3η MultimediaΔιάλεξημεθέμα“Ip addressClassesandSubnetting”

Περιέχει:•Συστήματααρίθμησης

•(Δεκαδικό, Δυαδικό, Οκταδικό, Δεκαεξαδικό, Παραδείγματα)

•Φυσικέςδιευθύνσεις(Macaddresses,BIA)•Λογικέςδιευθύνσεις(Ip addresses)•Διευθυνσιοδότησηβασιζόμενησεκλάσεις•Υποδικτύωση

•Μηχανισμόςδιαχωρισμούενός(μεγάλου)δικτύουσευποδίκτυα.

Εισαγωγήστοδεκαδικόσύστημααρίθμησης

• Τοπερίφημο“θεσιακό,δεκαδικό”σύστημααρίθμησης.Έχειβάσητο10 καιψηφίατα0,1,2,3,4,5,6,7,8,9.Το ψηφίο που βρίσκεται πρώτο από τα αριστερά του αριθμού είναι εκείνο που έχει τημεγαλύτερη αξία και ονομάζεται το πιο σημαντικό ψηφίο ή ψηφίο ανώτερης τάξης. Ανάλογαμε τη θέση του κάθε ψηφίου σχηματίζοντα μονάδες, δεκάδες (10) εκατοντάδες (100) και γιατο κλασματικό μέρος δέκατα (1/10), εκατοστά (1/100), χιλιοστά (1/1000) κλπ., όπωςφαίνεται στο παράδειγμα που ακολουθεί.

478,15=4x102 +7x101 +8x100 +1x10-1 +5x10-2Ακέραιο μέρος Κλασματικόμέρος

Εισαγωγήστοδυαδικόσύστημααρίθμησής

• Αντίθετα με τους ανθρώπους, οι υπολογιστέςχρησιμοποιούν ένα λίγο διαφορετικό σύστημααρίθμησης, το “δυαδικό” (binary). Η βάση σε αυτήντην περίπτωση είναι το 2.

• Ας κάνουμε ένα παράδειγμα ενός δυαδικούαριθμού, του 101011010. Παράδειγμα 1

Οαριθμόςαυτός,παρατηρώνταςτοπαράδειγμα1εκφράζειτοναριθμό346στοδεκαδικό σύστημααρίθμησής.Σε έναν υπολογιστή όλα τα δεδομένασυμβολίζονται με σειρές από μηδενικά καιάσους δηλαδή από συνεχόμενα bits . To bitαποτελεί την μικρότερη ποσότητα πληροφορίας

Εισαγωγήστοδεκαεξαδικόσύστημααρίθμησης

• Η βάση στο δεκαεξαδικό (hexadecimal ή hex)σύστημα αρίθμησης είναι το 16. Για τους πρώτους10 χρησιμοποιούμε τους 0 εώς 9 του δεκαδικούσυστήματος. Οι επόμενοι 6 είναι με τη σειρά τααγγλικά γράμματα A = 10, B = 11, C = 12, D = 13, E =14, F =15.Εάν κάνετε μετατροπές σε μεγάλους αριθμούς θα παρατηρήσετε ότι οι δεκαεξαδικοίχρησιμοποιούν λιγότερα ψηφία από ότι οι δεκαδικοί για να εκφράσουν έναν αριθμόπχ.1.000.00010= F424016 Παράδειγμα 2

Οιδεκαεξαδικοί αριθμοίγιαναξεχωρίζουναπότουςδεκαδικούςσυχνά συμβολίζονταικαιμετοπρόθεμα 0xόπωςτο0x015A

Μετατροπήδεκαδικώνσεάλλααριθμητικάσυστήματα.

• 4bits αρκούνγιαναπεριγράψουν όλουςτουςακέραιουςαπότο0έωςκαιτο15,στοσύνολο16αριθμοί. Αυτόσυμβαίνει γιατί24=16.Όπωςείναιαναμενόμενο8bitθαπεριγράφουνόλουςτουςαριθμούςαπότο0 εώςκαιτο255,16bitεώςκαιτο65535καιούτοκαθ'εξής.

• Ίσωςείναιχρησιμόναέχουμεέναν πίνακατουλάχιστονστηναρχήμεμερικέςαπότιςδυνάμειςτου2.

20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

1 2 4 8 16 32 64 128 256 512

Μετατροπήδεκαδικώνσεάλλααριθμητικάσυστήματα.

Έστω ότι θέλουμε να μετατρέψουμε το δεκαδικό 346 στην δυαδική τουαναπαράσταση:

• 1ος τρόπος (πρακτικός): Βρίσκουμε τη μεγαλύτερη δύναμη του 2 που “χωράει”στο 346. Αυτό είναι το 256 που είναι η δύναμη του 8. O εκθέτης 8 ανήκει στηθέση 9 άρα αρκούν 9 bit. Η 9η αυτή θέση θα έχει και την τιμή 1. Ο αριθμός μας,μέχρι τώρα, είναι κάπως έτσι: 1 x x x x x x x x Αφαιρούμε το 256 από το 346 καιβρίσκουμε ότι 346 – 256 = 90. Συνεχίζουμε όπως και πριν αλλά με το 90. Το 128είναι μεγαλύτερο από το 90 άρα το επόμενο bit (το 8ο) δεν χρησιμοποιείταιοπότε θα είναι μηδέν. Το 64 χωράει στο 90 άρα το 7ο bit θα είναι 1. Επομένωςστην παρούσα φάση ο αριθμός μας θα έχει τη μορφή 101 x x x x x x .Ακολουθώντας τη διαδικασία αυτή προκύπτει ότι αριθμός μας είναι ο 101011010Ουσιαστικά αυτό που κάναμε είναι να αναλύσουμε το 346 σε άθροισμαδυνάμεων του 2.

Μετατροπήδεκαδικώνσεάλλααριθμητικάσυστήματα.

• 2οςτρόπος(Ευκλείδειοςαλγόριθμος) Τώραθακάνουμεδιαδοχικέςδιαιρέσειςμετο2καικρατάμετουπόλοιπο.Θασταματήσουμεόταντοπηλίκογίνειμηδέν.Αντοτουπόλοιποείναιμηδέντότεμηδένθαείναικαιοσυντελεστής.Αντουπόλοιποείναι1,αυτόςθαείναικαιοσυντελεστής.Ηδιαφοράείναιότιτώραοαριθμόςγράφεταιαπόδεξιάπροςτααριστερά.

Παράδειγμα3

Όπωςήταναναμενόμενοοδυαδικόςείναιο101011010.

MACAddress– MediaAccessControl

• Συνώνυμοι ορισμοί ( BIA, Physical Address)• Πρόκειται για μια διευθυνση η οποία είναι “καμμένη” επάνω

σε κάθε δικτυακή συσκευή ή κάρτα δικτύου (NIC). Τηδιευθυνσή αυτή δεν την αντιστοιχεί ο χρήστης όπως μπορείνα κάνει με την IP address.

• Ενα Pc που διαθέτει ταυτόχρονα έναν Ethernet adapter καιέναν wireless adapter θα έχει δύο διαφορετικές MACAddresses. Tο ίδιο φυσικά ισχύει και για έναν Router μεπερισσότερα του ενός interfaces.

MACAddress– MediaAccessControl

• Η δομή της ορίζεται στο πρότυπο IEEE 802 και τομήκος της είναι 48 bits, δύνοντας έτσι τη δυνατότηταγια 248 = 281,474,976,710,656 πιθανές MACaddresses.

• Οι διευθύνσεις αυτές συνήθως εκφράζονται μεβάση το δεκαεξαδικό σύστημα αρίθμησης (hex). Έναπαράδειγμα μιας MAC Address θα μπορούσε ναείναι η : "00-08-74-4C-7F-1D".

MACAddress– MediaAccessControl

60 byte1stoctet

50 byte2stoctet

40 byte3stoctet

30 byte4stoctet

20 byte5stoctet

10 byte6stoctet

6bytes

Byteανώτερηςαξίας Byteκατώτερηςαξίας

Παράδειγμα4

"00-08-74-4C-7F-1D"OUINICSpecific

1. OrganizationallyUniqueIdentifier(OUI).2. Τατελευτάια3οκτέτα αναπαριστούντοσειριακό αριθμόπουέχει

αντιστοιχηθείστηνκάρτααπότονκατασκευαστή.(NICSpecific)

IPAddressing• IPaddress=32-bitnumber

Είναιομαδοποιημένεςσεοκτάδεςαπόbitsοιοποίεςχωρίζονταιμεταξύτουςμετελείεςκαιαναπαρίστανταισεδεκαδικήμορφήγνωστήκαιως(dotteddecimalnotation)

• IPaddress=4bytenumber10010011110010001000001011000

• Decimalnotation147.102.16.88

Decimalnotation

147.102.16.88ü ΗκατώτατηδιεύθυνσηIPείναιη0.0.0.0καιηανώτατηη255.255.255.255ü Οιδιευθύνσειςμεόλαταbitsτηντιμή0ήόλατηντιμή1έχουνειδική σημασία

Network Host32bits

8bits 8bits 8bits 8bits

IPAddressClasses- ΚλάσειςΔιευθύνσεωνΗδιευθυνσιοδότησηIPυποστηρίζειπέντεδιαφορετικέςκλάσεις:A,B,C,D,E.ΜόνοοικλάσειςA,B,καιC χρησιμοποιούνταιγιαεμπορική χρήση.

IPAddressclass

Format(Μορφή)

Στόχος Bit(s)ΥψηλότερηςΑξίας

AddressRange(Έυρος)

ΑριθμόςBitsNetwork/Host

Max.Hosts

A N.H.H.H1 Μεγάλουςοργανισμούς

0 1.0.0.0->127.255.255.255

7/24 16777214(224 -2)

B N.N.H.H ΜεσαίουΜεγέθουςοργανισμούς

1,0 128.0.0.0->191.255.255.255

14/16 65534(216 -2)

C N.N.N.H ΜικρούΜεγέθουςοργανισμούς

1,1,0 192.0.0.0->223.255.255.255

21/8 254(28 -2)

D N/A ΠολλαπλήΔιανομή(RFC112)

1,1,1,0 224.0.0.0->239.255.255.255

N/A(notforCommercialuse)

N/A

E N/A Πειραματικά 1,1,1,1 240.0.0.0->254.255.255.255

N/A N/A

1N=Networknumber, H=HostNumber2ΜίαΔιεύθυνσηδεσμέυεταιγιατηBroadcastAddressκαιμιαγιατοNetwork

ΕιδικέςδιευθύνσειςIP• 127.0.0.1διεπαφήβρόχουεπιστροφής(loopback)

• Εάνθέσουμεμηδέν(0) όλαταbitsτουτμήματοςhostid προκύπτειτοόνοματουδικτύου.Π.χ128.143.0.0

• Εάνθέσουμεμεένα(1) όλαταbitsτουτμήματοςhostidείναιηεκπομπήστοδίκτυο.Π.χ128.143.255.255

Πειραματικές/ελεύθεραδιαθέσιμεςδιευθύνσειςIP• ΠακέταμεαυτέςτιςδιευθύνσειςδενδρομολογούνταιστοInternet

Ø 10.0.0.0->10.255.255.255 /8Ø 172.16.0.0 ->172.31.255.255/12Ø 192.168.0.0 ->192.168.255.255/16

• Μπορούνόμωςναχρησιμοποιηθούνστοεσωτερικόδικτύων

ΥποδίκτυακαιΜάσκαΥποδικτύου• Πολλοί μεγαλοί οργανισμοί συνηθίζουν να διαιρούν τα

δίκτυα τους σε επιμέρους υποδίκτυα, αφήνοντας ένα μικρόαριθμό bits για τον προσδιορισμό των τελικών υπολογιστών.

• Παράδειγμα:Ας υποθέσουμε ότι σε ένα μεγάλο οργανισμό έχει ανατεθεί ηδιεύθυνση δικτύου 128.6.Χ.Χ κλάσης B. O οργανισμός αυτόςμπορεί να χρησιμοποιήσει την τρίτη οκτάδα της διεύθυνσηςγια να προσδιορίσει σε ποιό τοπικό δίκτυο, π.χ Ethernetανήκει ο υπολογιστής.

Δύο τυχαία υποδίκτυα 128.6.4.X και 128.6.5.X

ΥποδίκτυακαιΜάσκαΥποδικτύου• Μια διεύθυνση υποδικτύου δημιουργείται με το να

“δανειστούμε” bits από το πεδίο των hosts και να τοχαρακτηρίσουμε ως πεδίο υποδικτύου “subnet field”. Οαριθμός των bits που θα δανειστούμε ποικίλει καικαθορίζεται από τη μάσκα υποδικτύου “subnet mask”.

Παράδειγμα4

Class B Address πριν το Subnetting

1 0 Host host

ClassBAddressμετάτοSubnetting1 0 Subnet host

Η subnet mask χρησιμοποιεί την ίδια μορφή και αναπαράσταση με την Ip address .Η subnet mask χρησιμοποιεί την τιμή 1 για κάθε bit που αντιστοιχεί στο πεδίο Networkή Subnetwork και την τιμή 0 για όλα τα bits που αντιστοιχούν στο πεδίο των Hosts.

ΥποδίκτυακαιΜάσκαΥποδικτύου• Επομένως η subnet mask που θα χρησιμοποιούσαμε

προκειμένου να δημιουργήσουμε subnetting τουπαραδείγματος4 είναι η ακόλουθη.

Network Subnet hostNetwork

Δυαδική 11111111111111111111111100000000απεικόνιση

Δεκαδική 255 • 255 • 255•0απεικονιση(Dotteddecimalnotation)Γνωρίζονταςπλέονοτι :ΗClassAέχει8bitNetworkID,ηClass Bέχει16bitNetworkIDκαιηClass Cέχει24bitNetworkID μπορούμενακατανοήσουμεγιαποίολόγοοι defaultsubnetmasksκάθεκλάσηςείναιοιακόλουθες.

CLASSA 255.0.0.0ήαλλιώς/8

CLASSB 255.255.0.0ήαλλιώς/16

CLASSC 255.255.255.0ήαλλιώς/24

ΥποδίκτυακαιΜάσκαΥποδικτύου(Casestudies)Μας δίνεται για παράδειγμαμια class C IP : 210.99.5.0/24

210.99.5.0.NetworkID Hosts

Μας ζητείται να κάνουμε subnetting “να τη χωρίσουμε δλδ σευποδίκτυα”. Υποθέτουμε οτι μας ταιριάζει η περίπτωση κατάτην οποία δανειζόμαστε 2 bits από το πεδίο των hosts. Για νατο επιτύχουμε αυτό θα πρέπει να τροποποιήσουμε τη μάσκαυποδικτύου από /24 σε /26 ή απο 255.255.255.0 σε255.255.255.192.

ΝέαSubnetmask 11111111.11111111.1111111.1100000026bits

ΥποδίκτυακαιΜάσκαΥποδικτύου(Casestudies)Με το συγκεκριμένο subnetting έχουμε 2 bits για subnets και 6 bits γιαhosts

Παρατηρώνταςλοιπόναυτότοπαράδειγμαδιαπιστώνουμεοτιπαρόλοπουδανειστήκαμε 2bitsαποτοτμήματωνhostsκαιθαέπρεπεναδημιουργηθούν22 =4subnetIDs,ταενεργάυποδίκτυαείναιμόνοδύο.Το2ο καιτο3ο .Αυτόδιότιτο1ο Subnet ID συμπίπτειμετοΝetworkIDτουσυνολικούδικτύουκαιεπίσηςηBroadcastIPτουτελευταίουυποδικτύουείναικοινήμετηνBroadcastIP τουσυνολικούδικτύου.Επομένωςθαθυμόμαστεοτιταενεργάυποδίκτυαγιατοεκάστοτε subnettingείναι2χ -2. Όπουχείναιοαριθμόςτωνbitsπουδανειστήκαμεαπότοπεδίοτωνhost.

Επίσηςοσυνολικόςαριθμόςτωνhostsαναsubnetείναι26 -2=62διότιδενμπορούμεναέχουμεστοτμήματωνhostμόνομηδεν“subnetid”ούτεμόνοέναμιάςκαιαυτήείναιη“BroadcastIp”

Subnetbits SubnetID Hosts BroadcastIP

x.x.x.00000000 200.99.5.0 200.99.5.1->200.99.5.62 200.99.5.63

x.x.x.01000000 200.99.5.64 200.99.5.65->200.99.5.126 200.99.5.127

x.x.x.10000000 200.99.5.128 200.99.5.129->200.99.5.190 200.99.5.191

x.x.x.11000000 200.99.5.192 200.99.5.193->200.99.5.254 200.99.5.255

ΥποδίκτυακαιΜάσκαΥποδικτύου(Casestudies)Μας δίνεται η Host Ip: 193.1.1.37 – 255.255.255.224

Subnet ID Hosts Broadcast IP193.1.1.0 193.1.1.1 – 193.1.1.30 193.1.1.31193.1.1.32 193.1.1.33 – 193.1.1.62 193.1.1.63193.1.1.64 193.1.1.65 – 193.1.1.94 193.1.1.95193.1.1.96 193.1.1.97 – 193.1.1.126 193.1.1.127193.1.1.128 193.1.1.129 – 193.1.1.158 193.1.1.159193.1.1.160 193.1.1.161 – 193.1.1.190 193.1.1.191193.1.1.192 193.1.1.193 – 193.1.1.222 193.1.1.223193.1.1.224 193.1.1.225 – 193.1.1.254 193.1.1.255

ΥποδίκτυακαιΜάσκαΥποδικτύου(Casestudies)Διαπιστώνουμε λοιπόν ότι ο συγκεκριμένος host ανήκει στοsubnet 193.1.1.32. Σε αυτό το συμπέρασμα μπορούμε ναοδηγηθούμε εάν εκτελέσουμε ένα λογικό AND μεταξύ της IPaddress και της Subnetmask.

IP Address : 11000001.00000001.00000001.00100101Sub.Mask : 11111111.11111111.11111111.11100000Sub ID : 11000001.00000001.00000001.00100000

Εκτελώντας λοιπόν ένα λογικό AND μεταξύ της IP address καιτης Subnet mask προκύπτει το Network ID που ανήκει οεκάστοτε host.

ΠύληΚΑΙ(AND)

ΠππΠίνακας αληθείας πύλης Αnd με δύο εισόδους x και y