Nivelul 3 - Rutarea si Adresarea în Retea

Sa întelegem necesitatea unui Nivel dedicat Retelei.

Sa întelegem cum se determina Calea (Path Determination).

Sa întelegem Scopul si Functionarea Adreselor IP în interiorul Antetului IP.

Sa întelegem si sa utilizam Clasele de Adrese IP.

Sa întelegem Scopul Spatiului rezervat Adreselor.

Sa întelegem Fundamentele  Subretelelor.

Sa învatam cum se creeaza o Subretea.

10.1.1.1. Sa vedem de ce identificatorii sunt insuficienti pentru o conectivitate completa.

Nivelul de retea are un rol esential în transportul datelor prin structura fizica a retelei. Nivelul de retea foloseste o schema de adresare pe care dispozitivele (devices) o folosesc pt a determina destinatia datelor care sunt transportate de la un capat la altul al retelei. Proto­coalele care nu suporta nivelul de retea pot fi folosite în mici retele interne. Aceste proto­coale folosesc de obicei numai un nume (adresa MAC - adresa de control al accesului la mediu) pentru a putea fi identificat calculatorul în retea. Problema cu acest mod de abordare este urmatoarea: cu cât reteaua creste în marime, cu atât devine mai dificil de organizat toate numele. Daca doua retele sunt conectate între ele, fiecare nume de calculator ar trebui verificat pentru a sti sigur ca nu mai exista alte calculatoare cu acelasi nume în retea.
Protocoalele care suporta nivelul de retea folosesc o 535c27f tehnica de identificare pt dispozitive­le (devices) care garanteaza un identificator unic. Deci, cum difera acest identificator de la adresa MAC, care este deasemenea unica? Adresele MAC folosesc o schema de adresare plata, care nu permite dispozitivelor sa fie gasite daca sunt în aceeasi retea. Adresele Nivelului de retea folosesc o schema ierarhica de adresare care permite doar adrese unice peste limitele retelei, cu o metoda pentru gasirea unei cai (path) dintr-o parte în alta a retelei.
Schema ierarhica de adresare permite informatiei sa traverseze o retea, cu abilitatea de gasire a destinatiei într-un mod eficient. Ca exemplu, sunt sistemul postal si cel telefonic. Sistemul telefonic foloseste un cod telefonic apartinând unei suprafete specifice, care indica o zona geografica pentru cel apelat. Urmatoarele trei cifre reprezinta schimbul local. Cifrele de la sfârsit reprezinta numarul individual de telefon al celui apelat. Dispozitivele de retea necesita o schema de adresare care le permite sa trimita pachete prin retea, o retea care este compusa din segmente multiple ce necesita acelasi tip de schema de adresare. Nivelul de retea suporta mai multe scheme de adresare care permit dispozitivelor sa trimita informatii în toata reteaua.

Necesitatea Retelelor multiple: segmentarea si sitemele autonome

Exemplu: Într-o intersectie, semafoarele controleaza bunul curs al traficului. soferii decid singuri pe ce sosea o vor lua. Desemenea, dispozitivele retelei controleaza fluxul (scurgerea) de informatii. Nivelul de retea ia decizii cu privire la alegerea caii (path).
Exista doua motive fundamentale cu privire la necesitatea retelelor multiple. Primul motiv este acela ca oricând un LAN (Local Area Network), MAN (Metropolitan Area Network, care este o retea de comunicatie ce acopera zona geografica a unui oras, de obicei mai întinsa decât LAN, dar mai mica decât WAN) sau WAN (Wide Area Network, o retea privata întinsa pe o distanta foarte mare, ce foloseste linii concesionate (arendate) pentru a conecta calculatoare sau LAN-uri) creste, devine necesar - pentru traficul pe retea - împartirea în elemente mai mici numite segmente de retea. Rezultatul este ca reteaua devine un grup de retele multiple, fiecare pretinzând o adresa separata.
Al doilea motiv este din cauza numarului urias (si în continua crestere) de retele care deja exista. Retele separate de calculatoare sunt raspândite în oficii (birouri), scoli, companii, tari. În timp ce este eficient sa existe retele separate (sau sisteme autonome, daca fiecare este controlat de un singur administrator de retea) care comunica cu celelalte prin Internet, trebuiesc facute cu scheme de adresare inteligente si dispozitive de conectare între retele. Daca nu, fluxul traficului pe retea se va bloca si nici retelele multiple locale, nici Internetul nu vor functiona.
O comparatie care ne-ar putea ajuta sa întelegem necesitatea segmentarii retelei este de a ne imagina un sistem de sosele si numarul de vehicule care îl foloseste. Cu cât populatia din zona le folosesc, soselele se aglomereaza cu prea multe vehicule. Retelele functio­neaza în acelasi fel. Cu cât retelele cresc, cantitatea traficului creste. O solutie ar fi sa se majoreze latimea de banda, lucru destul de asemanator cu cresterea limitei de viteza sau adaugarea de benzi de circulatie la sosele. O alta solutie ar fi sa se foloseasca dispozitive care sa segmenteze reteaua si sa controleze fluxul traficului, asa cum pe sosea se pot folosi semafoare care sa controleze traficul.

Sa explicam de ce este nevoie de comunicatie între retelele separate.

Internetul este o colectie de segmente de retea care sunt legate împreuna pentru a facilita accesul la informatie. Înca o data, o buna comparatie este cea dintre un sistem de sosele si multiplele alei care au fost construite sa interconecteze multe regiuni geografice.
Retelele functioneaza în aceeasi maniera cu companii cunoscute ca "Internet Service Providers" (ISP) ce ofera servicii care leaga împreuna multiple segmente de retea.

Ilustrarea conexiunii intre retele prin dispozitivele nivelului 3 si prin alte dispozitive

Dispozitivele de interconectare ce opereaza în Nivelul 3 (Nivelul Retea) leaga împreuna segmente de retea sau retele întregi. Dispozitivele specifice care fac acest lucru se numesc routere (dispozitive de rutare). Ele transporta pachete de date între retele.
Ele fac acest lucru pe baza informatiilor specifice protocolului de retea - adica specifice nivelului 3.
Routerele calculeaza cea mai buna cale de transport a datelor într-o retea si livreaza pachetele comutate portului specific segmentului astfel determinat.

Routerele primesc pachete de la dispozitivele unui segment de LAN (de exemplu, o statie de lucru) si bazate pe informatia Nivelului 3, le transmite prin retea.

Descrierea de determinare a caii

Determinarea caii are loc la Nivelul 3 (Nivelul Retea). Functia de determinare a caii face posibil ca un router sa evalueze caile disponibile spre o destinatie si sa stabileasca mane­vrarea preferata a pachetului. Serviciile de rutare folosesc informatia despre topologia retelei când evalueaza caile retelei, apoi administratorul retelei foloseste procesul dinamic rulat în retea, pentru a configura sau sa colecteze informatia. Determinarea caii este procesul folosit de router de alegere a unei cai astfel încât pachetul sa ajunga la destinatie. Acest proces se mai numeste rutarea pachetului.
Determinarea caii unui pachet poate fi comparata cu o persoana care conduce o masina de la un capat al orasului la celalalt. soferul are o harta care i indica strazile pe unde poate ajunge la destinatie. Similar, un router foloseste o harta care îi indica caile disponibile spre destinatie. Ruterele pot deasemenea lua decizia în functie de densitatea traficului si de viteza legaturii (lungimea de banda).

Descrierea adresarii ca o functie a nivelului de retea si ca un mod de obti nere a rutarii.

Adresa retelei identifica o cale partial folosita de router în interiorul "norului retea". Routerul foloseste adresa retelei sa identifice reteaua sursa sau destinatie a pachetului în mediul de retele interconectate.
Pentru unele protocoale ale nivelului de retea, un administrator de retea care atribuie adresele de retea dupa un plan prestabilit de alocare, stabileste si aceste corespondente. Pentru alte protocoale ale nivelului de retea, atribuirea adreselor este partial sau complet dinamica. Majoritatea schemelor de adresare a proto­coalelor de retea folosesc unele forme de adresa de gazda (host).
Adresarea se produce la nivelul de retea. Comparatia anterioara a adresei de retea cu un numar de telefon asupra primei parti (prefixul localitatii si primele trei cifre) a numarului, poate fi extinsa. Cifrele ramase (ultimele patru), indica centralei telefonice ce telefon va suna, ceea ce corespunde cu adresa host-ului (gazdei).
Fara adresarea nivelului de retea, rutarea nu poate avea loc. Routerele necesita adrese de retea pentru a asigura transportul corespunzator al pachetelor. Fara niste structuri de adresare ierarhica, pachetele nu ar fi capabile sa curga lejer de-a lungul retelei. Pe lânga aceasta, fara unele strucruri ierarhice la numerele de telefon, adrese postale sau sistemele de transportare, nu ai putea fi capabil sa realizezi un transport sigur al bunurilor si serviciilor care-ti simplifica rutina zilnica.

Importanta functiei Nivelului 3 ce face posibila mobilitatea calculatorului.

Acum ca s-a înteles cum este posibil de gasit alte resurse prin intermediul retelelor, ce
s-ar întâmpla daca ar trebui sa se mute o gazda (statie de lucru) de la un segment de retea la altul

Dispozitivele de retea au atât o adresa MAC, cât si o adresa de tip protocol (pentru calculatoarele care folosesc reteaua). Când muti fizic un calculator la o retea diferita, calculatorul îsi mentine adresa MAC, dar îi va trebui atribuita o noua adresa de retea. Adresa MAC poate fi comparata cu numele tau, iar adresa de retea poate fi comparata cu adresa ta postala. Daca te-ai muta în alt oras, numele tau ar ramâne neschimbat, dar adresa postala ar indica noul tau domiciliu.

Comparatia dintre Adresarea Plata si cea Ierarhica

Schema de adresare plata atribuie unui dispozitiv urmatoarea adresa disponibila. Adica adresele se dau în secventa simpla de la 1 la N, fara nici o structurare. O schema structu­rata ar spune, de exemplu, ceva de genul de la 1 la 100 sunt server-ele, de la 100 la 200 sunt utilizato rii, de la 200 la 230 sunt printer-serverele, iar de la 230 la 250 sunt portile catre Internet. Un exemplu de schema de adresare plata ar fi un cod de securitate, sau un numar de identifi­care al datei de nastere. Adresele MAC functioneaza în acelasi fel. Unui producator îi este dat un bloc de adrese prima parte a fiecarei adrese este pentru codul producatorului, iar restul adresei MAC este un numar care a fost atribuit, dupa o schema secventiala de numarare.
Într-o schema ierarhica de adresare, ca aceea folosita de sistemul postal pentru codurile postale, adresa este determinata de locatia domiciliului, nu de un numar atribuit aleatoriu. Schema de adresare pe care o vom folosi peste tot în acest curs este Sistemul de adresare în Internet cu protocol IP. Adresele IP au o structura specifica si nu pot fi atribuite aleato riu sau secvential.

Diagrama pachetului de date pe nivelul retea.

Sistemul de adresare în Internet cu protocol IP este implementarea preferata de adrese, a schemei ierarhice de adresare. Pe masura ce informatia coboara de-a lungul modelului OSI , datele sunt încapsulate la fiecare nivel. La nivelul retea, pachetele sunt segmentate în datagrame (care contin adresele sursei si destinatiei), iar daca reteaua foloseste proto­colul IP, atunci sunt formate datagrame (pachete de date) IP. IP determina forma antetului IP, dar nu-i pasa ce contine pachetul de date.
Pentru mai multe informatii despre IP si sistemul de adresare în Internet cu protocolul IP, vizitati urmatoarele site-uri https://support.wrq.com/tutorials/tcpip/tcpipfundamentals.html

https://support.wrq.com/tutorials/tcpip/tcpipfundamentals.html

https://tdi.uregina.ca/~ursc/internet/protocol.html

https://tdi.uregina.ca/~ursc/internet/protocol.html

https://www.ralphb.net/IPSubnet/

https://www.ralphb.net/IPSubnet/

https://www.rad.com/networks/1994/ip_addr/tcpip2.htm

https://www.rad.com/networks/1994/ip_addr/tcpip2.htm

Descrierea câmpurilor din nivelul retea.

Pachetul de date este trabsformat în date, care apoi este încadrat de informatia nivelului 2. Antetul IP este compus din câmpuri. Descrierea este

version - indica versiunea de IP folosita (4 biti, adica jumatate de byte = octet)
HLEN (lungimea antetului IP) - indica lungimea antetului pachetului de date în cuvinte
de câte 32 de biti (câmp de 4 biti)
Service Type (tipul serviciului) - specifica importanta pachetului, lucru stabilit de
protocolul nivelului superior (8 biti)
Total Length (Lungimea Totala) - specifica lungimea întregului pachet IP, inclusiv datele
si antetul, în bytes (16 biti)
Identification - contine un întreg care identifica pachetul de date curent (16 biti)
Flags - un câmp pe 3 biti în care cei doi biti mai putin semnificativi controleaza fragmen- tarea, un bit specifica daca pachetul poate fi fragmentat, iar al doilea bit specifica
daca pachetul este ultimul fragment dintr-o serie de pachete fragmentate
Fragment Offset - câmpul care este folosit pentru a pune împreuna bucata cu bucata toate
fragmentele pachetului de date (16 biti)
Time to Live - mentine un contor care descreste treptat pâna la zero, moment în care
pachetul de date este aruncat la o parte (ignorat), astfel evitând bucle
infinite ale pachetului (8 biti)

Protocol - indica ce protocol de pe nivelul superior primeste pachete dupa ce procesarea
IP a fost completata (8 biti)
Header Chechsum (Suma de control a antetului) - ajuta la asigurarea integritatii antetului
IP (16 biti)
Source Adress (Adresa sursei) - specifica nodul trimis (32 biti)
Destination Adress (Adresa Destinatiei) - specifica nodul primit (32 biti)
Options - permite IP sa suporte diferite optiuni, cum ar fi securitatea (lungime variabila)
Data - contine informatii despre nivelul superior (lungime variabila, maxim 64 kb)

Identificarea câmpurilor sursa si destinatie într-un antet IP si explicarea scopurilor acestora.

Adresa IP contine informatia necesara pentru a ruta un pachet de la un capat la altul al retelei. Fiecare câmp al adresei de sursa si de destinatie contine o adresa pe 32 biti. Câmpul adresei sursei contine adresa IP a dispozitivului care a trimis pachetul. Câmpul destinatie contine adresa IP a dispozitivului care a primit pachetul.

Definirea unei adrese de IP ca un numar binar pe 32 biti.

O adresa IP este reprezentata de un numar binar pe 32 biti. Ca sa reamintim, numerele binare au doar doua valori: 0 si 1. Valoarea fiecarei pozitii intr-un octet este multiplicata cu 2. Este usor de citit o adresa IP daca o împarti în patru octeti, fiecare octet continând câte 8 biti. Valoarea maxima (zecimala) a fiecarui octet este 255.

Identificarea câmpurilor unei adrese IP.

Numarul retelei fiecarei adrese IP identifica reteaua la care este atasat un dispozitiv. Numarul gazdei (host-ului) fiecarei adrese IP identifica conexiunea dispozitivului la acea retea. Deoarece adresele IP sunt formate din 4 octeti separati prin puncte, unul, doi sau trei dintre acesti octeti pot fi folositi pt a identifica numarul de retea al unei adrese IP.
Similar, unul, doi sau trei dintre acesti octeti pot fi folositi pentru a identifica numarul gazdei (host-ului) dintr-o adresa IP.

Identificarea Claselor de adrese IP.

Exista trei clase de adrese IP pe care le poate primi o organizatie de la InterNIC (entita tea ce controleaza atribuirea de retele IP si înregistrarea majoritatii numelor de domenii de pe Internet). Aceste trei clase sunt clasa A, B si C. InterNIC rezerva adrese de clasa A tuturor guvernelor din lume, adrese de clasa B pentru companiile mijlocii, iar adrese de clasa C pentru toti ceilalti. Când este scris în binar, primul bit al adresei de clasa A este mereu 0 (zero). Primii 2 biti ai adresei de clasa B sunt mereu 10, iar primii 3 biti ai adresei de clasa C sunt mereu 101.

N=numarul retelei atribuit de NIC
H numarul gazdei (host-ului) atribuit de administratorul de retea

Un exemplu de adresa IP de clasa A ar fi 124.95.44.15. Primul octet (124) identifica numarul de retea atribuit de InterNIC. Administratorul intern al retelei seteaza sau atribuie valori celor 24 biti ramasi. O modalitate usoara de recunoastere daca un dispozi tiv face parte dintr-o retea de clasa A, este aceea de privire a primului octet din adresa IP. Numarul din primul octet al tuturor retelelor de clasa A este cuprins între 0 si 127.

Toate adresele IP de clasa A folosesc doar primii 8 biti pt a identifica partea de retea a adresei. Cei 3 octeti ramasi ai adresei IP sunt rezervati pentru portiunea de gazda (host) a adresei. Cel mai mic numar posibil al adresei de host ar avea toti cei 8 biti în fiecare dintre cei 3 octeti, pusi pe 0 (zero). Cel mai mare numar posibil al adresei de host ar avea toti cei 8 biti în fiecare dintre cei 3 octeti, pusi pe 1. Fiecare retea care are o schema de adresare IP de clasa A poate atribui dispozitivelor atasate la retea 2²⁴ (adica 16.777.214) adrese IP posibile.

Un exemplu de adresa IP de clasa B ar fi 151.10.13.28. Primii 2 octeti identifica numarul retelei atribuit de catre InterNIC. Administratorul intern al retelei seteaza sau atribuie valori celor 16 biti ramasi. O modalitate usoara de recunoastere daca un dispozi tiv face parte dintr-o retea de clasa B, este aceea de privire a primilor 2 octeti ai adresei IP. Adresele IP de clasa B au mereu pe pozitia primului octet valori între 128-191. Pe pozitia celui de-al doilea octet pot fi puse valori între 0 si 255.

Toate adresele IP de clasa B folosesc primii 16 biti pentru a identifica partea de retea a adresei. Cei 2 octeti ramasi ai adresei IP sunt rezervati pentru portiunea de gazda (host) a adresei. Fiecare retea care are o schema de adrese IP de clasa B poate atribui dispozitivelor atasate la retea 2¹⁶ (adica 65.534) adrese IP posibile.

Un exemplu de adresa IP de clasa C ar fi 201.110.213.28. Primii 3 octeti identifica numarul retelei atribuit de InterNIC. Administratorul intern al retelei seteaza sau atribuie valori celor 8 biti ramasi. O modalitate usoara de recunoastere daca un dispozi tiv face parte dintr-o retea de clasa C, este aceea de privire a primilor 3 octeti din adresa IP. Adresele IP de clasa C au mereu valori între 192-223 pe pozitia primului octet si valori între 1-255 pe pozitia octetilor 2 si 3.

Toate adresele IP de clasa C folosesc primii 24 biti pentru a identifica partea de retea a adresei. Numai ultimul octet al adreselor IP este rezervat pentru portiunea de gazda (host) a adresei. Fiecare retea care are o schema de adrese IP de clasa C poate atribui dispozitivelor atasate la retea 2⁸ (254) adrese IP posibile.

Explicatia faptului ca adresele IP binare apar ca numere zecimale.

Scopul acestui indicator este acela de a marturisi ca toti ceilalti sunt constienti de faptul ca numerele zecimale sunt mai usoare de folosit de catre oameni, decât sirurile lungi de numere binare. Notatia zecimala cu puncte este pentru oamenis bitii sunt pentru calculatoare!

Adresele IP identifica un dispozitiv dintr-o retea si reteaua la care este atasat. Pentru a ni le aminti mai usor, adresele IP sunt scrise de obicei într-o notatie punctata, folosind numere zecimale. De exemplu

Reamintim conversia din binar în zecimal si invers.

Fiecare pozitie dintr-un octet reprezinta o diferita putere a lui 2. Ca si în sistemul de numarare în baza 10, se începe în partea dreapta a fiecarui numar binar.

Exemplu: 11000000. Începând de la dreapta la stânga, avem

0 x 20 = 0

0 x 21 = 0

0 x 22 = 0

0 x 23 = 0

0 x 24 = 0

0 x 25 = 0

1 x 26 = 64

1 x 27 = 128

Total = 192

În acest exemplu, sunt 0 valori de 20, 0 valori de 21, 0 valori de 22, 0 valori de 23, 0 valori de 24, 0 valori de 25, 1 valoare de 26 si 1 valoare de 27. Nu exista 1, 2, 4, 8, 16, 32, ci doar un 64 si un 128. Adunate, se obtine 192, deci numarul binar 11000000 este egal cu numarul zecimal 192.

Conversia adreselor IP zecimale în echivalentele lor binare.

Pentru a converti adrese IP zecimale în numere binare, trebuie cunoscut valorile zecimale ale fiecarui dintre cei 8 biti în fiecare octet. Începând cu bit-ul din partea stânga a octetu lui, valorile pornesc de la 128, apoi fiind reduse la jumatate. Acest proces este repetat pâna la ultima valoare. Conversia care urmeaza ilustreaza doar primul octet.

Exemplu
Sa se converteasca primul octet al adresei 192.57.30.224 în binar.

24 23 22 21 20

Primul pas este de a selecta octetul cel mai din stânga si trebuie determinat daca valoarea este mai mare decât 128. În cazul nostru, 192 >128. Apoi punem un 1 în acel bit si scadem 128 din 192. Rezultatul este 64. Valoarea urmatorului bit este 64, care este egala cu valoarea rezultatului anterior 64, deci bitul ar fi 1. Scazând 64 din 64 rezultatul este 0, de aceea bitii ramasi ar fi toti 0. Numarul binar pentru primul octet (192) ar fi 11000000.

Exercitiu Sa se convertesca octetii ramasi din adresa IP (57, 30, 224), în format binar.

Conversia adreselor IP binare în adrese IP zecimale echivalente.

Pentru a converti adrese IP binare în numere zecimale, folosim un mod de abordare opus celui folosit pentru convertirea numerelor zecimale în numere binare.

Exemplu Convertiti ardresa IP binara 10101010.11111111.00000000.11001101 într-un numar zecimal.

24 23 22 21 20

Pentra a converti aceasta adresa IP, începem cu bitul cel mai din stânga al primului octet. Acesta este 1. Ar trebui stiut ca valoarea unui bit în aceasta pozitie este 128, de aceea numarul zecimal începe cu o valoare de 128. Urmatoarea valoare este 0, deci o sarim.
A treia valoare este 1. Orice bit în aceasta pozitie are valoarea 32, de aceea trebuie adunat 32 la 128, care face 160. Al patrulea bit este 0, deci o sarim al cincilea bit este 1, ceea ce înseamna ca trebuie adunat 8 (8, deoarece orice bit pe pozitia 5 are valoarea 8) la 160, obtinându-se 168. Al saselea bit este 0, deci îl sarim. Al saptelea bit este 1, ceea ce înseamna ca adunam 2 (2, deoarece orice bit pe pozitia 7 are valoarea 2) la 168, obtinând 170. Ultimul bit este 0, deci îl sarim. Valoarea primului octet, dupa ce toate numerele au fost adaugate, este 170.

Explicarea existentei Identificatorului (ID) de retea si a adresei de broadcast (difuzare)

Daca calculatorul tau a vrut sa comunice cu toate dispozitivele în retea, ar fi destul de dificil de scris adresa IP pentru fiecare dispozitiv. Ai putea încerca cu doua adrese, indicând faptul ca te referi la toate dispozitivele cu numere cuprinse în intervalul celor doua adrese, dar acest lucru ar fi de asemenea destul de dificil. Totusi exista o metoda mai scurta.

O adresa IP care se termina cu zero-uri binare, este rezervata pentru adresele de retea. De aceea, într-o retea de clasa A, 113.0.0.0 este adresa IP a retelei. Un router (dispozitiv de rutare) foloseste o adresa IP de retea când trimite date la Internet. Într-o retea de clasa B, adresa IP 176.10.0.0 este adresa retelei.

Remarcam ca numerele zecimale ocupa primii 2 octeti din adresa IP de clasa B a retelei. Motivul este ca ambii octeti sunt atribuiti de InterNIC si sunt numere de retea. Numai ultimii 2 octeti contin zerouri, deoarece numerele din acei octeti sunt numerele gazdei (host-ului) si sunt rezervati pentru dispozitive ce sunt atasate la retea. Pentru a comunica cu toate dispozitivele din retea, adresa IP trebuie sa aiba zero în ultimii doi octeti. Adresa IP din exemplu (176.10.0.0) este rezervata pentru adresa retelei. Ea nu va fi folosita niciodata ca adresa pentru vreun dispozitiv conectat la respectiva retea.

Daca ai fi vrut sa trimiti date la toate dispozitivele din retea, ar trebui sa creezi o adresa de broadcast (difuzare). Un broadcast se produce când o sursa expediaza date la toate dispozitivele din retea. Pentru a fi siguri ca toate dispozitivele din retea sunt atente la un asemenea broadcast, sursa trebuie sa foloseasca o adresa IP pe care s-o recunoasca toate dispoziti vele. În mod caracteristic, o asemenea adresa IP se termina cu cifre de binar

Pentru reteaua din exemplul de mai sus (176.10.0.0), adresa de broadcast care ar fi expediata la toate dispozitivele din retea ar trebui sa fie 176.10.255.255.

Recunoasterea Identificatorului (ID-ului) unei retele.

Este important de înteles semnificatia partii de retea a unei adrese IP, adica Identificato rul (ID-ul) retelei. Gazde (host-uri) sau dispozitive, într-o retea pot comunica numai cu dispozitive care au acelasi ID de retea. Ele pot împarti (share) acelasi segment fizic, dar daca au numere de retea sau ID-uri de retea diferite, nu pot comunica una cu unele cu altele, în afara de cazul când exista alt dispozitiv care poate face legatura între ID-uri individuale de retea sau segmente logice.

Comparatia dintre ID-ul retelei si Codurile Postale (Zip Codes).

Codurile postale (Zip Codes) si ID-urile retelelor sunt absolut similare în modul de lucru. Un ID de retea permite unui router sa puna un pachet în segmentul de retea apropiat. De acolo, ID-ul de gazda (host) ajuta dispozitivele din retea sa determine destinatia pachetului.

Codurile Postale (Zip Codes) permit sistemului postal sa dirijeze corespondenta la oficiul postal local. De acolo, adresa strazii îndruma postasul la destinatia corecta.

Identificarea adresei de broadcast. Asemanari si deosebiri dintre adresele de broad cast si posta voluminoasa.

O adresa de broadcast este o adresa care are numai în câmpul de gazda (host). Când un pachet este lansat într-o retea ce foloseste o adresa de broadcast, toate dispozitivele din retea observa acest lucru. De exemplu, într-o retea cu ID-ul 176.10.0.0, mesajul de broadcast, care ar ajunge la toate gazdele, ar avea adresa 176.10.255.255.

O adresa de broadcast este similara unei poste voluminoase. Codul postal (Zip Code) dirijeaza posta la o zona apropiata, iar adresa individuala dirijeaza fiecare bucata la destinatia corespunzatoare. O adresa de broadcast foloseste aceeasi metoda. Numarul de retea indica segmentul, iar restul adresei spune fiecarui dispozitiv ca este un mesaj de broadcast si ca dispozitivul trebuie sa fie atent la mesaj. Toate dispozitivele dintr-o retea îsi recunosc propriile adrese IP de gazda, precum si adresa de broadcast pentru retea.

Explicarea numarului de gazde (hosts) ce sunt în clase diferite de adrese IP

Fiecare clasa de retea permite un numar fix de gazde. Într-o retea de clasa A, primul octet este atribuit de InterNIC, ceilalti 3 octeti fiind atribuiti gazdelor. Cei 3 octeti fac 24 biti, deci numarul de gazde pe care reteaua îl poate atribui este 2²⁴ (adica 16,777,214) gazde.

Într-o retea de clasa B, primii 2 octeti sunt atribuiti de InterNIC, lasând ca ultimii 2 octeti sa fie atribuiti gazdelor. Cei 2 octeti finali totalizeaza 16 biti, deci numarul de gazde pe care reteaua îl poate atribui este 2¹⁶ (adica 65,534) gazde.

Într-o retea de clasa C, primii 3 octeti sunt atribuiti de InterNIC, lasând ca ultimul octet sa fie atribuit gazdelor. Ultimul octet contine 8 biti, deci numarul de gazde pe care reteaua îl poate atribui este 2⁸ (adica 254) gazde.

Daca numerele nu sunt adunate, tineti minte ca prima adresa din fiecare segment este rezervata pentru numarul de retea, iar ultima adresa din fiecare segment este rezervata pentru broadcasts.

Explicarea ineficacitatii adresarii IP clasice.

Uneori, administratorii de retea sunt nevoiti sa divida retele, în special retele mari, în retele mai mici - numite subretele - pentru a furniza o flexibilitate suplimentara. Similar portiunii numarului de gazda a adreselor de clasa A, B, sau C, adresele de subretea sunt atribuite local, de obicei de administratorul de retea. Pe deasupra, ca si alte adrese IP, fiecare adresa de subretea este unica. Este posibil ca o adresa IP de clasa B sa fie despartita în mai multe subretele.

Definirea Subretelei

Adresele de subretea includ un numar de retea, un numar de subretea în interiorul retelei si un numar de gazda în interiorul subretelei. A treia (nivel intermediar) adresa permite subnets sa furnizeze o extra flexibilitate pentru administratorul de retea.

Pentru a creea o adresa de subnet, un administrator de retea împrumuta biti de la câmpul gazdei si îi indica ca un câmp de subnet. Numarul minim de biti care poate fi împrumutat este 2. Daca ai împrumutat doar 1 bit, pentru a creea un subnet, atunci ai avea doar un numar de retea (reteaua .0) si numarul de broadcast (reteaua .1). Numarul maxim de biti pe care îi poti împrumuta, poate fi orice numar care lasa cel putin 2 biti pentru numarul de gazda.

Descrierea unui motiv pentru folosirea subretelelor.

În desen se spune ca dispozitivele pot transmite doar când pe cablul de retea nu este trimis si altceva în acelasi timp. Un trafic prea mare duce la întârzieri pe retea ce devin semnificative.

Primul motiv pentru care se foloseste subnet este acela de a reduce marimea domeniului de broadcast. Broadcasts sunt trimise la toate gazdele din retea sau subretea. Când traficul broadcast-ului începe sa consume prea mult din lungimea de banda disponibila, administratorii de retea pot alege sa reduca marimea domeniului de broadcast.

Definirea Mastii Subretelei (Subnet Mask).

Proprietati ale unei Masti de Subretea -lungime de 32 biti;
-divizata în patru octeti;
-partile de retea si subretea contin numai 1-ri (vezi fig. de sus)
-partea de gazda (host) contine numai 0-uri (vezi fig. de sus).
(16 biti pentru Retea, 16 biti pentru Gazda (host))

Prefixul de retea extins (termen traditional), masca de subretea, sau masca, spun dispozitivelor retelei care parte a unei adrese este prefixul retelei, care parte este numarul subretelei si care parte este numarul gazdei. O masca de subretea are o lungime de 32 biti.

Executarea operatiilor Booleene AND, OR si NOT.

Termenul de operatii în matematica se refera la niste reguli care dicteaza cum un numar poate fi schimbat în altul sau cum poate fi combinat cu altul. Operatiile cu numere zeci male includ adunarea, scaderea, înmultirea si împartirea. Exista operatii asemanatoare, dar diferite, de lucru cu numere binare. Operatiile Booleene de baza sunt AND, OR si NOT. AND este asemanatoare cu înmultirea, OR cu adunarea, iar NOT schimba pe 1 în 0 sai pe 0 în 1.

Executa functia AND, cum ar face un ruter, pentru a obtine numarul retelei, cand ai adresa IP completa si masca de subretea.

Cel mai inferior numar de adresa, într-o retea IP, este numarul retelei sau ID-ul retelei. Acest lucru este valabil si pentru o subretea cel mai inferior numar de adresa este adresa subretelei.

Router-ul executa operatiile booleene, cea mai importanta fiind operatia AND. Pentru a afla ID-ul de retea al unei subretele, router-ul trebuie sa ia adresa IP si masca subretelei, apoi le aplica operatia AND. Numarul rezultat este numarul retelei subretelei.

Identificarea domeniului (range) de biti ce poate fi împrumutat pentra a creea subretele.

Mastile de subretea folosesc acelasi format ca si adresele IP. Acestea au o lungime de 32 biti si sunt divizate în 4 octeti. Mastile de retea contin numai 1 în partea de retea si de subretea, iar partea de gazda contine numai 0-uri. Din oficiu, daca nu au fost împrumutati biti, masca de subretea pentru o retea de clasa B ar fi 255.255.0.0. Totusi, daca 8 biti ar fi împrumutati, masca de subretea pentru aceeasi retea de clasa B, ar fi 255.255.255.0. Deoarece sunt doar 2 octeti în câmpul pentru gazda al retelei de clasa B, numarul maxim de biti ce pot fi împrumutati pentru a creea subretele, este 14.

O retea de clasa C are doar un octet în câmpul de gazda, de aceea, pot fi împrumutati pâna la 6 biti pentru a creea subretele. Numarul minim de biti ce pot fi împrumutati pentru orice clasa, este 2. Subretelele ce contin adresele de retea si de broadcast, nu pot fi folosite. De aceea, daca ar fi sa împrumuti doar 1 bit, ai creea 2 subretele, nici una dintre ele neputând fi folosita.

Valoarea unui octet este schimbata în numarul de biti folositi în acel octet. Bitul cel mai semnificativ este luat de la fiecare octet. Valoarea zecimala a acelui bit este folosita pentru calculul mastii de subretea. Daca, de exemplu, folosesti 1 bit, valoarea octetului este 128. Daca folosesti 2 biti, valoarea este 192 (128

Aceasta fig. reprezinta un tabel de echvalente zecimale ale modelelor (sabloanelor) de bit.

Explicam cum masca de subretea determina marimea subretelei.

Pentru a creea o subretea, primul lucru care trebuie facut este de a extinde portiunea de retea a adresei peste partea portiunii a gazda a adresei. De exemplu, o adresa de clasa B, 130.5.0.0, cu masca de subretea 255.255.255.0, înseamna ca 8 biti au fost împrumutati pentru a creea subretele. Portiunea de retea a fost extinsa cu 8 biti.

Alt exemplu este adresa IP de clasa C, 197.15.22.31, cu masca de subretea 255.255.255.224. Cu valoarea 224 în ultimul octet, portiunea de retea a fost extinsa cu 3 biti, pentru a totaliza 27 biti.

Calculul numarului de subretele când sunt date masca de subretea si adresa IP.

Ori de câte ori se împrumuta biti din câmpul gazdei, este important de notat numarul de retele care sunt create de fiecare data când se împrumuta un bit. Este stiut faptul ca nu se poate împrumuta doar 1 bit, ceea ce înseamna ca numarul minim de biti ce pot fi împrumutati este de 2 biti. Împrumutând 2 biti, se creeaza 4 retele (2²). De fiecare data când se împrumuta înca un bit de la câmpul gazdei, numarul de subretele care sunt create se mareste cu o putere a lui 2.
8 subretele care sunt create împrumutând 3 biti, sunt gândite ca (2³). 16 subretele create prin împrumutarea a 4 biti, pot fi gândite ca (2⁴). Din aceste exemple, este usor de vazut ca de fiecare data când se împrumuta un alt bit din câmpul gazdei, numarul de subretele create se mareste cu o putere a lui 2.

Calculul numarului de gazde (hosts) din subretea când sunt date masca subretelei si adresa IP.

De fiecare data când se împrumuta 1 bit din câmpul gazdei, ramâne cu 1 bit mai putin în câmpul care poate fi folosit pentru numarul gazdei. De aceea, de fiecare data când se împrumuta un alt bit din câmpul gazdei, numarul de adrese de gazda pe care le poti atribui scade cu o putere a lui 2.

Pentru a te ajuta sa întelegi despre ce este vorba, foloseste o adresa de retea de clasa C ca exemplu. Daca nu se foloseste nici o masca de subretea, toti cei 8 biti din ultimul octet sunt folositi pentru câmpul gazdei. De acea, exista 256 (2⁸) adrese disponibile de atribuit gazdelor. Acum, sa ne imaginam ca aceasta retea de clasa C este divizata în subretele. Daca ai împrumuta 1 bit din câmpul gazdei, numarul de biti care ar putea fi atribuiti scade la 7. Daca ar fi sa scrii toate combinatiile posibile de 0-uri si 1-ri care s-ar putea afla printre cei 7 biti ramasi, ai putea descoperi ca numarul total de posibile gazde ce pot fi atribuite fiecarei retele, ar fi redus la 128 (2⁷).

În aceeasi retea retea de clasa C, daca ai împrumuta 2 biti din câmpul gazdei, numarul de biti care ar putea fi atribuiti pentru adresele de gazda, scade la 6. Numarul total de gazde care ar putea fi atribuite la fiecare subretea, ar fi redus la 64 (2⁶).

Numarul adreselor posibile de gazda care pot fi atribuite unei subretele este legat de numarul de subretele care au fost create. De exemplu, într-o adresa de clasa C, daca o masca de subretea, 255.255.255.224 a fost aplicata, atunci 3 biti ar fi fost împrumutati din câmpul gazdei, astfel ar fi fost create 8 subretele, fiecare având pâna la 32 adrese de gazda.

Pentru a întelege mai bine cum functioneaza adresarea IP, când au fost create subretele, încearca sa împarti ultimul octet al adresei retelei de clasa C în 2 parti câmpul subretea si câmpul gazda). Daca exista 32 de adrese gazda posibile care ar putea fi atribuite fiecarui câmp de gazda, atunci adresele IP ale lor ar cadea în intervalul de numere reprezentat în tabelul grafic.

Executia unei operatii booleene AND pentru calculul unui numar de retea.

Adresa de Subretea = 172.16.2.0
Adresa de Gazda = 172.16.2.1 - 172.16.2.254
Adresa de Broadcast = 172.16.2.255

Acum ca s-a înteles cum se creeaza subretelele, ai nevoie sa înveti cum se executa operatia AND, pentru a afla numarul de retea al subretelei pe care o creezi. Imagineaza-ti ca ai o retea de clasa B, cu numarul de retea 172.16.0.0. Dupa evaluarea necesitatilor retelei, te deciti sa împrumuti 8 biti, pentru a crea subretele. Dupa cum ai învatat mai devreme, când împrumuti 8 biti pentru a creea subretele, masca de subretea este 255.255.255.0.

Cineva din afara retelei trimite date la adresa IP 172.16.2.120. Pentru a determina unde trebuie livrate datele, routerul aplica operatia AND acestei adrese cu masca de subretea. Când cele doua numere sunt AND-ate, portiunea de gazda a adresei este eliminata. Ceea ce ram ne este numarul retelei, incluzând subreteaua. Astfel, datele sunt adresate dispoziti­vului care este identificat de numarul binar 01111001.

Acum imagineaza-ti ca ai aceeasi retea 172.16.0.0. De aceasta data te decizi sa împrumuti doar 7 biti, pentru a creea subretele. În notatie binara, masca de subretea pentru aceasta, ar fi 11111111.11111111.11111110.00000000. Care ar fi notatia zecimala cu puncte pentru aceasta notatie binara Din nou, cineva din afara retelei trimite date la o adresa IP, 172.16.2.160. Pentru a determina unde trebuie trimise datele, routerul aplica operatia AND acestei adrese cu masca de retea. Din nou, când cele doua numere sunt AND-ate de router, portiunea de gazda a adresei este eliminata. Ceea ce ramâne este numarul de retea incluzând subreteaua. Astfel, în acest exemplu, datele sunt adresate dispozitivului care este identificat de numarul binar 10100000.

Ilustrarea unei configuratii IP într-o diagrama de retea.

Când configurezi un router, trebuie selectata o adresa dintr-o alta subretea pentru a o atribui fiecarei interfete a router-ului. Fiecare segment de retea (firele si legaturile existente) trebuie sa aiba un alt numar de retea. Exemplul ce urmeaza arata cum ar trebui sa arate o diagrama de retea care foloseste o adresa de subretea.

Logical Network Retea Logica
Phsycal Network Retea Fizica

-Routerul împarte (divizeaza) subretele si retele
-Routerul structureaza fizic subretelele. Adresarea logica trebuie sa fie pusa în corespondenta cu reteaua fizica

Schemele optime de gazda/subretea.

Number of bits borrowed Numarul de biti împrumutati
Number of Subnets Created Numarul de Subretele create
Number of Hosts per Subnet Numarul de Gazde pe fiecare subretea
Total Number of Hosts Numarul total de Gazde
Percent used Procentele folosite

Una dintre deciziile care trebuiesc luate, ori de câte ori creezi subretele, este cum sa optimizezi subretelele si numarul de gazde. stii deja ca nu se pot folosi prima si ultima subretea. Deasemenea, nu poti folosi prima si ultima adresa înâuntrul fiecarei subretele (una este adresa de broadcast, iar cealalta este adresa retelei). Când creezi subretele, pierzi mai multe adrese posibile. Acesta este motivul pentru care administratorii de retea trebuie sa fie atenti la procentajul adreselor pe care le pierd când creeaza subretele.

De exemplu, daca împrumuti 2 biti, creezi 4 subretele, fiecare cu 64 gazde. Doar doua dintre subretele sunt utilizabile si doar 62 gazde utilizabile pentru fiecare subretea. Astfel obtii 124 gazde utilizabile, în loc de 256 gazde, care au fost posibile înainte sa creezi subretelele. Aceasta înseamna ca pierzi 52 din adrese.

Imagineaza-ti ca de aceasta data împrumuti 3 biti. Acum ai 8 subretele, din care doar 6 sunt utilizabile, permitându-ti 30 gazde pentru fiecare subretea. Astfel obtii 180 gazde utilizabile (6*30 ), mai putin decât 254, dar acum pierzi doar 29 din adrese. Oricând creezi subretele, trebuie sa iei în consideratie viitoarea sporire a retelei si procentajul de adrese pe care le-ai pierde prin crearea subretelelor.

Explicarea adreselor private.

Exista anumite adrese în fiecare interval de adrese IP, pe care InterNIC nu le atribuie. Aceste adrese cunt numite Adrese Private. Gazdele care nu se conecteaza la Internet, sau care nu folosesc Network Address Translation (NAT), sau un server de proxy, trebuie sa foloseasca adrese private pentru a se conecta la o retea publica.

Aceasta figura ne prezinta spatiul de adrese private. În figura se arata ca intervalele disponibile pentru adresarea privata, sunt

Multe aplicatii necesita conectivitate înauntrul unei singure retele, neavând nevoie de conectivitate externa. În retelele largi (întinse), TCP/IP (protocolul Transmission Control Protocol/Internet Protocol) este adesea folosit, chiar si când  nivelul dedicat retelei nu necesita conectivitate în afara retelei. De exemplu, bancile. Bancile folosesc TCP/IP pentru a se conecta la Bancomate (Automatic Teller Machines - ATM). Aceste aparate nu se conecteaza la reteaua publica, deci adresele private sunt ideale pentru acestea. O alta utilizare a adreselor private este în distributia într-o retea, când nu exista destule adrese publice disponibile. Schemele private pot folosi server de network address translation (NAT), sau un server de proxy cu câteva adrese publice pentru atasarea la reteaua publica.