IP subnetting və VLSM nədir?

Şəbəkəni öyrənməyə yeni başlayanlar üçün altşəbəkələrə bölünmə, şəbəkə maskası, VLSM kimi anlayışlar bir az çətin gəlir. Bu səbəbdən bugünkü yazımda bu anlayışları izah etmək qərarına gəldim. Keçək əsas məsələyə və real həyatdan bir nümunə gətirək.

IP nə üçün lazımdır?

Fərz edək ki, Londona məktub göndərməliyik. Ardıcıllıq necə olur? Gedirik ən yaxın poçt şöbəsinə, xüsusi formanı doldururuq: göndərən: Əliyev Əli Əli oğlu, ünvan: Y.Səfərov 55, mənzil 55, Bakı, Azərbaycan. Kimə: Şerlok Holms, Baker Street 221B, London, United Kingdom. Beləliklə, biz konkret ünvana, konkret şəxsə məktub göndərmiş olduq. Real həyatda olduğu kimi, informasiya texnologiyaları dünyasının da da özünəməxsus üvanları var. Bu halda göndərən də, qəbul edən də şəbəkəyə qoşulmuş, müvafiq IP ünvanı olan kompüterdir. IP ünvan lokal və ya qlobal şəbəkəyə qoşulmuş hostun unikal identifikatorudur.

Hazırda iki verisya IP ünvanları var: IPv4 və IPv6. Yeni versiyanın hazırlanmasına zərurət IPv4 ünvanlarının tükmənsi səbəbindən yaranıb. İnternet şəbəkəsi isə hər keçən dəqiqə daha da böyüyür.

IPv4

IPv4 32-bitlik binar rəqəmdir. Lakin insanların işini asanlaşdırmaq üçün IPv4 dörd ədəd nöqtə ilə ayrılan onluq say sisteminin rəqəmləri formatında yazılır. Məsələn, 192.168.0.1. Lakin kompüter və digər avadanlıqlar ikili say sistemində çalışdığı üçün, həmin ünvanı binar formata çevirirlər – 11000000 10101000 00000000 00000001. IPv4 də IP ünvanları sayı 4 mlrd-dan çoxdur. Amma buna baxmayaraq sonuncu IPv4 diapazonu 2011-ci ildə regional qeydiyyatçılara paylanıb. Çətinliyi aradan qaldırmaq üçün yeni versiya hazırlanıb.

IP ünvanı iki hissədən ibarət olur: şəbəkə ünvanı və host ünvanı. Şəbəkə və host ünvanının təyin olunması üçün isə şəbəkə maskasından istifadə olunur. Şəbəkə maskası adi IP ünvanına bənzəyən 32 bitlik ədəddir. Burada ardıcıl bütün bitlər 1-ə bərabərdir. Yəni şəbəkə maskası 255.192.255.255 ola bilməz. Özlüyündə IP ünvanın hər rəqəmi 2-nin müxtəlif dərəcələrdən qüvvətinin cəmləridir. Məsələn, 192 rəqəmi 11000000-a bərabərdir. Adi kalkulyatordan istifadə edərək onluq say sistemindəki rəqəmi ikili say sisteminə çevirə bilərik:

İndi isə 2-nin 7-dən 0-dək qüvvətlərinin cəmindən 192 rəqəminin necə alındığına baxaq.

1 * 2⁷+1*2⁶+0*2⁵+0*2⁴+0*2³+0*2²+0*2¹+0*2⁰ = 128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1. Beləliklə IP ünvanın hər okteti (8 ədəd 1 bitlik) aşağıdakı saylardan ibarət ola bilər: 128 64 32 16 8 4 2 1. Əgər IP ünvanda bu rəqəmlərdən hər hansı yer alırsa həmin rəqəmin əvəzinə 1 qoyulur, əks halda – 0. 192 rəqəmində 128 var, deməli oktetin birinci biti 1-ə bərabərdir. Yerdə qalır 64. Bu isə ikinci bitdir və 1-ə bərabərdir. Oktetin qalan bitəri 0-a bərabər olur.

IPv6

IPv6 da isə ünvanların uzunluğu 128 bitdir. Bu versiyada IP ünvanları iki nöqtə ilə ayrılan hər biri 4 ədəd 16-lı say sisteminə aid olan rəqəmlərdən ibarət 8 qurpa bölünür. Məsələn, 2003:00af:cafe:3daf:1000:edaf:1001:afad. Qrupların hər biri ikili say sistemində 16 bitdən ibarətdir. Bu versiyada ünvanları sayı 5*10²⁸ -ə bərabərdir, bir sözlə lap çox.

IP ünvanları ağ(publik) və boz(gizli) olmaqla iki qrupa bölünür. Ağ IP internetdə görünən və marşrutlana bilən IP-dir. İnternetə çıxışı olan hər bir kompüter və ya başqa şəbəkə cihazının publik IP-si olur. Öz publik IP-niz öyrənmək üçün google-da my IP ilə sorğu etməyiniz kifayətdir. Ola bilər ki, bir IP ilə şəbəkəyə 100-lərlə istifadəçi çıxsın. Publik IP-lərin sayı az olduğu üçün provayderlər və şirkətlər NAT texnologiyasından istifadə edirlər.

Boz IP-lər isə lokal şəbəkə daxilində istifadə olunan IP ünvanlardır. Lokal IP şəbəkələr üç diapazonda olur: 0.0.0.0-10.255.255.255, 172.16.0.0-172.31.255.255, 192.168.0.0-192.168.255.255. Kompüterinizin lokal IP-nə baxmaq üçün komanda terminalında (cmd) ipconfig (Linuxda ifconfig) komandasından istifadə edə bilərsiniz.

IP-lərin təsnifatı

İnternet təzə yaradılan vaxtlarda IP ünvanlar siniflərə bölünürdü:

Sinif	Başlanğıc IP	Sonuncu IP	Şəbəkələrin sayı	IP-lərin sayı
A sinfi	0.0.0.0	127.255.255.255	126	16777214
B sinfi	128.0.0.0	191.255.255.255	16382	65536
C sinfi	192.0.0.0	223.255.255.255	2097150	254
D sinfi	224.0.0.0	239.255.255.255
E sinfi	240.0.0.0	254.255.255.255

Nəzərə alaq ki, 0.0.0.0 IP-si mövcud kompüteri bildirən IP-dir və rezerv edilib. Məsələn, kompüter ilk dəfə şəbəkəyə qoşulanda IP ünvan əldə etmək üçün DHCP sorğusu göndərir. Bu zaman göndəricinin IP ünvanı 0.0.0.0 qəbul edən isə geniş yayım (broadcast) IP olan 255.255.255.255 IP-si qeyd olunur. 127.0.0.0 ilə başlayan ünvanlar isə loopback üçün rezerv olunub.

D sinfinə aid olan ünvanlar multicast trafik üçün rezerv olunub, E sinfindəki ünvanlar isə araşdırmalarda tətbiq olunur.

IP ünvanın sinif mənsubiyyəti ilk bitlərə görə müəyyən olunur. Məsələn, A sinfində 1-ci bit həmişə 0-a bərabərdir. B sinfində 10, C sinfində isə 110. Hər bir sinfin müvafiq şəbək maskası var: A sinfi üçün 255.0.0.0, B sinfi üçün 255.255.0.0, C sinfi üçün isə 255.255.255.0.

CIDR

Lakin zamanla aydın olur ki, sinifləndirmə mövcud IP ünvanlardan səmərəli istifadə etməyə imkan vermir. Buna görə də CIDR (Classless Inter-Domain Routing) sisteminə keçid edilir. Bu halda IP ünvana istənilən şəbəkə maskasını vermək olur. Nəzərə almaq lazımdır ki, şəbəkə maskasını yalnız artırmaq olar, azaltmaq isə olmaz. Yəqin 255.255.255.0 maskalı 10.10.11.10 IP-nə rast gəlmisiniz. 10 şəbəkəsi A sinfinə aiddir, maska isə C sinfinə.

Lakin bu halda belə IP ünvanlar israf edilir. Kiçik şəbəkələrdə bu o qədər də hiss olunmur. Lakin İnternet provayderləri miqyasında bu ciddi sezilir. Məsələ burasındadır ki, yerli provayderlərə regional provayderlər müəyyən IP diapazonu ayırır. Provayderlər də bu IP-lərdən səmərəli istifadə etməlidirlər.

IP-lərin paylanması IANA tərəfindən həyata keçirilir. O, IP diapazonları regional qeydiyyatçılara ayırır. Onlar da öz növbəsində IP-ləri onlara tabe olan provayderlər arasında paylaşdırır. Avropa üçün regional qeydiyyatçı RIPE-dır.

IPv4-də altşəbəkələrin yaradılması

Tutaq ki, provayder olaraq bizə 95.10.10.0/24 (24 şəbəkə maskasında olan aktiv bitlərin sayıdır) şəbəkəsi ayrılıb. Burada 254 IP var. Əslində bu şəbəkədə IP sayı 256-dır. Lakin 95.10.10.0 şəbəkə ünvanıdır və istifadə edilmir. 95.10.10.255 isə geniş yayım ünvandır. Beləliklə, şəbəkə inzibatçısının cəmi 254 IP-si var. Verilən şəbəkədə hostlara verilə biləcək IP sayını müəyyən etmək üçün xüsus düstur var:

H=2ⁿ – 2

Burada H istifadə oluna biləcək host IP-lərin sayıdır, n isə şəbəkə ünvanında host hissəsinə ayrılmış bitlərdir. 2 isə yuxarıda qeyd etdiyimiz şəbəkə və broadcast ünvanlardır. Məsələn, 192.168.1.0 255.255.255.0. Burada ilk 24 bit şəbəkə nömrəsidir, yerdə qalan 8 bit isə host nömrəsi.  Beləliklə, H=2⁸ – 2 = 254

Bunu bir müştəriyə versək yerdə qalan 253 IP-dən istifadə edə bilməyəcəyik. Əks halda müştərilərin trafiki bir-birinə qarışar. Bu məqamda köməyə şəbəkənin alt şəbəkələrə bölünməsi metodu gəlir. Bu metod həm də təhlükəsizliyi artırır. Müxtəlif maskalı şəbəkələr arasında trafik işləmir. Əlavə olaraq ACL yazmaqla şəbəkələrin bir-biri ilə əlaqəsini tənzimləmək olar.

Digər tərəfdən isə, şəbəkənin seqmentlərə ayrılması geniş yayım domenlərinin (broadcast domain) sayını artırmaqla bu tIP trafikin həcmini azaldır. Şəbəkəni daha kiçik alt şəbəkələrə bölünmə prosesi VLSM (Variable Length Subnet Mask) texnologiyasının tətbiqi ilə həyata keçirilir. İşin məğzi bizə ayrılmış şəbəkəni daha kiçik şəbəkələrə bölməkdir.

VLSM

Gəlin 95.10.10.0/24 timsalında bu prosesi həyata keçirək. Biz provayderik və 32 müştərimiz var. Hər birinə 6 IP ünvanı verməliyik o şərtlə ki, müştərilərin trafiki bir-birinə qarışmasın. Hazırda bizim 254 IP-dən ibarət bir şəbəkə ünvanımız var. Bizə isə 32 şəbəkə ünvanı lazımdır.

Şəbəkə ünvanlarının sayını müəyyən etmək üçün xüsusi düstur var:

N = 2ⁿ

Burada N alt şəbəkələrin sayıdır, n isə IP ünvanın host hissəsindən götürdüyümüz bitlərin sayıdır. İlkin variantda biz host hissəsindən heç bir bit götürməmişik, buna görə də N = 2⁰  = 1 şəbəkəmiz var. Bizə isə 32 şəbəkə lazım olduğu üçün ünvanın host hissəsindən log₂(32)=5 bit götürməliyik. Nəticədə, 2⁵  = 32. Beş aktiv bit isə bizə 248 ədədini verir. Beləliklə, şəbəkə maskası 255.255.255.248-ə bərabər olur. Yerdə qalan 3 bit isə bizə lazım olan 8 IP ünvanı verir ki, bunun da 6-sı istifadə edilə biləndir.

Kompüterin hansı alt şəbəkəyə aid olduğunu müəyyən etmək üçün şəbəkə avadanlıqları kompüterin IP-si ilə şəbəkə maskası arasında binar AND əməliyyatını yerinə yetirir. Binar AND əməliyyatı eyni mövqedə olan iki bit arasında məntiqi AND əməliyyatını keçirir. Əgər hər iki bit 1-dirsə nəticə 1 olacaq. Əks halda nəticə 0 olacaq. Misal:

Keçək daha çətin misala. Fərz edək ki, bizim cəmi 4 müştərimiz var, lakin onlara lazım olan IP sayı fərqlidir.

Müştəri 1	120
Müştəri 2	60
Müştəri 3	25
Müştəri 4	12

Belə ki, ilk müştəri üçün bizə 120 IP ünvan lazımdır. Buna ən yaxın ədəd isə 128-dir. İkinci müştəri üçün isə uyğun gələn say 64-dür. Lakin ilk 128 IP birinci müştəriyə ayrıldığı üçün biz yerdə qalan 128 IP-ni bölüşdürməliyik. Bu halda ikinci müştəri üçün şəbəkə maskası 192 olacaq. Üçüncü müştəri üçün ən yaxın ədəd 32-dir. 32 IP əldə etmək üçün isə şəbəkə maskası 224 olmalıdır. Dördüncü şəbəkədə bizə 16 ünvan lazımdır və bunun üçün 240 maskasını istifadə edirik.

Müştəri	Host sayı	Maska	İlk IP	Son IP	Şəbəkə nömrəsi	Broadcast IP
1	120	255.255.255.128	95.10.10.1	95.10.10.126	95.10.10.0	95.10.10.127
2	60	255.255.255.192	95.10.10.129	95.10.10.190	95.10.10.128	95.10.10.191
3	25	255.255.255.224	95.10.10.193	95.10.10.222	95.10.10.192	95.10.10.223
4	12	255.255.255.240	95.10.10.225	95.10.10.238	95.10.10.224	95.10.10.239

Əslində İnternetdə hazır cədvəllər var və onlardan istifadə etmək olar. Lakin imtahanlarda bu tIP suallar düşdüyü üçün şəbəkəni alt şəbəkəyə bölə bilmək lazımdır.