عنونة الشبكات وتقسيمها

عنونة الشبكات وتقسيمها:

الدرس الاول:

يعتبر موضوع عنونة الشبكات و تقسیمھا من أھم المواضيع التي یسعى مهندسو الشبكات لإتقانها للنجاح في مجال العمل لإدارة الشبكات وصيانتها ولا ننسى التذكير بان الدخول في هذا المجال يتطلب اولاً الماماً بأساسيات التشبيك ومكونات الشبكات وانظمة الاعداد ومع ذلك سيتم التطرق الى بعض هذه الاساسيات قبل بدء الشرح فتابعوا معنا:

1-    العنوان المنطقي (IP address) هو عنوان رقمي يتم اسناده لكل جهاز متصل بالشبكة بشكل يدوي (لأسناد عنوان ثابت لكل جهاز) او بواسطة خادم متخصص لهذا الغرض يسمى (DHCP server) حيث يسند عناوين متغيرة (dynamic) الى الحواسيب المتصلة به ويسمح هذا العنوان للحاسوب بالاتصال بالأجهزة الاخرى ضمن الشبكة ويستخدم كعنوان للحاسوب المرسل والمستقبل يسهل وصول الحاسوب الى بقية الحواسيب ووصول تلك الحواسيب الى هذا الحاسوب تماماً كرقم المنزل الذي يسهل وصول البريد اليه. ويتكون من اربع خانات يحتوي كل منها على ارقام تتراوح بين (0-255) عشرياً ومن ثمان اصفار الى ثمان واحدات ثنائياً.

2-    البت (bit) هو رقم ثنائي (binary digit) يكون اما صفر او واحد ويمثل كهربائياً بفولتية موجبة (الواحد) وفولتية سالبة او صفرية (الصفر) ويمثل في الاسلاك النحاسية بنبضة كهربائية وفي الالياف الضوئية بأرسال نبضة ضوئية تمثل الواحد وعدم ارسال شيء للصفر وعند تجمع ثمان بتات يتكون ما يسمى البايت (Byte) الذي هو الوحدة الرئيسية لأرسال واستقبال البيانات وقياس سرعة النقل وسعة الذاكرة وغيرها من المقاييس الحاسوبية المختلفة.

3-    عنوان الشبكة (network address) وهو عنوان منطقي يستخدم لأرسال البيانات الى شبكة محددة بعيدة وينتهي بسلسلة اصفار كما في الامثلة التالية: 192.168.20.0, 172.16.1.0, 10.0.0.0.

4-    عنوان البث (broadcast address) وهو العنوان الذي يستخدم من قبل الاجهزة والبرامج التطبيقية في الحواسيب لأرسال البيانات والرسائل الى جميع الاجهزة في الشبكة وينتهي بسلسلة واحدات او (255) في التمثيل العشري ومثاله 172.16.255.255 ويعني ارسال البيانات الى جميع الحواسيب في الشبكة التي عنوانها 172.16.0.0 ومثال اخر عليه وهو 10.255.255.255 ويعني ارسال البيانات الى كل الحواسيب في الشبكة التي عنوانها 10.0.0.0 .

كما ذكرنا سابقاً ينقسم عنوان ال (IP) الى اربع بايتات اي انه يتكون من 32 بت ويمكن التعبير عنه بطريقتين رئيسيتين وهما:

1-    باستخدام النظام العشري ويتراوح بين (0.0.0.0) و (255.255.255.255) ويكون كل بايت مفصول عن الاخر بنقطة.

2-    بأستخدام النظام الثنائي ويتراوح بين (00000000.00000000.00000000.00000000) و (11111111.11111111.11111111.11111111) ويتم التعبير عن هذه الصيغة بالنظام السداسي عشر ايضاً لتكون كالاتي (00.00.00.00 to ff.ff.ff.ff).

 

كل الأساليب السابقة تستخدم لعرض نفس العنوان و لكن بطرق مختلفة و الأكثر استخداما بینھا ھو الأسلوب الأول و ھو شبیه بأرقام الهواتف حیث يبدأ برقم البلد ثم المنطقة ثم رقم الهاتف الخاص .يبقى ان نعرف ان الحواسيب المتصلة بشبكة واحدة يكون لها جزء من العنوان مشترك ومتشابه وهو الجزء الخاص بالشبكة حيث ينقسم كل عنوان الى جزء خاص بالشبكة وجزء خاص بالحاسوب. فمثلاً الحواسيب ذات العناوين 192.168.1.3  و 192.168.1.5 يشتركان بنفس عنوان الشبكة وهو 192.168.1 ويختلفان في الجزء الخاص بالحاسوب والمسمى (host address) او ال (node address) والذي هو 3 للجهاز الاول و 5 للجهاز الثاني.

 

قرر مصممو شبكة الإنترنت إنشاء عدة أنواع من الشبكات وفقا لحجم الشبكة (عدد الحواسيب التي يمكن ان تتصل بالشبكة)، فاختاروا للشبكات قلیلة العدد من الحاسبات ما يسمى الصنف (class C networks) بينما اختاروا للشبكات التي تحتوي عدد كبير من الحاسبات الصنف (class A network) في حين اعطي الصنف (class B network) للشبكات متوسطة الحجم وكما في الشكل:

 

التحويلمنالنظامالثنائيالىالنظامالعشري :

قبل المضي قدماً في شرح عنونة وتقسيم الشبكات لا بد من التذكير بأساسيات التحويل بين نظامي الاعداد الاكثر استخداماً هنا وهما العشري والثنائي وكما ذكرنا فإن كل بايت یتكون من 8 بت يتم التعبير عنه بالنظام الثنائي و يكون لكل بت إما قيمة0  أو 1 ويكون لكل بت قیمة مقابلة في النظام العشري كما يلي: 128 64 32 16 8 4 2 1

لنأخذ المثال التالي :حول العدد الثنائي (00100110) الى مكافئه العشري:

الآن كي نحول العدد الثنائي 00100110 الى عدد عشري نقوم بجمع قیمه العشرية المقابلة لكل بت يحمل القیمة 1

2 + 4 + 32 = 38

مثال آخر  01010101 لنحوله الى عدد عشري نقوم بجمع قیمه العشرية المقابلة لكل بت يحمل القیمة 1:

1+4+16+64 = 85

أمثلة أخرى :

00001111 = 15

10001100 = 140

11001100 = 204

 

 

الآن بعد أن فھمنا كیفیة التحويل أقترح علیكم حفظ القیم التالیة حیث انها ستساعدكم كثيراً لاحقا :

00000000 = 0

10000000 = 128

11000000 = 192

11100000 = 224

11110000 = 240

11111000 = 248

11111100 = 252

11111110 = 254

11111111 = 255

: Class A المدى الأول لعناوين الشبكة

يتميز هذا المدى بأن اول بت في البايت الاكثر اهمية الواقع الى اليسار (most significant byte MSB) يكون صفر دائماً لذا تتراوح قيم ذلك البايت (0-127) اي انها تعادل (00000000-01111111) في النظام الثنائي. لذا فبمجرد رؤيتنا لعنوان (IP) يحتوي البايت الايسر منه على اي عدد واقع في هذا المدى فسنعرف مباشرة انه ينتمي الى الصنف (A).

: Class B المدى الثاني لعناوين الشبكة

يتميز هذا المدى بأن اول بايت الى اليسار يكون اخر بتين فيه (10) دائماً ولذا تتراوح القيم العشرية له بين (128-191) او (10000000-10111111) بالنظام الثنائي وتتراوح بقية البايتات بين الاصفار والواحدات كلها لتعطي عدد اكبر من الشبكات الفرعية وعدد اقل من الحاسبات لكل شبكة مما كان في الصنف الاول.

: Class C المدى الثالث لعناوين الشبكة

عناوين ھذا المدى تتمیز بما قرره المصممین من أن البت الأول و الثاني من البايت الأول یحملان

القیمة 1 بینما يحمل البت الثالث القیمة 0 دوما، و بھذا حصلنا على مدى العناوين(192-223) او (11000000-11011111). واما بقية العناوين المترواحة بين (223-255) بالنسبة للبايت الاول فقد خصصت لأغراض اخرى غير العنونة منها اختبار الشبكات واغراض البحث العلمي. ھناك بعض العناوين التي لا يستطیع مدير الشبكة منحھا للأجھزة أبدا رغم أنھا قد تنتمي الى مدى مسموح به كما يلي :

1-    العنوان (0.0.0.0) ويستخدم من قبل موجهات (Routers) شركة سيسكو (cisco) للأشارة الى الوجهة الافتراضية عند التوجيه (default route).

2-    العنوان (255.255.255.255) ويسمى عنوان البث ويستخدم كعنوان هدف او مرسل اليه اذا كان الهدف الارسال الى كل الحاسبات في الشبكة الحالية.

3-    العنوان 127.0.0.1 لا يمكن منحه لأي جھاز و ھو يستخدم تلقائیاً من قبل الجھاز لغرض اختبار اتصاله بأن يقوم بإرسال حزمة من البیانات الى نفسه .

تجزئة الشبكات (Subnetting)

يعلم جميع مختصي الشبكات ان السيناريو الطبيعي للبدء بأنشاء شبكة يتم بشراء او استئجار عنوان (IP) من النوع القابل للتوجيه في الشبكة الدولية (routable public IP address) ولكن لما كانت كل الشبكات المحلية والمؤسساتية تتكون من عدد كبير من الحاسبات لذا فأن عنوان واحد حقيقي لا يكفي لأستخدامه وقد وفر مهندسو الشبكات والاتصال الدولي ومصممي الانترنت الحل لذلك بتخصيص جزء من العناوين لتكون عناوين خاصة (private IP addresses) وكما في الجدول التالي:

الجدول (1)

ولكن كيف نحول العنوان الحقيقي الواحد الى مجموعة عناوين محلية داخلية خاصة كثيرة؟

الجواب بأستخدام الوظائف التي يوفرها الموجه (router) وابرزها خاصية ال (Network Address Translation NAT) والتي تعمل كوظيفة على ابواب الموجه للتحويل بين كل عنوان داخل وخارج من الشبكة المحلية ويمكن تلخيص اهمية تجزئة الشبكات بما يلي:

1-    تقليل زخم المرور للبيانات في الشبكة حيث ان وجود الموجه يمنع البيانات المرسلة من حاسبة الى اخرى ضمن الشبكة المحلية من العبور الى ما وراء الموجه وبالتالي يقلل الزخم والمرور (traffic) من والى الشبكة مما يسرع العمل.

2-    امثلية اداء الشبكة كنتيجة لتقليل الزخم وسرعة العمل.

3-    تبسيط الادارة للشبكة حيث يمر كل التراسل للبيانات في الشبكة عبر جهاز واحد (الموجه) والذي يمكن ادارته بسهولة.

4-    تسهيل امتداد الشبكة لمسافات بعيدة حيث ان الاتصال بعيد المدى يكون بطيء ومكلف ولذا تلتجا الشركات والمؤسسات الى تجزئة شبكتها الى شبكات متعددة فرعية لجعل النظام اكثر كفاءة.

لتلخيص عملية تجزئة الشبكات فأننا نقوم بأخذ جزء من البتات الخاصة بالحاسبات (Host portion bits) ونخصصها الى الشبكات لخلق شبكات فرعية.

 

قناع الشبكة الفرعية (subnet mask): وهو قيمة تتكون من 32 بت وتسمح للمستلم للبيانات بتمييز الجزء الخاص بالشبكة (network portion from the IP address) والجزء الخاص بالحواسيب المتصلة بالشبكة (host portion from the IP address).

لاحظ ان اغلب الشبكات تستخدم الاقنعة التلقائية الا ان تجزئة الشبكة الواحدة الى عدة شبكات يجعلنا نستبدل هذه الاقنعة التلقائية بأخرى نقوم بتصميمها بأنفسنا وحسب الحاجة وادناه الاقنعة التلقائية لكل صنف من اصناف العناوين:

 

بعد الحصول على عنوان حقيقي واحد نختار احد المجالات الثلاثة المتاحة في الجدول (1) ونتجه الى الخطوة المقبلة للتقسيم وكما سنرى:

تقسيم الشبكة من الصنف الثالث (class C):

في هذا الصنف توجد 8 بتات فقط لتعريف الحواسيب في الشبكة الواحدة ولذا ولخلق شبكات فرعية نأخذ بتات من هذه الثمانية بتات على قدر الحاجة وابتداءاً من اليسار الى اليمين من بتات ال(host) بدون ترك اي اننا نستخدم البتات بالتسلسل مع مراعاة الحسابات التالية التي لابد من حسابها عند انشاء اي شبكة فرعية:

1-   عدد الشبكات الفرعية =  حيث ان (x) هو عدد البتات التي استعرناها من حصة ال(host) وجعلناها واحدات.

2-   عدد الحواسيب في كل شبكة فرعية =- 2    حيث ان (y) هو عدد البتات المتبقية من حصة ال(host).

3-    الشبكات الفرعية الصحيحة تبدأ من الصفر وتحسب بمقدار حجم البلوك الواحد حتى تصل الى الحد الاعلى المسموح به.

حجم البلوك = 256-قناع الشبكة الفرعية.

4-    عنوان البث (broadcast address) لكل شبكة فرعية يتكون من واحدات.

5-    العناوين الصحيحة للحواسيب في كل شبكة

 

مثال: بعد الحصول على عنوان حقيقي واحد واسناده الى الموجه كعنوان (WAN address) والدخول الى الشبكة المحلية واسناد عنوان محلي للموجه (LAN address) واختيار عنوان الشبكة وليكن (192.168.10.0) وعنوان قناع الشبكة المقترح وليكن (255.255.255.192) والان احسب القيم الخمسة المذكورة في الفقرة السابقة:

الحل:

عنوان قناع الشبكة بالنظام الثنائي: 11111111.11111111.11111111.11000000

X=2

Y=6

اذاً عدد الشبكات الفرعية : 2^x=4

عدد الحواسيب في كل شبكة:  2^y-2= 62

الشبكات الفرعية الصحيحة: 256-192=64

عناوين الشبكات الفرعية الصحيحة ستكون : 0, 64, 128, 192

وادناه جدول مفصل يوضح مكونات الشبكات الفرعية لهذا النظام:

 

نفس الامر يمكن تكراره مع العناوين من الاصناف (A, B) مع تغيير الحيز المخصص للشبكة وللحواسيب ضمن الشبكة.

يجدر بالذكر ان مسألة تصنيف العناوين المنطقية (IP addresses) الى اصناف منفصلة واقنعة شبكات وغيرها قد اصبح من التراث ولم تعد العناوين مرتبطة بأصناف معينة ولا بأقنعة شبكات تلقائية بل دخل مفهوم التوجيه الغير مصنف بين المديات (Classless Inter Domain Routing CIDR) والموضح في الصورة التالية بأختصار وان شاء الله سيتم نشر درس مفصل حوله في اقرب وقت ممكن.