کلاس 200.32.108.0 /22
تعداد کل میزبانهایی که میتوان تعریف نمود؟ 4x254 آدرس
بزگترین شبکه دارای چند میزبان است؟ 300 آدرس
باید چهار شبکه با ابعاد 300، 100، 100 و 100 کلاینت با چهار لینک WAN برای هر شبکه طراحی کنیم.
ممکن است در برخی از مسائل نیاز به طراحی uplink ها نباشد

38. /22
/24
/24
255
255
/24
/24
255
255
255

39. /24
/24
/23
300 hosts
255
255
/24
/24
255
255

40. 127
128
/25
100 hosts
/25
/24
/24
/23
300 hosts
255
255
/24
/24
255
255

41. 128
/25
100 hosts
/25
100 hosts
/23
300 hosts
255
127
255
127
128
/25
100 hosts
255
255

42. 128
/25
100 hosts
/25
100 hosts
/23
300 hosts
255
127
255
128
/25
100 hosts
191
192
223
224
240
239
248
247
WAN links /30
243
252
251
244
255
127
255

43. مثال CIDR (نتیجه) آدرس CIDR داده شده 200.32.108.0 /22 200.32.111.0 /25
1/2 Class C
100 computers
/30
/30
/30
300 computers
100 computers
/23
2 Class C’s
/25
100 computers
1/2 Class C
/25
1/2 Class C

44. مثال CIDR
یک شبکه کلاس C ، Major داریم به شکل /24 subnet mask در این شبکه است. میخواهیم این مجموعه را به 5 شبکه که در هر یک 30 میزبان وجود دارد تقسیم کنیم . 
جواب :
ما ابتدا باید ببینیم چند بیت برای میزبانها لازم است. برای 30 میزبان باید 5 بیت داشته باشیم. در اینصورت ماسک شبکه جدید بصورت زیر است
= Network
= Default Subnet Mask = /24
= New Subnet Mask = /27
با استفاده از 3 بیت اضافه شده به بخش شبکه میتوان = 8 زیر شبکه ایجاد نمود. 

45. آدرس 8 زیر شبکه بصورت زیر است:
/27 (zero subnet)
/27
/27
/27
/27
/27
/27
هر چند به 5 شبکه احتیاج داشتیم ولی میتوان سه مورد دیگر را برای توسعه بعدی در شبکه رزرو کرد.

46. مثال
شبکه اي داريم بصورت ۱۳۵,۴۱,۰,۰ در کلاس B، مي خواهيم شرايط زير را داشته باشد:
یک Subnet با حداکثر ۳۲۰۰۰ Host
پانزده Subnet با حداکثر ۲۰۰۰ Host
هشت Subnet با حداکثر 250 Host

47. تجمیع IP یا ابر شبکه بندی (Supernetting)
در مقابل خرد کردن IP که با عنوان زیر شبکه سازی (subnetting) داشتیم و در آن مجموعه IP اختصاص یافته را خرد میکردیم. میتوان برای ایجاد شبکه هایی که به تعداد IP بیش از یک کلاس C احتیاج دارند از Supernetting استفاده کرد.
در یک سگمنت از کلاس C، حداکثر 254 میزبان میتوانند قرار گیرند. اگر در شبکه ما نیازمند 500 آدرس باشیم میتوانیم از دو کلاس C پشت سر هم استفاده کرد. به این کار (Supernetting) میگویند

48. مثال Supernetting (1)
شرکت xyz نیاز دارد تا 400 میزبان را آدرس دهی کند.
ISP شرکت دو مجموعه IP کلاس C متوالی را به این شرکت اختصاص میدهد:
/24
/24
شرکت xyz میتواند دو کلاس فوق را در هم تجمیع کرده و از آدرس /23 برای آدرس دهی شبکه استفاده نمایید
/23
23 bits in common

49. مثال Supernetting (2)

50. CIDR و Provider ها
آدرس تبلیغی: a.b.c.d/x
روتر ها باتوجه به آدرسهایی که به آنها متصلند برای تبلیغ، از تجمیع آدرس ها استفاده میکنند

51. TCP/IP protocol stack mime ftp http smtp telnet snmp tftp rtp dns …
Transmission Control Pr. (TCP)
User Datagram Pr. (UDP) …
igmp
icmp
rip
ospf
bgp …
Internet Protocol (IP)
arp
rarp
Ethernet, Wireless, token ring, FDDI, ATM, Frame relay, SNA, X25