3 η Multimedia Διάλεξη με θέμα Ip address Classes and Subnetting Περιέχει: Συστήματα αρίθμησης (Δεκαδικό, Δυαδικό, Οκταδικό, Δεκαεξαδικό, Παραδείγματα) Φυσικές διευθύνσεις (Mac addresses, BIA) Λογικές διευθύνσεις( Ip addresses) Διευθυνσιοδότηση βασιζόμενη σε κλάσεις Υποδικτύωση Μηχανισμός διαχωρισμού ενός (μεγάλου) δικτύου σε υποδίκτυα.
Εισαγωγή στο δεκαδικό σύστημα αρίθμησης Το περίφημο θεσιακό, δεκαδικό σύστημα αρίθμησης. Έχει βάση το 10 και ψηφία τα 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Το ψηφίο που βρίσκεται πρώτο από τα αριστερά του αριθμού είναι εκείνο που έχει τη μεγαλύτερη αξία και ονομάζεται το πιο σημαντικό ψηφίο ή ψηφίο ανώτερης τάξης. Ανάλογα με τη θέση του κάθε ψηφίου σχηματίζοντα μονάδες, δεκάδες (10) εκατοντάδες (100) και για το κλασματικό μέρος δέκατα (1/10), εκατοστά (1/100), χιλιοστά (1/1000) κλπ., όπως φαίνεται στο παράδειγμα που ακολουθεί. 478,15 = 4 x 10 2 + 7 x 10 1 + 8 x 10 0 + 1 x 10-1 +5 x 10-2 Ακέραιο μέρος Κλασματικό μέρος
Εισαγωγή στο δυαδικό σύστημα αρίθμησής Αντίθετα με τους ανθρώπους, οι υπολογιστές χρησιμοποιούν ένα λίγο διαφορετικό σύστημα αρίθμησης, το δυαδικό (binary). Η βάση σε αυτήν την περίπτωση είναι το 2. Ας κάνουμε ένα παράδειγμα ενός δυαδικού αριθμού, του 101011010. Παράδειγμα 1 Ο αριθμός αυτός, παρατηρώντας το παράδειγμα 1 εκφράζει τον αριθμό 346 στο δεκαδικό σύστημα αρίθμησής. Σε έναν υπολογιστή όλα τα δεδομένα συμβολίζονται με σειρές από μηδενικά και άσους δηλαδή από συνεχόμενα bits. To bit αποτελεί τηνμικρότερη ποσότητα πληροφορίας
Εισαγωγή στο δεκαεξαδικό σύστημα αρίθμησης Η βάση στο δεκαεξαδικό (hexadecimal ή hex) σύστημα αρίθμησης είναι το 16. Για τους πρώτους 10 χρησιμοποιούμε τους 0 εώς 9 του δεκαδικού συστήματος. Οι επόμενοι 6 είναι με τη σειρά τα αγγλικά γράμματα A = 10, B = 11, C = 12, D = 13, E = 14, F =15. Εάν κάνετε μετατροπές σε μεγάλους αριθμούς θα παρατηρήσετε ότι οι δεκαεξαδικοί χρησιμοποιούν λιγότερα ψηφία από ότι οι δεκαδικοί για να εκφράσουν έναν αριθμό πχ.1.000.000 10 = F4240 16 Παράδειγμα 2 Οι δεκαεξαδικοί αριθμοί για να ξεχωρίζουν από τους δεκαδικούς συχνά συμβολίζονται και με τοπρόθεμα 0x όπως το 0x015A
Μετατροπή δεκαδικών σε άλλα αριθμητικά συστήματα. 4 bits αρκούν για να περιγράψουν όλους τους ακέραιους από το 0 έως και το 15,στο σύνολο 16 αριθμοί. Αυτό συμβαίνει γιατί 2 4 =16. Όπως είναι αναμενόμενο 8 bit θα περιγράφουν όλους τους αριθμούς από το 0 εώς και το 255, 16 bit εώς και το 65535 και ούτο καθ' εξής. Ίσως είναι χρησιμό να έχουμε έναν πίνακα τουλάχιστον στην αρχή με μερικές από τις δυνάμεις του 2. 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512
Μετατροπή δεκαδικών σε άλλα αριθμητικά συστήματα. Έστω ότι θέλουμε να μετατρέψουμε το δεκαδικό 346 στην δυαδική του αναπαράσταση: 1ος τρόπος (πρακτικός): Βρίσκουμε τη μεγαλύτερη δύναμη του 2 που χωράει στο 346. Αυτό είναι το 256 που είναι η δύναμη του 8. O εκθέτης 8 ανήκει στη θέση 9 άρα αρκούν 9 bit. Η 9η αυτή θέση θα έχει και την τιμή 1. Ο αριθμός μας, μέχρι τώρα, είναι κάπως έτσι: 1 x x x x x x x x Αφαιρούμε το 256 από το 346 και βρίσκουμε ότι 346 256 = 90. Συνεχίζουμε όπως και πριν αλλά με το 90. Το 128 είναι μεγαλύτερο από το 90 άρα το επόμενο bit (το 8ο) δεν χρησιμοποιείται οπότε θα είναι μηδέν. Το 64 χωράει στο 90 άρα το 7ο bit θα είναι 1. Επομένως στην παρούσα φάση ο αριθμός μας θα έχει τη μορφή 101 x x x x x x. Ακολουθώντας τηδιαδικασία αυτή προκύπτει ότι αριθμός μας είναι ο 101011010 Ουσιαστικά αυτό που κάναμε είναι να αναλύσουμε το 346 σε άθροισμα δυνάμεων του 2.
Μετατροπή δεκαδικών σε άλλα αριθμητικά συστήματα. 2ος τρόπος (Ευκλείδειος αλγόριθμος) Τώρα θα κάνουμε διαδοχικές διαιρέσεις με το 2 και κρατάμε το υπόλοιπο. Θα σταματήσουμε όταν το πηλίκο γίνει μηδέν. Αν το το υπόλοιπο είναι μηδέν τότε μηδέν θα είναι και ο συντελεστής. Αν το υπόλοιπο είναι 1, αυτός θα είναι και ο συντελεστής. Η διαφορά είναι ότι τώρα ο αριθμός γράφεται από δεξιά προς τα αριστερά. Παράδειγμα 3 Όπως ήταν αναμενόμενο ο δυαδικός είναι ο 101011010.
MAC Address Media Access Control Συνώνυμοιορισμοί ( BIA, Physical Address) Πρόκειται για μια διευθυνση η οποία είναι καμμένη επάνω σε κάθε δικτυακή συσκευή ή κάρτα δικτύου (NIC). Τη διευθυνσή αυτή δεν την αντιστοιχεί ο χρήστης όπως μπορεί να κάνει με την IP address. Ενα Pc που διαθέτει ταυτόχρονα έναν Ethernet adapter και έναν wireless adapter θα έχει δύο διαφορετικές MAC Addresses. Tο ίδιο φυσικά ισχύει και για έναν Router με περισσότερα του ενός interfaces.
MAC Address Media Access Control Η δομή της ορίζεται στο πρότυπο IEEE 802 και το μήκος της είναι 48 bits, δύνοντας έτσι τη δυνατότητα για 2 48 = 281,474,976,710,656 πιθανές MAC addresses. Οι διευθύνσεις αυτές συνήθως εκφράζονται με βάση το δεκαεξαδικό σύστημα αρίθμησης (hex). Ένα παράδειγμα μιας MAC Address θα μπορούσε να είναι η : "00-08-74-4C-7F-1D".
MAC Address Media Access Control 6 bytes 6 0 byte 1 st octet 5 0 byte 2 st octet 4 0 byte 3 st octet 3 0 byte 4 st octet 2 0 byte 5 st octet 1 0 byte 6 st octet Byte ανώτερης αξίας Παράδειγμα 4 "00-08-74-4C-7F-1D" OUI NIC Specific Byte κατώτερης αξίας 1. Organizationally Unique Identifier (OUI). 2. Τα τελευτάια 3 οκτέτα αναπαριστούν το σειριακό αριθμό που έχει αντιστοιχηθεί στην κάρτα από τον κατασκευαστή. (NIC Specific)
IP address=32-bit number IP Addressing Είναι ομαδοποιημένες σε οκτάδες από bits οι οποίες χωρίζονται μεταξύ τους με τελείες και αναπαρίστανται σε δεκαδική μορφή γνωστή και ως (dotted decimal notation) IP address=4 byte number 10010011 110010 0010000 01011000 Decimal notation 147.102.16.88 Network 32 bits Host Decimal notation 8 bits 8 bits 8 bits 8 bits 147. 102. 16. 88 ü Η κατώτατη διεύθυνση IP είναι η 0.0.0.0 και η ανώτατη η 255.255.255.255 ü Οι διευθύνσεις με όλα τα bits την τιμή 0 ή όλα την τιμή 1 έχουν ειδική σημασία
IP Address class IP Address Classes - Κλάσεις Διευθύνσεων Η διευθυνσιοδότηση IP υποστηρίζει πέντε διαφορετικές κλάσεις :A, B, C, D, E. Μόνο οι κλάσεις A, B, και C χρησιμοποιούνται για εμπορική χρήση. Format (Μορφή) Στόχος A N.H.H.H 1 Μεγάλους οργανισμούς B N.N.H.H Μεσαίου Μεγέθους οργανισμούς C N.N.N.H Μικρού Μεγέθους οργανισμούς D N/A Πολλαπλή Διανομή (RFC 112) Bit(s) Υψηλότερης Αξίας Address Range (Έυρος) 0 1.0.0.0 -> 127.255.255.255 1,0 128.0.0.0 -> 191.255.255.255 1,1,0 192.0.0.0-> 223.255.255.255 1,1,1,0 224.0.0.0-> 239.255.255.255 E N/A Πειραματικά 1,1,1,1 240.0.0.0-> 254.255.255.255 Αριθμός Bits Network/Host Max. Hosts 7/24 16777214 (2 24-2) 14/16 65534 (2 16-2) 21/8 254 (2 8-2) N/A(not for Commercial use) 1 N=Network number, H = Host Number 2 Μία Διεύθυνση δεσμέυεται για τη Broadcast Address και μια για το Network N/A N/A N/A
Ειδικές διευθύνσεις IP 127.0.0.1 διεπαφή βρόχου επιστροφής (loopback) Εάν θέσουμε μηδέν (0) όλα τα bits του τμήματος hostid προκύπτει το όνομα του δικτύου. Π.χ 128.143.0.0 Εάν θέσουμε με ένα (1) όλα τα bits του τμήματος hostid είναι η εκπομπή στο δίκτυο. Π.χ 128.143.255.255
Πειραματικές /ελεύθερα διαθέσιμες διευθύνσεις IP Πακέτα με αυτές τις διευθύνσεις δεν δρομολογούνται στο Internet Ø 10.0.0.0 -> 10.255.255.255 /8 Ø 172.16.0.0 -> 172.31.255.255/12 Ø 192.168.0.0 -> 192.168.255.255/16 Μπορούν όμως να χρησιμοποιηθούν στο εσωτερικό δικτύων
Υποδίκτυα και Μάσκα Υποδικτύου Πολλοί μεγαλοί οργανισμοί συνηθίζουν να διαιρούν τα δίκτυα τους σε επιμέρους υποδίκτυα, αφήνοντας ένα μικρό αριθμό bits για τον προσδιορισμό των τελικών υπολογιστών. Παράδειγμα: Ας υποθέσουμε ότι σε ένα μεγάλο οργανισμό έχει ανατεθεί η διεύθυνση δικτύου 128.6.Χ.Χ κλάσης B. O οργανισμός αυτός μπορεί να χρησιμοποιήσει την τρίτη οκτάδα της διεύθυνσης για να προσδιορίσει σε ποιό τοπικό δίκτυο, π.χ Ethernet ανήκειο υπολογιστής. Δύο τυχαία υποδίκτυα 128.6.4.X και 128.6.5.X
Υποδίκτυα και Μάσκα Υποδικτύου Μια διεύθυνση υποδικτύου δημιουργείται με το να δανειστούμε bits από το πεδίο των hosts και να το χαρακτηρίσουμε ως πεδίο υποδικτύου subnet field. Ο αριθμός των bits που θα δανειστούμε ποικίλει και καθορίζεται από τη μάσκα υποδικτύου subnet mask. Παράδειγμα 4 Class B Address πριν το Subnetting 1 0 Host host Class B Address μετά το Subnetting 1 0 Subnet host Η subnet mask χρησιμοποιεί την ίδια μορφή και αναπαράστασημετην Ipaddress. Η subnet mask χρησιμοποιεί την τιμή 1 για κάθε bit που αντιστοιχεί στο πεδίο Network ή Subnetwork και την τιμή 0 για όλα τα bits που αντιστοιχούν στο πεδίο των Hosts.
Υποδίκτυα και Μάσκα Υποδικτύου Επομένως η subnet mask που θα χρησιμοποιούσαμε προκειμένου να δημιουργήσουμε subnetting του παραδείγματος 4 είναι η ακόλουθη. Network Network Subnet host Δυαδική 11111111 11111111 11111111 00000000 απεικόνιση Δεκαδική 255 255 255 0 απεικονιση (Dotted decimal notation) Γνωρίζοντας πλέον οτι : Η Class A έχει 8bit Network ID, η Class B έχει 16bit Network ID και η Class C έχει 24bit Network ID μπορούμε να κατανοήσουμε για ποίο λόγο οι default subnet masks κάθε κλάσης είναι οι ακόλουθες. CLASS A 255.0.0.0 ή αλλιώς /8 CLASS B 255.255.0.0 ή αλλιώς /16 CLASS C 255.255.255.0 ή αλλιώς /24
Υποδίκτυα και Μάσκα Υποδικτύου (Case studies) Μας δίνεται για παράδειγμα μια class C IP : 210.99.5.0/24 210.99.5.0. Network ID Hosts Μας ζητείται να κάνουμε subnetting να τη χωρίσουμε δλδ σε υποδίκτυα. Υποθέτουμε οτι μας ταιριάζει η περίπτωση κατά την οποία δανειζόμαστε 2 bits από το πεδίο των hosts. Για να το επιτύχουμε αυτό θα πρέπει να τροποποιήσουμε τη μάσκα υποδικτύου από /24 σε /26 ή απο 255.255.255.0 σε 255.255.255.192. Νέα Subnet mask 11111111.11111111.1111111.11000000 26 bits
Υποδίκτυα και Μάσκα Υποδικτύου (Case studies) Με το συγκεκριμένο subnetting έχουμε 2 bits για subnets και 6 bits για hosts Subnet bits Subnet ID Hosts Broadcast IP x.x.x.00000000 200.99.5.0 200.99.5.1->200.99.5.62 200.99.5.63 x.x.x.01000000 200.99.5.64 200.99.5.65->200.99.5.126 200.99.5.127 x.x.x.10000000 200.99.5.128 200.99.5.129->200.99.5.190 200.99.5.191 x.x.x.11000000 200.99.5.192 200.99.5.193->200.99.5.254 200.99.5.255 Παρατηρώντας λοιπόν αυτό το παράδειγμα διαπιστώνουμε οτι παρόλο που δανειστήκαμε 2 bits απο το τμήμα των hosts και θα έπρεπε να δημιουργηθούν 2 2 =4 subnet IDs,τα ενεργά υποδίκτυα είναι μόνο δύο. Το 2 ο και το 3 ο. Αυτό διότι το 1 ο Subnet ID συμπίπτει με το Νetwork ID του συνολικού δικτύου και επίσης η Broadcast IP του τελευταίου υποδικτύου είναι κοινή με την Broadcast IP του συνολικού δικτύου. Επομένως θα θυμόμαστε οτι τα ενεργά υποδίκτυα για το εκάστοτε subnetting είναι 2 χ -2. Όπου χ είναι ο αριθμός των bits που δανειστήκαμε από το πεδίο των host. Επίσης ο συνολικός αριθμός των hosts ανα subnet είναι 2 6-2 =62 διότι δεν μπορούμε να έχουμε στο τμήμα των host μόνο μηδεν subnet id ούτε μόνο ένα μιάς και αυτή είναι η Broadcast Ip
Υποδίκτυα και Μάσκα Υποδικτύου (Case studies) Μαςδίνεταιη HostIp: 193.1.1.37 255.255.255.224 Subnet ID Hosts Broadcast IP 193.1.1.0 193.1.1.1 193.1.1.30 193.1.1.31 193.1.1.32 193.1.1.33 193.1.1.62 193.1.1.63 193.1.1.64 193.1.1.65 193.1.1.94 193.1.1.95 193.1.1.96 193.1.1.97 193.1.1.126 193.1.1.127 193.1.1.128 193.1.1.129 193.1.1.158 193.1.1.159 193.1.1.160 193.1.1.161 193.1.1.190 193.1.1.191 193.1.1.192 193.1.1.193 193.1.1.222 193.1.1.223 193.1.1.224 193.1.1.225 193.1.1.254 193.1.1.255
Υποδίκτυα και Μάσκα Υποδικτύου (Case studies) Διαπιστώνουμε λοιπόν ότι ο συγκεκριμένος host ανήκει στο subnet 193.1.1.32. Σε αυτό το συμπέρασμα μπορούμε να οδηγηθούμε εάν εκτελέσουμε ένα λογικό AND μεταξύ της IP address και της Subnet mask. IP Address : 11000001.00000001.00000001.00100101 Sub.Mask : 11111111.11111111.11111111.11100000 Sub ID : 11000001.00000001.00000001.00100000 Εκτελώντας λοιπόν ένα λογικό AND μεταξύ της IP address και της Subnet mask προκύπτει το Network ID που ανήκει ο εκάστοτε host.
Πύλη ΚΑΙ (AND) Πππ Πίνακας αληθείας πύλης Αnd με δύο εισόδους x και y