همان‌گونه که در شماره قبل آموزش ccna اشاره کردیم، همه سیستمها حافظه پنهان ARP را که شامل نگاشت آدرس IP به آدرس فیزیکی است، نگهداری میکنند. دقت کنید که کش ARP همیشه برای نگاشت آدرس آیپی به آدرس فیزیکی قبل از شروع یک فرآیند همه‌پخشی بررسی میشود؛ همان‌گونه که در شماره گذشته به آن اشاره کردیم. اکنون قصد داریم عملکرد ARP را به شکل دقیق‌تری بررسی کنیم. با فالنیک همراه باشید.
- Single-Segment ARP چیست؟
- Two-Segment ARP چیست؟
- خلاصه‌ای از مطالب قبلی TCP/IP
- مبانی آدرس‌دهی IP چیست؟
- پیکربندی TCP/IP چگونه است؟
- آشنایی با آدرس آی پی
- ماسک زیر شبکه (Subnet Mask) چیست؟
- عملکرد گیت‌وی پیش‌فرض (Default Gateway) چگونه است؟
Single-Segment ARP چیست؟
اجازه دهید بحث را با این موضوع آغاز کنیم که چگونه ARP در یک سگمنت منفرد در شبکه محلی که کلاینت‌های مختلفی در آن قرار دارند کار میکند. شکل زیر نحوه عملکرد ARP را نشان میدهد.
در مثال بالا، PC-A میخواهد اطلاعات را مستقیماً به PC-B ارسال کند. PC-A آدرس آیپی PC-B را میداند (یا سامانه نام دامنه (DNS) آنرا به آدرس آیپی تبدیل میکند). با اینحال، مک آدرس اترنت PC-B را نمیداند. برای تبدیل آدرس آیپی به مک آدرس، PC-A یک پیام درخواست ARP تولید میکند. در پیام درخواست ARP، آدرس آیپی مبدا 10.1.1.1 و آدرس آیپی مقصد 255.255.255.255 وجود دارد (در این حالت یک آدرس پخشی ارسال میشود، به این معنی که دادهها برای هر دستگاه موجود در شبکه ارسال میشود). PC-A آدرس آیپی PC-B در فیلد داده دیتاگرام ARP را میداند و آنرا در فریم اترنت همراه با مک آدرس منبع 0000.0CCC.1111 (مک آدرس PC-A) و مک آدرس مقصد FF:FF:FF:FF:FF:FF (آدرس پخشی محلی) و سگمنت اترنت کپسوله میکند. هر دو PC-B و PC-C این فریم را مشاهده میکنند، زیرا پیام برای همه سیستمها (یک پیام پخشی) ارسال شده است.
کارت‌های رابط شبکه (NIC) هر دو دستگاه متوجه آدرس پخشی لایه پیوند داده می‌شوند و فرض میکنند که این فریم برای آن‌ها است، زیرا مک آدرس مقصد پخشی است، بنابراین فریم اترنت را حذف میکنند و دیتاگرام IP را با درخواست ARP ارسال میکنند. دومرتبه یک آدرس همه‌پخشی در فیلد آدرس آیپی مقصد قرار می‌گیرد، بنابراین پشته‌های TCP/IP هر دو دستگاه، بار داده را بررسی میکنند. PC-B متوجه میشود که این یک درخواست ARP است و این آدرس آیپی خودش در فرآیند پرس‌و‌جو است؛ بنابراین مستقیماً با مک آدرس PC-B به PC-A پاسخ میدهد. در همین زمان PC-C، یک درخواست ARP را مشاهده میکند که ارتباطی با مک آدرس او ندارد، بنابراین از پیام پخشی دیتاگرام صرف‌نظر میکند.
نکته
یک کار مهم که PC-B و PC-C انجام می‌دهند این است که پس از دریافت پیام پخشی اولیه، مک آدرس PC-A را به جداول ARP محلی خود اضافه کنند. آن‌ها فرآیند فوق را به گونه‌ای انجام می‌دهند که اگر هر یک از دستگاه‌ها نیاز به برقراری ارتباط با PC-A داشته باشد، هیچ کدام مجبور نباشند درخواست ARP را مشابه با کاری که PC-A انجام داد، تکرار کنند. با اینحال، به این نکته مهم دقت کنید که ورودی‌های جدول کش ARP پس از یک دوره عدم استفاده از مک آدرس حذف می‌شوند. این بازه زمانی به سیستم عامل مورد استفاده بستگی دارد، اما معمولاً توسط کاربر یا مدیر شبکه قابل تغییر است. همچنین، یک دستگاه می‌تواند یک ARP آزاد تولید کند. یک پاسخ ARP که بدون درخواست ARP مربوطه تولید میشود. رویکرد فوق معمولاً زمانی استفاده میشود که دستگاه ممکن است آدرس آیپی یا مک آدرس خود را تغییر دهد و میخواهد همه دستگاه‌های دیگر در سگمنت را در مورد تغییر آگاه سازد تا سایر دستگاه‌ها اطلاعات صحیح را در جداول ARP محلی خود داشته باشند.
Two-Segment ARP چیست؟
شکل زیر نحوه عملکرد ARP در شبکههای مختلف را نشان میدهد. لازم به توضیح است که درک عملکرد ARP برای آزمون CCNA اهمیت زیادی دارد. در این مثال، PC-A میخواهد با استفاده از آدرس آیپی به PC-B متصل شود. آدرس آیپی مبدا PC-A برابر با 1.1.1.1 و آدرس آیپی مقصد یا همان PC-B برابر با 2.2.2.2 است. از آنجایی که این دو دستگاه در شبکههای مختلف قرار دارند، از یک روتر برای ارتباط بین شبکهها استفاده میشود. بنابراین، اگر PC-A بخواهد بستهای را برای PC-B ارسال کند، باید از طریق روتر میانی اینکار را انجام دهد. با این حال، این ارتباط در لایه شبکه با استفاده از آدرس آیپی انجام نمیشود. در عوض، این فرآیند در لایه پیوند داده انجام میشود.
اولین کاری که PC-A انجام میدهد این است که تعیین کند آیا آدرس آیپی مقصد در شبکه محلی است یا یک شبکه راه دور. در این مثال مشخص است که مقصد در یک شبکه راه دور است، بنابراین PC-A برای ارسال دادهها به روتر باید مک آدرس مسیریاب گیت‌وی پیش‌فرض را بداند. اگر مک آدرس روتر از قبل در حافظه نهان ARP محلی وجود نداشته باشد، PC-A یک درخواست ARP برای مک آدرس گیت‌وی پیش‌فرض ارسال میکند. این فرآیند در مرحله یک شکل بالا انجام میشود.
در مرحله دو، روتر با مک آدرس رابط اترنت متصل به PC-A پاسخ میدهد. در مرحله سه، PC-A یک بسته آیپی با آدرس‌های آیپی مبدا و مقصد ایجاد میکند (مبدا 1.1.1.1 و مقصد 2.2.2.2، PC-B) و آنرا در یک فریم اترنت با مک آدرس مبدا PC-A و مک آدرس MAC مقصد روتر کپسوله میکند. سپس PC-A فریم اترنت را برای روتر ارسال میکند.
هنگامی‌که روتر فریم اترنت را دریافت میکند، فریم را با مک آدرس خودش در رابط اترنت مقایسه میکند تا مطمئن شود که تطابق دارد یا خیر. در ادامه، فریم اترنت را حذف میکند و بر اساس آدرس مقصد 2.2.2.2 فرآیند مسیریابی را آغاز میکند. در این حالت، شبکه مستقیماً به رابط روتر دوم متصل میشود. در مرحله چهار، اگر روتر مک آدرس PC-B را در حافظه نهان ARP محلی خود نداشته باشد، روتر یک پیام ARP برای مک آدرسPC-B (2.2.2.2) ارسال میکند که پاسخ مرحله پنج را دریافت میکند. در ادامه روتر بسته آیپی اصلی را در یک فریم اترنت جدید در مرحله شش کپسوله میکند و مک آدرس خودش را در آن قرار میدهد که شامل مک آدرس مبدا و مک آدرس PC-B در فیلد مقصد است. وقتی PC-B این فیلد را دریافت میکند، میداند که فریم برای خودش است (مطابق با مک آدرس مقصد) و PC-A بسته را برای او ارسال کرده است.
توجه داشته باشید که در این مثال آدرس آیپی اصلی در بسته توسط روتر تغییر نکرده است، اما از دو فریم اترنت برای رساندن بسته آیپی به مقصد استفاده میشود. همچنین، هر دستگاه مک آدرس‌ها را در یک حافظه نهان ARP محلی نگه می‌دارد، بنابراین دفعه بعد که PC-A نیاز دارد چیزی را به PC-B ارسال کند، دستگاه‌ها مجبور نخواهند شد دوباره یک پیام ARP برای دستگاه‌های میانی ارسال کنند.
نکته: ARP برای تعیین آدرس لایه دو برای برقراری ارتباط با دستگاهی در همان حوزه پخشی استفاده میشود. برای آزمون باید بدانید چه دستگاهی با دستگاه دیگری در لایه دو و لایه سه ارتباط برقرار میکند. پاسخ از طریق یک روتر بین مبدا و مقصد است. توجه داشته باشید که آدرس‌های لایه دو در هر مرحله از مسیر ارتباطی تغییر میکنند، اما منبع و آدرس‌های آیپی مقصد ثابت هستند.
خلاصه‌ای از مطالب قبلی TCP/IP
تا این بخش از آموزش CCNA در مورد اصول TCP/IP و آن‌چه که باعث شده پروتکل مذکور پای ثابت شبکههای امروزی باشد آشنا شدیم. آن‌چه تا این بخش از مقاله آموختیم به شرح زیر است:
• TCP/IP: مجموعه‌ای از پروتکل‌ها است که محبوب‌ترین آن‌ها TCP، UDP، IP و ARP هستند. بدون تردید در آزمون CCNA باید به چند سوال در ارتباط با این پروتکل و کاربرد آن‌ها در دنیای واقعی پاسخ دهید.
• پروتکل‌های لایه برنامه مسئول آغاز درخواست شبکه یا سرویس درخواست شبکه هستند. از جمله پروتکل‌های لایه کاربرد باید به HTTP، FTP، DNS، SMTP و RDP اشاره کرد.
• پروتکل‌های لایه انتقال مسئولیت مدیریت ارتباط اتصال‌گرا (TCP) یا ارتباطات بدون اتصال (UDP) را بر عهده دارند. پروتکل‌های لایه اینترنت عملکردهای مرتبط با آدرس‌دهی و مسیریابی منطقی را مدیریت میکنند. آیپی یک فرآیند آدرس‌دهی منطقی را انجام میدهد، ARP آدرس منطقی را به آدرس فیزیکی تبدیل میکند و ICMP پروتکل گزارش وضعیت و خطا است.
با درک قوی از مطالب ارائه شده تا این بخش از آموزش، هیچ مشکلی در ارتباط با سوالات مربوط به پروتکل TCP/IP نخواهید داشت. نه تنها مطالب ارائه شده در این بخش از آموزش برای آزمون مهم هستند، بلکه پس از موفقیت در آزمون در دنیای حرفه‌ای نیز کمک زیادی میکنند تا مسئولیت‌های خود را بدون مشکل انجام دهید.
مبانی آدرس‌دهی IP چیست؟
آزمون CCNA دانش شما در مورد پیکربندی آدرس برای شبکه‌هایی را محک می‌زنند که با اندازه‌های مختلف از کلاس‌های آدرس شروع میشود و تا زیرشبکه کار میکنند. قبل از شرکت در آزمون CCNA باید شناخت دقیقی در ارتباط با نحوه آدرس‌دهی آیپی داشته باشید، زیرا بخش عمده‌ای از مباحثی که در مقالات آتی به آن‌ها اشاره می‌کنیم ارتباطی مستقیمی با مبحث آدرس‌دهی آیپی دارد.
پیکربندی TCP/IP چگونه است؟
تا این بخش از مقاله با برخی از پروتکل‌های محبوب موجود در مجموعه TCP/IP آشنا شدید. در چند شماره آینده در مورد الگوی آدرس‌دهی و قوانین اختصاص یک آدرس به یک سیستم و پیکربندی TCP/IP نکات جالبی را یاد خواهیم گرفت. برای پیکربندی صحیح TCP/IP، باید کار با تنظیمات آدرس آیپی، ماسک زیر شبکه و گیت‌وی پیش‌فرض را بدانید. اجازه دهید ابتدا به سراغ آدرس آیپی برویم.
آشنایی با آدرس آی پی
آدرس IP یک مقدار 32 بیتی است که به هر سیستمی که عضو یک شبکه محلی یا شبکه گسترده است با هدف شناسایی تخصیص داده میشود. آدرس IP به چهار عدد تقسیم میشود که هر عدد با یک نقطه از هم جدا میشود (مثلاً 192.168.1.15). هر یک از این چهار عدد از هشت بیت تشکیل شده‌اند. این چهار عدد هشت بیتیِ برابر، در مجموع 32 بیت را تشکیل می‌دهند.
به هر یک از مقادیر 8 بیتی یک اکتت گفته میشود (مثلاً 192 یا 168 در مثال قبل یک اکتت است). در یک آدرس آیپی، چهار اکتت وجود دارد. چهار اکتت در یک آدرس IP به دو بخش تقسیم می‌شوند که شناسه شبکه و شناسه میزبان هستند. بخش شناسه شبکه آدرس آیپی یک شماره منحصر به فرد است که شبکه خاصی را مشخص میکند و بخش شناسه میزبان یک شماره منحصر به فرد است که رایانه یا دستگاه موجود در آن شبکه را شناسایی میکند. ماسک زیرشبکه تعداد بیت‌هایی است که شناسه شبکه را تشکیل می‌دهند و تعداد بیت‌هایی که شناسه میزبان را تشکیل می‌دهند را مشخص میکنند. اکنون اجازه دهید عملکرد این معماری را بررسی کنیم.
ماسک زیر شبکه (Subnet Mask) چیست؟
ماسک زیرشبکه توسط TCP/IP برای تعیین این‌که میزبان در یک شبکه محلی یا راه دور است استفاده میشود. هنگامی‌که مقداری مثل 255 در یک اکتت استفاده میشود، اکتت مربوطه (هشت در همان موقعیت) در آدرس آیپی نشان‌دهنده شناسه شبکه است. از این‌رو، اگر آدرس آیپی من 192.168.1.15 و زیر شبکه ماسک من 255.255.255.0 باشد، سه اکتت اول زیر شبکه (255.255.255) نشان‌دهنده شناسه شبکه (مرتبط با 192.168.1) است. آخرین اکتت (0) نشان‌دهنده شناسه میزبان (مرتبط با 15) است. مجدداً، شناسه شبکه یک آدرس منحصر به فرد را به خود شبکه اختصاص میدهد. دقت کنید شناسه میزبان به‌طور منحصر به فرد بوده و برای شناسایی یک سیستم در شبکه استفاده میشود.
برای روشن شدن بحث به مثال دیگری دقت کنید. اگر یک ماسک زیر شبکه برابر با 255.0.0.0 باشد، به این معنی است که اولین اکتت آدرس IP (در مثال ما 192) به عنوان بخش شناسه شبکه استفاده میشود، در حالی که سه اکتت آخر (168.1.15) بخش شناسه میزبان آدرس IP هستند.
جدول زیر خلاصه‌ای از آن‌چه در مثال اول گفته شد را نشان میدهد. مشاهده می‌کنید که شناسه شبکه (که با N در پایین‌ترین ردیف نشان داده میشود) 192.168.1 است و شناسه میزبان آخرین اکتت با مقدار 15 است. این بدان معنی است که این سیستم در شبکه 192.168.1 است و هر سیستم دیگری در همان شبکه همان شناسه شبکه را خواهد داشت.
با این توصیف هدف از ماسک زیرشبکه چیست؟ سوال بدیهی‌تر این است که چرا ماسک زیر شبکه‌ای داریم که آدرس آیپی را به شناسه شبکه و شناسه میزبان تبدیل میکند؟ در پاسخ باید بگوییم هنگامی‌که سیستمی مانند 192.168.1.15 با ماسک زیر شبکه 255.255.255.0 یک قطعه داده‌ای را به سیستم 192.198.45.10 ارسال میکند، سیستم ارسال‌کننده ابتدا باید تعیین کند که آیا رایانه مورد نظر در همان شبکه وجود دارد یا خیر. اینکار را با مقایسه شناسه‌های شبکه انجام میدهد.
اگر شناسه‌های شبکه یکسان باشند، هر دو سیستم در یک شبکه وجود دارند و یک سیستم می‌تواند بدون استفاده از روتر برای دیگری پیام ارسال کند. اگر سیستمها در شبکههای مختلف وجود داشته باشند، دادهها باید به روتر منتقل شوند تا روتر بتواند دادهها را به شبکه دیگری ارسال کند.
برای آن‌که سطح دانش خود را در این ارتباط محکی بزنید، به تمرین زیر دقت کنید. در این تمرین قصد شناسایی سیستم‌های راه دور را داریم. در تمرین زیر با پر کردن جدول زیر مشخص می‌کنید که آیا دو سیستم در یک شبکه وجود دارند یا در شبکههای مجزا هستند.
عملکرد گیت‌وی پیش‌فرض (Default Gateway) چگونه است؟
هنگامی‌که سیستم شما میخواهد دادهها را به سیستم دیگری در شبکه ارسال کند، به شناسه شبکه خود نگاه میکند و آنرا با شناسه شبکه سیستم مقصد مقایسه میکند. اگر احساس کند که هر دو دارای یک شناسه شبکه هستند، دادهها را مستقیماً از سیستم شما به سیستم مقصد ارسال میکند. اگر این دو سیستم در شبکههای مختلف هستند، سیستم شما باید دادهها را به روتر ارسال کند تا روتر بتواند دادهها را به روترِ سیستم مقصد ارسال کند. سیستم شما از کجا میداند روتر کجاست؟ پاسخ در گیت‌وی پیش‌فرض نهفته است. گیت‌وی پیش‌فرض آدرس IP روتری است که برای ارسال دادهها از شبکه شما به شبکه دیگری استفاده میشود.
نکته
به‌طور خلاصه، برای برقراری ارتباط در اینترنت، سیستم شما باید با یک آدرس IP، یک ماسک زیر شبکه و یک گیت‌وی پیش‌فرض پیکربندی شود. اگر نیاز دارید که فقط با سایر سیستم‌های موجود در شبکه خود ارتباط برقرار کنید، فقط به یک آدرس IP و یک ماسک زیر شبکه نیاز دارید. در شماره آینده با مبحث آدرس‌دهی TCP/IP آشنا می‌شویم.
