Routing(directionare) si addressing(adresare)

Introducere

Stratul retelei este responsabil de navigarea datelor prin retea.Functia stratului de retea este de a gasi cea mai buna cale prin retea.Schema de adresare a stratului retelei este folosita de echipamente pentru a determina destinatia datelor care circula prin retea.In acest capitol, veti invata utilitatea routerului in realizarea functiilor cheie ale stratului 3 al modelului de referinta OSI.

In plus, veti invata despre adresarea IP si cele trei clase de retele in schemele de adresare IP.Veti invata de asemenea ca unele adrese IP au fost rezervate de catre American Registry for Internet Numbers(ARIN) si nu pot fi atribuite oricarei retele.In final, veti invata despre subretele si mastile acestora precum si schemele lor de adresare IP.

10.1 Importanta stratului retelei

10.1.1 Identificatorii

Stratul retelei este responsabil de transmiterea datelor prin mai multe retele(interretele-internetworks).Schema de adresare a stratului 3 este folosita de echipamentele de retea pentru a determina destinatia datelor din retea.

Protocoalele care nu au strat de retea pot fi folosite doar in cazul retelelor interne de mici dimensiuni.Aceste protocoale folosesc de obicei doar un nume(ex. adresa MAC) pentru a identifica un computer in retea.Problemele apar cand reteaua creste in dimensiuni, deoarece devine tot mai dificil de a organiza toate aceste nume, pentru ca doua computere sa nu aiba acelasi nume.

Protocoalele care poseda stratul retelei folosesc o schema de adresare ierarhica care permit doar adresele unice in cadrul unei retele, dar in acelasi timp permit identificarea cailor de comunicatie cu alte retele.Pe cand adresele MAC folosesc schema de adresare orizontala(flat), fapt care face ca identificarea echipamentelor din alta retea sa fie dificila, schema de adresare ierarhica permite informatiei sa traverseze o interretea, oferind metode pentru a gasi destinatia intr-o maniera eficienta.Reteaua telefonica este un exemplu de utilizare a adresarii ierarhice.Sistemul de telefonie foloseste un cod zonal(area code) care defineste o arie geografica pentru prima oprire a semnalului(hop).Urmatoarele trei cifre reprezinta codul local(second hop).Ultimele cifre reprezinta destinatia telefoanelor individuale(final hop).

Echipamentele de retea au nevoie de o schema de adresare care sa permita sa inainteze pachetele de date prin interretea(mai multe retele compuse din mai multe segmente si care folosesc acelasi tip de adresare).Exista mai multe protocoale ale stratului retelei cu diferite scheme de adresare care permit echipamentelor sa inainteze datele printr-o interretea.

10.1.2 Segmentarea si sistemele autonome

Exista doua motive principale pentru care exista retele multiple-rata de marire in dimensiuni a retelelor si cresterea numarului de retele.

Atunici cand o LAN, MAN sau WAN se extinde, devine necesar ca controlul traficului prin retea sa fie impartit in portiuni mai mici numite segmente de retea(network segments)sau doar segmente.Consecinta acestei segmentari o constituie aparitia unui grup de retele, fiecare necesitand adresa separata.

Exista deja un mare numar de retele;retelele sunt un element comun in birouri, scoli, companii, tari.Este usor sa punem in legatura aceste retele(sau sisteme autonome, din moment ce fiecare retea este condusa de un administrator de retea) prin intermediul Internetului.Totusi, acest lucru se poate realiza doar cu ajutorul unei scheme de adresare valabile si cu ajutorul unor echipamente de internetworking potrivite.Daca aceste doua conditii nu sunt indeplinite, traficul poate deveni supraaglomerat, astfel incat nici retelele locale nici Internetul nu pot functiona.

Pentru a intelege rolul segmentarii, sa ne imaginam un sistem de autostrazi si numarul de vehicule care utilizeaza acel sistem.Pe masura ce populatia care locuieste in zona acestor autostrazi creste, acestea devin tot mai aglomerate.Retelele functioneaza in acelasi mod.Pe masura ce se extind, traficul sporeste.O solutie pentru aceste probleme o constituie cresterea latimii de banda, echivalentul cresterii limitei de viteza sau adaugarii de noi benzi pe autostrada.O alta solutie o constituie utilizarea echipamentelor care segmenteaza reteaua si controleaza traficul, l 949f53j a fel cum o autostrada foloseste stopurile pentru a controla traficul.

10.1.3 Comunicarea intre retele

Internetul este o colectie segmente de retea care sunt reunite pentru a facilita impartirea informatiilor.Inca odata, o buna analogie este cea reprezentata de un sistem de autostrazi care conecteaza mai multe regiuni geografice.Retelele functioneaza in aceeasi maniera, prin intermediul companiilor cunoscute sub numele de Internet service providers(ISPs), care ofera servicii de conectare a mai multor segmente de retea.

10.1.4 Echipamentele stratului 3

Routerele sunt echipamente de internetworking care opereaza la nivelul stratului 3.Ele au rolul de a interconecta segmentele de retea pentru a forma retele intregi.Ele paseaza pachetele de date intre retele in functie de informatia de strat 3.

Routerele iau decizii logice in ceea ce priveste cel mai bun traseu pentru a distribui datele intr-o interretea, directionand apoi pachetele de date spre portul si segmentul potrivit.Routerele preiau pachetele de la un echipament LAN(cum ar fi statiile de lucru), si , in functie de informatia stratului 3, le inainteaza prin retea.De fapt, uneori routingul(directionarea) mai este denumit si Layer 3 switching.

10.2 Determinarea traseului

10.2.1 Determinarea traseului

Determinarea traseului(path determination) apare la nivelul stratului 3.Aceasta permite routerului sa evalueze caile disponibile catre o destinatie, si sa stabileasca manevrarea pachetului.Serviciile de directionare folosesc informatia referitoare la topologia retelei atunci cand evalueaza traseele disponibile.Determinare traseului este functia pe care o utilizeaza routerul pentru a alege urmatoarea oprire(hop) din calea catre destinatie.Acest proces de determinare a traseului mai este cunoscut si ca directionarea pachetului.

Determinarea traseului pentru un pachet poate fi comparata cu conducerea unei masini dintr-o parte a orasului in alta.Soferul are la dispozitie o harta cu strazile care conduc la destinatie.Drumul de la o intersectie la alta reprezinta un hop(o oprire).La fel si routerele folosesc o harta care arata caile catre destinatie.

Routerele pot de asemenea sa ia propriile decizii in functie de densitatea traficului si viteza oferita de latimea de banda, la fel cum un sofer poate alege sa mearga pe autostrada sau pe strazi laturalnice.

10.2.2 Adresarea(addressing)

Adresa retelei ajuta routerul sa identifice calea in interiorul unui cloud.Routerul foloseste adresa de retea pentru a identifica reteaua destinatara pentru un pachet de date din interretea.Pe langa adresa retelei, protocoalele de retea mai folosesc si o adresa a gazdei sau nodului.Pentru anumite protocoale ale stratului retelei, un administrator de retea poate atribui adresele gazdei pe baza unui plan predeterminat de adresare in interretea.In cazul altor protocoale ale stratului 3, desemnarea adresei gazdei se face partial sau total dinamic/automat.

In figura se observa ca reteaua 1 are trei echipamente(doua statii de lucru si un router), fiecare cu adresa proprie(se observa ca routerul este conectat la alte doua retele-2 si 3).

Adresarea apare la nivelul stratului 3.In analogia anterioara, adresa de retea este echivalenta cu primele doua portiuni(area code si primele trei cifre) ale unui numar telefonic.Ultimele 4 cifre ale unui numar telefonic ofera echipamentelor companiei de telefonie adresa telefonului pe care urmeaza sa-l apeleze.Acest proces este similar in cazul portiunii de gazda a unei adrese.Portiunea de gazda spune routerului catre ce echipament specific sa distribuie pachetul.

Fara adresarea de strat 3, directionarea nu poate avea loc.Routerele trebuie sa aiba la dispozitie adresele pentru a putea distribui corect pachetele.Daca nu exista o anumita structura ierarhica de adresare, nu ar fi posibil ca pachetele sa calatoreasca intr-o interretea.In mod similar, fara existenta unei structuri ierarhizate in cazul numerelor telefonice, adreselor postale sau transporturilor, nu ar putea avea loc o distribuire rapida a bunurilor si serviciilor.

10.2.3 Stratul 3 si mobilitatea calculatoarelor

O adresa MAC poate fi comparata cu numele dumneavoastra, iar adresa retelei cu adresa postala.De exemplu, daca urmeaza sa va mutati in alt oras, numele va va ramane neschimbat, pe cand adresa postala va indica noua locatie.Echipamentele de retea(atat routerele cat si computerele individuale) au atat o adresa MAC cat si o adresa de protocol(de strat 3).Cand mutati fizic un computer intr-o alta retea, computerul are aceeasi adresa MAC, dar adresa de retea este cea noua.

10.2.4 Compararea adresarii orizontale(flat) si ierarhice

Functia stratului retelei este de a gasi cel mai bun traseu intr-o retea.Pentru a realiza acest lucru, el foloseste doua metode de adresare-adresarea orizontala(flat addressing) si adresarea ierarhica(hierarchical addressing).

Schema de adresare orizontala ataseaza unui echipament urmatoarea adresa disponibila.Nu are importanta structura schemei de adresare.Un exemplu de schema de adresare orizontala este sistemul cifric de identificare militara, sau sistemul de identificare de pe certificatele de nastere.Adresele MAC functioneaza in acelasi mod.Unui producator ii este oferit un domeniu de adrese;prima jumatate a fiecarei adrese reprezinta codul producatorului, iar restul adresei MAC este un numar atribuit secvential.

Codurile ZIP sunt un bun exemplu de adresare ierarhica.In cazul sistemului de coduri ZIP, adresa este determinata prin localizarea cladirii, nu printr-un numar alocat intamplator.

Schema de adresare pe care o veti utiliza in acest curs este adresarea IP(Internet Protocol).

10.3 Adresele IP continute de antetul IP

10.3.1 Datagramele stratului 3

IP(Internet Protocol) este cea mai populara implementare a schemei de adresare ierarhica.IP este protocolul folosit de Internet.Pe masura ce informatiile parcurg straturile modelului OSI, acestea sunt incapsulate la nivelul fiecarui strat.La nivelul stratului de retea, datele sunt incapsulate sub forma de pachete(cunoscute sub numele de datagrame).IP determina forma antetului pachetului(care include informatii de adresare si control), dar nu se preocupa cu datele propriuzise-el accepta orice informatie ii este transmisa de catre straturile superioare.

10.3.2 Sectoarele stratului 3

Pachetul/datagrama stratului se transforma in date pentru stratul 2, unde vor fi incapsulate sub forma de cadre(discutate anterior).Pachetul IP este alcatuit din date de la straturile superioare plus un antet IP, care contine:

versiunea- indica versiunea curenta a IP utilizat(4 biti)

lungimea antetului IP(IP header length-HLEN)-indica lungimea headerului in cuvinte de 32 biti(4 biti)

lungimea totala-specifica lungimea intregului pachet IP, incluzand zona de date si antetul, in byti(16 biti)

identificarea-contine un intreg care identifica datagrama respectiva(16 biti)

flagurile-sector de 3 biti in care cei doi biti cel mai putin semnificativi controleaza fragmentarea-un bit specifica daca pachetul poate fi fragmentat, iar al doilea daca pachetul este ultimul fragment dintr-o serie de pachete fragmentate(3 biti)

offsetul fragmentului-sector care este utilizat pentru a putea reconstitui fragmentele de datagrame(13 biti)

time-to-live(timpul de viata)-contine un cronometru care descreste treptat, prin incrementare, catre 0, moment in care datagrama este indepartata, impiedicand pachetele sa calatoreasc la nesfarsit(8 biti)

protocolul-indica care protocol de strat superior receptioneaza pachetele sosite dupa ce procesarea IP s-a incheiat(8 biti)

verificarea headerului(header checksum)-ajuta la verificarea integritatii antetului(16 biti)

adresa sursei-specifica nodul expeditor(32 biti)

adresa destinatiei-specifica nodul destinatar(32 biti)

optiuni-permit ca IP sa suporte diferite optiuni, cum ar fi cele de securitate(lungime variabila)

datele-contin informatii de strat superior(lungime variabila, maximul 64 Kb)

padding(umplutura)-contine 0uri suplimentari adaugati pentru ca antetul IP sa fie intotdeauna un multiplu de 32 de biti.

10.3.3 Sectoarele sursa si destinatie continute de antetul IP

Adresa IP contine informatia necesara transmiterii pachetului prin retea.Fiecare sector al sursei si destinatiei contine o adresa pe 32 de biti.Sectorul adresei sursei contine adresa IP a echipamentului care trimite pachetul.Sectorul adresei destinatiei contine adresa IP a echipamentului care receptioneaza pachetul.

10.3.4 Adresa IP sub forma unui numar de 32 biti

O adresa IP este reprezentata de un numar binar de 32 biti.Va aduceti aminte ca cifrele binare sunt doar 0 si 1.Intr-un numar binar, valoarea primului bit din dreapta(cunoscut si ca cel mai putin semnificativ) poate fi 0 sau 1.Valoarea zecimala corespunzatoare fiecarui bit se dubleaza pe masura ce va deplasati spre stanga in numarul binar.Deci, valoarea zecimala a celui de-al doilea bit din dreapta este 0 sau 2.Al treilea bit poate fi 0 sau 4, al patrulea 0 sau 8, etc.

Adresele IP sunt exprimate prin numere zecimale separate prin puncte-impartim adresa de 32 biti in 4 octeti(un octet are 8 biti).Valoarea zecimala maxima a fiecarui octet este 255.Cel mai mare numar binar cu 8 biti este 11111111.Acesti biti, de la stanga la dreapta, au valorile zecimale de 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2 si 1.Adunate, dau 255.

Care este valoarea zecimala a octetului evidentiat in figura?Care este valoarea bitului din extremitatea stanga?Dar a urmatorului?Din moment ce acestia sunt singurii 2 biti cu 1, valoarea zecimala a acestui octet este 128+64=192.

10.3.5 Sectoarele adresei IP

Numarul retelei unei adrese IP identifica reteaua la care este atasat un echipament.Sectorul de gazda a unei adrese IP identifica echipamentul specific din acea retea.Deoarece adresele IP sunt alcatuite din 4 octeti separati prin punct, unul, doi sau trei dintre acesti octeti pot fi utilizati pentru a identifica numarul retelei.Similar, pana la trei dintre acesti octeti pot fi folositi pentru a identifica sectorul de gazda a unei adrese IP.

10.4 Clasele de adrese IP

10.4.1 Clasele de adrese IP

Exista trei clase de adrese IP pe care o organizatie le poate primi de la ARIN(sau de la ISPul organizatiei).Acestea sunt Clasa A, B si C.ARIN rezerva in prezent Clasa A de adrese pentru guvernele din intreaga lume(desi unele companii mari, cum ar fi Hewlett Packard, au primit in trecut o astfel de clasa) iar Clasa B de adrese pentru companiile medii.Restului solicitatorilor li se ofera Clasa C de adrese.

Clasa A

Cand este scrisa in format binar, primul bit din stanga al adresei de Clasa A este 0.Un exemplul de adresa IP de clasa A este 124.95.44.15.Primul octet, 124, identifica numarul de retea atribuit de ARIN.Administratorii de retea desemneaza restul de 24 biti ramasi.O modalitate usoara de a recunoaste daca un echipament face parte dintr-o retea de Clasa A este de a privi la primul octet al adresei IP, care se intinde de la 0 la 126(127 incepe cu un bit 0, dar este rezervat pentru scopuri speciale).

Toate adresele IP de Clasa A folosesc doar primii 8 biti pentru a identifica partea de retea a adresei.Ultimii trei octeti pot fi folositi pentru sectorul de gazda al adresei.Fiecare retea care foloseste o adresa IP de Clasa A poate avea pana la 2²⁴ minus 2, sau 16,777,214 adrese IP posibile pentru echipamentele atasate la retea.

Clasa B

Primii doi biti ai adresei de clasa B sunt intotdeauna 10(unu si zero).Un exemplu de adresa IP de clasa B este 151.10.13.28.Primii doi octeti identifica numarul de retea desemnat de ARIN.Administratorii de retea desemneaza restul de 16 biti.O modalitate usoara de a recunoaste daca un echipament face parte dintr-o retea de Clasa B este de a privi la primul octet al adresei IP.Adresele IP de clasa B au valori intre128 si 191 pentrul primul octet.

Toate adresele IP de clasa B folosesc primii 16 biti pentru a identifica partea de retea a adresei.Restul de 2 octeti ramasi pot fi folositi pentru sectorul de gazda al adresei.Fiecare retea care foloseste o adresa IP de Clasa B poate avea pana la 2¹⁶ minus 2, sau 65,534 adrese IP posibile pentru echipamentele atasate la retea.

Clasa C

Primii 3 biti ai unei adrese de Clasa C sunt itotdeauna 110(unu, unu si zero).Un exemplu de adresa IP de Clasa C este 201.110.213.28.Primii trei octeti identifica numarul de retea desemnat de ARIN.Administratorii de retea desemneaza restul de 8 biti.O modalitate usoara de a recunoaste daca un echipament face parte dintr-o retea de Clasa C este de a privi la primul octet al adresei IP.Adresele IP de Clasa C au valori intre 192 si 223 pentru primul octet.

Toate adresele IP de Clasa C folosesc primii 24 de biti pentru a identifica partea de retea a adresei.Ultimul octet poate fi folosit pentru a identifica sectorul de gazda al adresei.Fiecare retea care foloseste o adresa IP de Clasa C poate avea pana la 2⁸ minus 2, sau 254 adrese IP posibile pentru echipamentele atasate la retea.

10.4.2 Adresele IP ca numere zecimale

Adresele IP identifica un echipament intr-o retea precum si reteaua la care este atasat.Pentru a fi usor de retinut, adresele IP sunt de obicei scrise prin separare prin puncte.Din acest motiv, adresele IP au 4 numere zecimale separate prin puncte.Un exemplu de astfel de adresa este 166.122.23.130.Retineti ca un numar zecimal apartine sistemului in baza 10, sistem pe care il folosim in viata de zi cu zi.

10.4.3 Recapitularea conversiei numerelor zecimale si binare

Fiecare pozitie dintr-un octet reprezinta diferite puteri ale lui 2.Ca si in cazul sistemului in baza 10, puterile cresc de la dreapta la stanga.

In figura 2 este prezentata o metoda de convertire a numerelor binare in numere zecimale.Figura 3 va permite sa va exersati aptitudinile de conversie.

In figura 4 este prezentata o metoda de convertire a numerelor zecimale in numere binare.Figura 5 va permite sa va exersati aptitudinile de conversie.

Exemplu:

10010000(Lucrati de la dreapta la stanga)

In acest exemplu se afla 0 valori de 2⁰;0 valori de 2¹;0 valori de 2²;0 valori de 2³;1 valoare de 2⁴;0 valori de 2⁵;0 valori de 2⁶;1 valoare de 2⁷.Deci nu avem 1, 2, 4, 8, avem 16, nici un 32, 64 dar avem un 128.Prin adunarea lui 128 cu 16, obtinem numarul zecimal 144.

10.4.4 Convertirea adreselor IP zecimale in format binar

Pentru a converti adresele IP zecimale in format binar trebuie sa cunoasteti valorile zecimale ale fiecarui bit din fiecare octet.Incepand cu bitul din extremitatea stanga, valorile incep de la 128 si sunt reduse la jumatate cu fiecare deplasare spre dreapta cu o unitate, ajungand pana la valoarea 1 la extremitatea dreapta a octetului.In exemplu de mai jos se prezinta doar primul octet.

Exemplu:

Transformati primul octet al adresei 192.57.30.224 in format binar.

In primul rand trebuie sa selectati octetul din extremitatea stanga si sa determinati daca valoarea lui este mai mare decat 128.In acest caz(192) este.Plasati 1 in primul bit si scadeti128 din 192.Restul este 64.Valoarea urmatorului bit este 64, care este egala cu valoarea restului, deci si acesta va fi 1.Scadeti 64 din 64.Restul este 0, si deci restul bitilor va fi 0.Numarul binar corespunzator va fi 11000000.

Exercitiu:

Transformati restul octetilor(57, 30 si 224) in format binar.

10.4.5 Convertirea adreselor IP binare in format zecimal

Pentru a transforma adresele IP binare in format zecimal, folositi o abordare opusa celei descrisa anterior.

Exemplu:

Transformati primul octet al adresei binare 10101010.11111111.00000000.11001101 in format zecimal.

Pentru a converti aceasta adresa IP, incepeti cu bitul de la extremitatea stanga a primului octet.El este 1.Stiti ca valoarea unui bit in acea pozitie este 128, si deci numarul zecimal are deja valoarea 128.Urmatorul bit este 0 si deci trecem mai departe.Al treilea bit este 1;pozitia lui corespunde valorii 32;deci, adunati 32 la 128 si obtineti 160.Al patrulea bit este 0, deci treceti mai departe.Al cincilea bit este 1, deci adunati 8 la 160 si obtineti 168.Al saselea bit este 0, trecem mai departe, iar al saptelea este 1, deci adunam 2 la 168.Ultimul bit este 0, si deci nu il luam in considerare.

10.5 Spatiul de adrese rezervat

10.5.1 Scopul Idurilor si a adreselor broadcast

Daca calculatorul vostru vrea sa comunice cu toate echipamentele dintr-o retea, ar fi greoi sa memoreze adresa fiecarui echipament.Puteti folosi doua adrese cu cratima, indicand ca va referiti la toate echipamentele dintr-un domeniu de nume, insa chiar si aceasta modalitate ar fi greoaie.Exista , insa , o alta metoda mai rapida.

O adresa IP care se termina cu cifra binara 0 la toti biti de gazda este rezervata pentru adresa retelei(numita si adresa wire).Din acest motiv, intr-un exemplu de Clasa A, 113.0.0.0 este adresa IP a unei retele care contine gazda 113.1.2.3.Un router va folosi adresa IP a retelei cand va inainta datele pe Internet.Intr-un exemplu de Clasa B, adresa IP 176.10.0.0 este o adresa de retea.

Numerele zecimale care ocupa primii doi octeti intr-o adresa de retea de Clasa B sunt desemnate ca fiind numerele retelei.Ultimii doi octeti contin 0uri, deoarece acesti 16 biti contin numerele gazdelor, si sunt folosite pentru echipamentele atasate la retea.Adresa IP din exemplul de mai sus(176.10.0.0) este rezervata pentru adresa retelei.Nu va fi utilizata niciodata pentru a desemna vreun echipament din reteaua respectiva.

Daca doriti sa transmiteti date catre toate echipamentele dintr-o retea, puteti folosi o adresa broadcast(broadcast address).Un broadcast apare cand o sursa trimite date catre toate echipamentele din retea.Pentru a fi sigur ca toate echipamentele din retea vor acorda atentie broadcastului, expeditorul trebuie sa foloseasca o adresa IP de destinatie care poate fi recunoscuta de toate echipamentele din retea.Adresele IP de tip broadcast se termina cu cifra binara 1 la nivelul intregului sector de gazda al adresei(host field).

In cazul retelei de mai sus(176.10.0.0), unde ultimii 16 biti formeaza sectorul de gazda, adresa broadcast emisa ar trebui sa aiba forma 176.10.255.255(din moment ce 255 este echivalentul zecimal al octetului 11111111).

10.5.2 IDul retelei

Este important sa intelegeti importanta portiunii de retea dintr-o adresa IP-IDul retelei(the network ID).Gazdele dintr-o retea pot comunica direct doar cu echipamentele care au acelasi ID de retea.Pot folosi in comun acelasi segment fizic, insa daca au numere de retea diferite, atunci nu pot comunica intre ele-decat in cazul in care exista un alt dispozitiv care poate realiza conexiunea intre retele.

10.5.3 Analogie referitoare la IDul retelei

Codurile ZIP si IDurile de retea functioneaza intr-un mod similar.Un cod ZIP permite sistemului postal sa directioneze scrisorile catre oficiul postal local.De aici, adresa strazii directioneaza postasul catre destinatia precisa.Un ID de retea permite routerului sa plaseze pachetul in segmentul de retea corespunzator.IDul gazdei permite routerului sa distribuie cadrul stratului 2 catre o gazda specifica din retea.

10.5.4 Analogie referitoare la adresa broadcast

O adresa broadcast este o adresa care are numai bitul 1 in sectorul de gazda.Cand trimiteti un pachet broadcast in retea, toate echipamentele din retea il vor observa.De exemplu, intr-o retea cu IDul 176.10.0.0, un pachet broadcast ar trebui sa aiba adresa176.10.255.255.O adresa broadcast este similara cu distribuirea unei scrisori catre toate adresele dintr-un cartier.Pe baza codului ZIP se identifica aria de distributie, iar adresa broadcast codificata sub numele de ,,Rezidenti locali" directioneaza scrisoarea in mai multe exemplare catre fiecare adresa din aria respectiva.

O adresa IP broadcast foloseste acelasi concept.Numarul de retea desemneaza segmentul, iar restul adresei spune fiecarui host din reteaua respectiva ca acela este un mesaj de tip broadcast, si ca fiecare host trebuie sa acorde atentie mesajului respectiv.Toate echipamentele din retea vor recunoaste propria adresa IP de gazda precum si adresa broadcast a propriei retele.

10.5.5 Gazdele claselor de adrese IP

Fiecare clasa de retea permite un numar fix de gazde.In cazul unei retele de clasa A, primul octet este rezervat, iar ultimii trei octeti(24 biti) sunt atribuiti gazdelor.Numarul maxim de gazde este de 2²⁴ (minus 2:adresa rezervata ale retelei si cea broadcast), sau 16,777,214.

In cazul unei retele de clasa B, primii doi octeti sunt rezervati, iar ultimii doi octeti(16 biti) sunt atribuiti gazdelor.Numarul maxim de gazde este de 2¹⁶ minus 2, sau 65,534.

In cazul unei retele de clasa C, primii trei octeti sunt rezervati.Ultimul octet(8 biti), permite conectarea a maximum 2⁸ minus 2, sau 254 de gazde.

Retineti ca prima adresa in fiecare retea este rezervata pentru adresa reala a retelei(sau numarul retelei), iar adresa finala este rezervata pentru adresa broadcast.

10.6 Notiuni de baza despre subnetting

10.6.1 Adresarea IP clasica

Administratorii de retea se vad nevoiti uneori sa divida retelele, in special cele mari, in retele mai mici.Aceste diviziuni mai mici se numesc subretele(subnetworks) si asigura flexibilitate de adresare.In majoritatea cazurilor subretelele sunt denumite subneturi(subnets)

Ca si in cazul numarului de gazda din adresele de Clasa A, B si C, adresele subneturilor sunt atribuite local, de obicei de catre administratorul de retea.De asemenea, ca si alte adrese IP, fiecare adresa de subnet este unica.

10.6.2 Subretea

Adresele subretelei include sectorul de retea al adreselor de Clasa A, B sau C, plus un sector de subretea si un sector de gazda.Sectorul de subretea(subnet field) si sectorul de gazda sunt create din portiunea de gazda initiala pentru intreaga retea.Capacitatea de a decide cum trebuie divizata aceasta portiune, va furniza administratorului de retea flexibilitea de adresare ceruta.Pentru a crea o adresa de subretea, un administrator preia biti din portiunea de gazda initiala si ii desemneaza sectorului de subretea.

Figurile 2 si 3 demonstreaza structura ierarhica a adreselor de subretea.

Pentru a crea o adresa de subretea, un administrator imprumuta biti din portiunea de gazda initiala si ii desemneaza sectorului de subretea.Numarul minim de biti care poate fi imprumutat este de 2.Daca veti folosi doar un bit, pentru a crea o subretea, atunci subreteaua nu va putea avea decat adresa retelei -.0 si adresa broadcast-.1.Numarul maxim de biti care pot fi imprumutati poate fi orice numar care lasa in portiunea de gazda initiala minimum 2 biti.In acest exemplu de adresa IP de Clasa C, bitii din sectorul de gazda au fost imprumutati pentru sectorul de subretea.

10.6.3 Scopul subnettingului

Scopul principal al folosirii subretelelor este de a reduce marimea domeniului de broadcast(broadcast domain).Semnalele broadcast sunt transmise catre toate gazdele dintr-o retea sau subretea.Cand traficul broadcast incepe sa consume prea multa latime de banda, administratorii de retea pot opta pentru reducerea marimii broadcast domainului.

10.6.4 Masca subretelei

Masca subretelei(the subnet mask), denumita formal prefix de retea extinsa, nu este o adresa, ci determina ce portiune din adresa IP este sectorul retelei si care portiune este segmentul de gazda.O masca are lungimea de 32 biti, deci 4 octeti, ca si o adresa IP.

Pentru a determina masca pentru o anumita adresa IP de subretea respectati urmatorii pasi:

exprimati adresa IP de subretea in forma binara

inlocuiti portiunea de retea si subretea cu bitul 1

inlocuiti portiunea de gazda a adresei cu bitul 0

in final transformati expresia binara in format zecimal

Nota:prefixul de retea extinsa include numarul de retea de Clasa A, B, C, plus sectorul de subretea(sau numarul subretelei) care este utilizat pentru a extinde informatia de directionare(care in restul cazurilor este chiar numarul de retea).

10.6.5 Operatiile booleene:AND, OR si NOT

Termenul ,,operatii" in matematica se refera la regulile care definesc modul de combinare al unui numar cu alt numar.Operatiile cu numere zecimale include adunarea, scaderea, inmultirea si impartirea.In cazul numerelor binare exista operatii inrudite, dar totusi diferite fata de cele mentionate.Operatiile booleene de baza sunt AND, OR si NOT.

AND este echivalenta inmutirii

OR este echivalenta adunarii

NOT schimba 1 in 0 si 0 in 1

10.6.6 Aplicarea functiei AND

Cea mai mica adresa intr-o retea IP este adresa retelei(numarul de retea plus 0 pe intregul sector al gazdei).Acest lucru se aplica si in cazul subretelei:cea mai mica adresa este adresa subretelei.

Pentru a putea indruma pachetele de date, routerul trebuie mai intai sa determine adresa retelei/subretelei de destinatie, prin efectuarea operatiei logice AND, folosind adresa IP a gazdei destinatare si masca subretelei.Rezultatul va fi adresa retelei/subretelei.

In figura, routerul a receptionat un pachet pentru gazda 131.108.2.2-foloseste operatia AND pentru a afla ca acest pachet este destinat catre subreteaua 131.108.2.0.Operatiunea AND este explicata in laboratorul 10.6.6.

10.7 Crearea unei subretele

10.7.1 Domeniul de biti necesar pentru a construi o retea

Pentru a crea subretele, trebuie sa extindeti portiunea de directionare a adresei.Internetul cunoaste reteaua in ansamblu, pe baza adresei de Clasa A, B sau C, care definesc 8, 16 respectiv 24 biti de directionare (numarul de retea).Sectorul subretelei va reprezenta niste biti de directionare suplimentari, astfel ca routerul din cadrul retelei voastre poate recunoaste locatii diferite, sau subneturi, in interiorul retelei in ansamblu.

Intrebarea 1:In cazul adresei 131.108.0.0 care sunt bitii de routing?

Raspuns:131.108-acesta este numarul de retea pe 16 biti al retelei de Clasa B.

Intrebarea 2:La ce sunt folositi restul de doi octeti(16 biti) ai adresei 131.108.0.0?

Raspuns:Din punct de vedere al Internetului, acestia sunt cei 16 biti ai sectorului de gazda, deoarece adresa de Clasa B are tocmai aceasta structura-un numar de retea pe 16 biti si un numar de gazda tot pe 16 biti.

Intrebarea 3:Care portiune a adresei 131.108.0.0 este sectorul subretelei?

Raspuns:Atunci cand decideti sa creati subretele, trebuie sa divizati sectorul de gazda initial(16 biti in cazul Clasei B) in doua portiuni- sectorul subretelei si sectorul de gazda.Acest proces este cunoscut sub numele de ,,imprumutare" a unor biti initiali pentru a crea un sector de subretea.Restul retelelor din Internet nu vor lua in seama acest lucru-ele vor privi adresa in acelasi mod-tot ce vor vedea de fapt este numarul de retea de Clasa A, B sau C, si vor trimite pachetul catre acea retea.Numarul minim de biti pe care il puteti imprumuta este de 2, indiferent de Clasa din care face parte reteaua( ).Deoarece in portiunea de gazda initiala trebuie sa ramana minimum 2 biti( ), numarul maxim de biti care vor putea fi imprumutati variaza in functie de clasa adresei.

Sectorul subretelei intotdeauna urmeaza imediat dupa numarul retelei.Mai precis, bitii imprumutati trebuie sa fie primii n biti ai sectorului de gazda initial, unde n reprezinta marimea dorita a sectorului de subretea.Masca subretelei este instrumentul utilizat de catre router pentru a determina care biti sunt de routing si care sunt ai gazdei.

Standardele trecute nu permiteau utilizarea subretelelor obtinute prin imprumutarea unui singur bit(in acest caz sectorul retelei avea doar doua valori, corespunzatoare adresei retelei(bitul 0) respectiv adresei broadcast(bitul 1);desi actualmente exista multe echipamente care pot suporta subretele obtinute prin imprumutarea unui singur bit, incercati evitarea folosirii acestora din ratiuni de compatibilitate;in acest curs vom folosi minim 2 biti.

In mod asemanator, un sector de gazda de 1 bit, poate admite doar valoarea 0, care este parte a adresei retelei, si valoarea 1, care este parte a adresei broadcast, astfel ca nu mai sunt posibile alte adrese valide.

10.7.2 Determinarea marimii mastii subretelei

Mastile folosesc acelasi format ca si adresele IP.Ele au 32 biti lungime si sunt divizate in 4 octeti, scrisi in forma zecimala.Toate mastile de subretea contin bitul 1 in pozitiile bitilor de retea(determinate de Clasa adresei) precum si in pozitia bitilor subretelei, si contin bitul 0 in restul pozitiilor, desemnandu-I pe acestia drept portiunea de gazda a adresei.

In general, daca nu imprumutati vreun bit, masca pentru o retea de Clasa B va fi 255.255.0.0, care este echivalentul zecimal al bitilor 1 in primii 2 octeti ai numarului de retea.

Daca imprumutati 8 biti pentru sectorul de subretea, masca ar trebui sa includa inca 8 biti cu valoarea 1, si deci ar deveni 255.255.255.0.

De exemplu, daca masca 255.255.255.0 este asociata cu adresa de Clasa B 130.5.2.144(imprumutam 8 biti pentru subnetting), routerul va directiona acest pachet catre subreteaua 130.5.2.0, din cadrul retelei 130.5.0.0.

Un alt exemplu este adresa de Clasa C 197.15.22.131, cu masca 255.255.255.224.Cu valoarea 244 in octetul final(11100000 in format binar), portiunea de retea de 24 biti a fost extinsa cu 3 biti, pentru a totaliza 27 biti.Cifra 131 din ultimul octet reprezinta acum cea de-a treia adresa de gazda disponibila a subretelei 197.15.22.128.Routerele din Internet(care nu stiu masca subretelei) se vor ocupa doar de directionarea pachetului catre reteaua de Clasa C 197.15.22.0, pe cand routerele din retea, cunoscand masca subretelei, vor examina cei 27 de biti pentru a lua o decizie de directionare.

10.7.3 Calcularea mastii subretelei si adresei IP

De fiecare data cand imprumutati biti din sectorul de gazda, este important sa notati numarul subretelelor pe care le creati de fiecare data cand mai imprumutati biti.Ati aflat deja ca trebuie sa imprumutati minim 2 biti.Prin imprumutarea a doi biti se pot crea 4 posibile subretele(2²)(trebuie insa sa aveti in vedere ca 2 adresa sunt rezervate, neutilizabile).De fiecare data cand mai imprumutati un bit din sectorul de gazda, numarul subretelelor creste cu o putere a cifrei doi.

Numarul de subretele care se pot crea prin imprumutarea a 3 biti este de 8, sau 2³ (2 x 2 x 2).Numarul de subretele care se pot crea prin imprumutarea a 4 biti este de 16, sau 2⁴ (2 x 2 x 2 x 2).Din aceste exemple, puteti vedea cu siguranta ca de fiecare data cand mai imprumutati un bit, numarul de subretele se dubleaza.

Intrebarea 1:Cati biti au fost imprumutati(cat de lung este sectorul subretelei) pentru o retea de Clasa B care foloseste masca 255.255.240.0?

Raspuns:Primii doi octeti ai mastii(255.255) corespund cu cei 16 biti din numarul de retea al unei retele de Clasa B.Amintiti-va ca sectorul subretelei este reprezentat prin toti bitii cu valoare 1, situati dupa acesti octeti.Numarul 240 are formatul binar 11110000, deci folositi 4 biti pentru sectorul subretelei.

Intrebarea 2:Cate subretele sunt create cu un sector de subretea de 4 biti?

Raspuns:Incepeti prin stabilirea celui mai mic numar pe patru biti -0000- si a celui mai mare numar-1111(15).Deci pot fi 0-15 subretele, sau 16 subretele.Totusi nu puteti utiliza subreteaua 0(este parte a adresei retelei) si subreteaua 15(adresa broadcast).Deci puteti crea 14 subretele utilizabile(1-14).

10.7.4 Determinarea numarului de gazde dintr-o subretea

De fiecare data cand imprumutati 1 bit din sectorul de gazda, numarul de biti care pot fi folositi in acest sector scade cu 1.Mai precis, de fiecare data cand imprumutati un bit din host field, numarul de adrese de gazda se reduce la jumatate.Pentru a intelege acest proces, sa luam ca exemplu o adresa de Clasa C.Daca nu exista vreo masca, toti cei 8 biti din ultimul octet vor fi folositi pentru sectorul de gazda.Din acest motiv, vor fi disponibile 256(2⁸) adrese posibile pentru gazde(mai precis 254, deoarece doua nu le puteti utiliza).Acum, sa ne imaginam ca aceasta retea este divizata in subretele.Daca imprumutati minimum de doi biti din sectorul de 8, acesta ajunge la 6 biti.Prin permutare, veti determina ca numarul maxim de gazde care poate fi adresat se reduce la 62.Daca imprumutati 3 biti, sectorul de gazda va fi de 5 biti, iar numarul de gazde se reduce la 32(2⁵)(30 de gazde valide).

Numarul de adrese posibile pentru o subretea este conditionat de numarul subretelelor create.Spre exemplu, intr-o retea de Clasa C, daca se aplica o masca de 255.255.255.244 , atunci vor fi imprumutati 3 biti(224=11100000) de la sectorul de gazda.Numarul de subretele utilizabile sunt de 6(8 minus 2), fiecare cu 30(32 minus 2) adrese de gazda utilizabile.

Exercitiu:

Impartiti ultimul octet in 2 parti:un sector de subretea si unul de gazda.Daca exista 32 adrese de gazda posibile care pot fi atribuite fiecarei subretele, atunci adresele IP corespunzatoare ar trebui sa se incadreze in acest domeniu de numere(amintiti-va totusi ca 2 adrese sunt neutilizabile in fiecare subretea).

Intr-o retea de Clasa C, cu adresa 199.5.12.0 cu masca 255.255.255.224, carei subretele ii va apartine gazda 199.5.12.97?(tip:97=01100001)

A.subretelei 0?

B.subretelei 1?

C.subretelei 2?

D.subretelei 3?

E.subretelei4?

F.nici unei subretele?

10.7.5 Operatia booleana AND

Cum ati aflat deja, cea mai mica adresa intr-o retea IP este adresa retelei(numarul de retea plus 0 in intregul sector de gazda).Acest lucru se aplica si in cazul unei subretele;adresa cea mai mica in acest caz este adresa subretelei.

Pentru a indruma un pachet de date, routerul trebuie mai intai sa determine adresa retelei/subretelei destinatare.Pentru a afla acest lucru routerul efectueaza operatia logica AND folosind adresa IP a gazdei destinatare si masca subretelei din acea retea.

Sa ne imaginam ca avem o retea de Clasa B cu numarul de retea 172.16.0.0.Dupa evaluarea necesitatilor pentru reteaua voastra, decideti sa imprumutati 8 biti pentru a crea subretele.Din exemplele anterioare, cand imprumutati 8 biti intr-o retea de Clasa B, masca va fi 255.255.255.0.Cineva din afara retelei trimite date catre adresa IP 172.16.2.120.Pentru a determina unde sa trimita datele, routerul realizeaza operatia AND intre aceasta adresa si masca.Cand doua numere sufera operatia logica AND, portiunea de gazda al rezultatului va fi intotdeauna 0.Ceea ce ramane este numarul de retea, inclusiv al subretelei.Astfel, data va fi trimisa catre subreteaua 172.16.2.0, si doar routerul final va distribui acel pachet catre gazda 120 din acea subretea.

Acum, sa ne imaginam ca avem aceeasi retea, 172.16.0.0.De aceasta data decideti sa imprumutati doar 7 biti pentru sectorul de subretea.Masca in format binar va fi 11111111.11111111.11111110.00000000.Care va fi echivalentul zecimal al acestei valori?Din nou, cineva din exteriorul retelei trimite un mesaj catre gazda 172.16.2.120.Pentru a determina unde sa trimita datele, routerul efectueaza operatia AND intre adresa si masca.Conform regulii, cand doua numere sufera operatia AND, portiunea de gazda va fi 0.Deci ce difera in cazul acestui exemplu?Totul arata la fel-cel putin in format zecimal.Diferenta este numarul de subretele disponibile, si numarul de gazde care pot fi accesate per subretea.Puteti observa acest lucru doar prin compararea celor doua masti.

Cu 7 biti in sectorul subretelei, pot exista doar 126 subretele.Cate gazde vor fi per subretea?Cat de lung este sectorul de gazda?Cu 9 biti in sectorul de gazda, vor fi 510 gazde in fiecare dintre aceste 126 subretele.

Cele doua figuri de pe aceasta pagina contin o modalitate alternativa de exprimare a mastii.Ati invatat ca bitii 1 din masca reprezinta bitii de directionare-reteau si subreteaua.255.255.255.0 indeca faptul ca exista 24 biti de routing.Acest lucru poate fi indicat prin urmarea adresei IP de expresia ,,/24", cum ar fi 131.108.3.1/24-echivalentul notatiei desfasurate.

10.7.6 Configuratia IP intr-o diagrama de retea

Atunci cand configurati routerele, trebuie sa conectati fiecare interfata la un segment de retea diferit.Apoi fiecare dintre aceste segmente vor deveni subretele separate.Trebuie sa selectati o adesa de la fiecare subretea pe care sa o atribuiti interfetei routerului care se conecteaza la acea subretea.Fiecare segment de retea-firele si linkurile-trebuie sa aiba numere de retea/subretea diferite.In figura 2 se observa o diagrama a unei retele de clasa B, cu subretele.

10.7.7 Scheme de gazduire/subretele

Una dintre deciziile pe care trebuie sa le luati de fiecare data cand creati subretele este de a determina numarul de subretele si gazde.(Nota:numarul de subretele poate duce la determinarea numarului de gazde disponibile).De exemplu, daca imprumutati 3 biti intr-o retea de Clasa C, mai raman doar 5 biti pentru gazde).

10.7.8 Adresele private

Exista anumite adrese in fiecare clasa de adrese IP care nu sunt atribuite.Aceste adrese sunt denumite adrese private.Adresele private pot fi folosite de catre gazdele care folosesc network address translation(NAT), sau un proxy server, pentru conectare la o adresa publica; sau de catre gazde care nu se conecteaza de loc la Internet.

Multe aplicatii necesita conectivitate doar in interiorul unei singure retele, si nu au nevoie de o conexiune externa.In retelele mari, este folosit adesea standardul TCP/IP, chiar si atunci cand nu este necesara conectivitatea oferita de stratul 3 inafara retelei.Bancile sunt un bun exemplu.Ele pot utiliza TCP/IP pentru a se conecta la ATMuri.Aceste masini nu se conecteaza la retelele publice, deci in cazul lor sunt ideale adresele private.Adresele private pot fi folosite intr-o retea unde nu sunt disponibile suficiente adrese publice.

Adresele private pot fi utilizate impreuna cu un server NAT sau un proxy server pentru a asigura conectivitatea catre toate gazdele din reteaua care are putine adrese publice disponibile.Prin consens, orice trafic care are adresa de destinatie incadrata in domeniul de adrese private, nu va fi directionata catre Internet.

Sumar

In acest capitol ati discutat directionarea si adresarea, in relatie cu stratul de retea al modelului OSI.Ati mai invatat ca:

Functiile de internetworking ale stratului 3 include adresarea si selectarea celui mai bun traseu pentru trafic

Exista doua metode de adresare:orizontala si ierarhica

Exista 3 clase de adrese IP pe care o organizatie le poate primi de la ANIR:Clasele A, B si C

ANIR rezerva Clasa A de adrese pentru guverne, Clasa B pentru companii de marime medie, si Clasa C de adrese pentru restul utilizatorilor

Cand sunt scrise in format binar, primul bit al adresei de Clasa A este intotdeauna 0

Primii doi biti ai adresei de Clasa B sunt intotdeauna 10, iar primii 3 biti ai adresei de Clasa C este intotdeauna 110

Pentru a oferi o mai mare flexibilitate de adresare, in cazul anumitor retele(mai ales cele mari) se recurge la divizarea lor in retele mai mici numite subretele(subnetworks,subnets)

Subretelele sunt izolate fata de retelele exterioare prin folosirea mastilor de subretea.

In capitolul urmator, veti vedea cum functioneaza protocoalele si echipamentele de routing la nivelul stratului retelei.