تعرف على عناوين بروتوكول الإنترنت والشبكات الفرعية والتوجيه غير الصنفي بين النطاقات

يُعَد فهم الشبكات جزءًا أساسيًّا من تهيئة كيانات معقدة على الإنترنت، ويؤثر ذلك كثيرًا على كفاءة تواصل الخوادم بين بعضها بعضًا، وتطوير ضوابط أمان للشبكات، وإبقاء عقد الاتّصال منظمة.

شرحنا في الدليل السابق بعض المصطلحات المهمة في عالم الشبكات. اطّلع على الدليل إذا أردت فهم المفاهيم، التي سنستعرضها هنا.

سنناقش في هذا المقال بعضًا من المفاهيم المرتبطة بتصميم شبكات الحاسوب والتفاعل معها، كما سنغطّي على وجه التحديد أصناف الشبكات Network Classes، والشبكات الفرعية Subnets، والتوجيه غير الصنفي بين النطاقات CIDR لتجميع عناوين بروتوكول الإنترنت.

فهم عناوين بروتوكول الإنترنت IP Addresses

يجب أن يحتوي كلّ موقعٍ أو جهاز على الشبكة عنوانًا يدل عليه، وهذا يعني أنه يمكن الوصول إلى أي موقع أو جهاز عن طريق معرفة العنوان الخاص به، بحيث ينتمي هذا العنوان لنظام عناوينٍ ما مُعرَّف بواسطته؛ ففي حالة شبكة من نمط بروتوكول الإنترنت TCP/IP الاعتياديّة، يُعالَج الأمر باستخدام عدة طبقات، لكن عندما نذكر "عنوانًا على الشبكة" فنحن نقصد غالبًا عنوان بروتوكول الإنترنت.

تمكننا عناوين بروتوكول الإنترنت من الوصول لموارد شبكةٍ ما باستخدام واجهتها Interface؛ فإذا أردنا إجراء اتّصال بين حاسوبٍ وحاسوب آخر مثلًا، فنحن بحاجة لإرسال المعلومات باستخدام بروتوكول الإنترنت الخاص بالحاسوب المتلقّي. يمكننا نظريًا فعل ذلك، وهذا بفرض أنّ الجهازين على الشبكة نفسها، أو أن هناك بعض الأجهزة الوسيطة التي تفسّر الطلب عبر عدّة شبكات.

لا ينبغي تكرار عنوان بروتوكول الإنترنت ذاته على الشبكة نفسها، فكلّ عنوان فريدٌ عن غيره؛ ويمكن للشبكات أن تُعزل أو تُربط ببعضها بعضًا بعد تهيئتها لتضمن الوصول بين شبكتين منفصلتين. يسمح نظام ترجمة عنوان الشبكة Network Address Translation -أو اختصارًا NAT-، بإعادة كتابة العناوين عندَ إرسال حزمٍ من البيانات بين شبكتين، وذلك بهدف وصول الحزم لوجهتها النهائية. وبالتالي يمكننا بفضل هذا النظام استعمال عناوين متشابهة ضمن عدّة شبكاتٍ معزولة دون أيّ مشكلات.

الفرق بين معياري IPv4 وIPv6

هناك معياران لبروتوكول الإنترنت، ومُستخدمان بكثرة ضمن أنظمة الاتّصالات، هما: معيار IPv4 ومعيار IPv6. نظرًا للتحسينات التي طرأت على معيار IPv6، فهو يستبدل ببطء معيار IPv4 المحدود؛ والسبب في ذلك ببساطة هو احتواء العالم على كثيرٍ من الأجهزة المتصلة بالإنترنت ولا يكفي معيار IPv4 لسدّ الحاجة.

يكون عنوان معيار IPv4 بطول 32 بِت، ويُقسَّم إلى 4 أقسام، إذ يكون كل واحدٍ منها بطول بايت أو 8 بِت، ويفصل بين كل بايتٍ وآخر نقطة ويُمثَّل كل بايت برقم من 0 إلى 255. بالرغم من أنّ العنوان يتألّف من أرقام في النظام العشري ليسهل التعامل بها بواسطتنا نحن البشر، إلّا أنّها في الحقيقة قيمٌ مُمثّلة بثمان خانات (واحدات وأصفار)، وتدعى كل 8 خانات بثُمانيّة Octet.

يبدو عنوان IPv4 الاعتيادي على النحو التالي:

192.168.0.5

إذ أن أعلى قيمة ممكنة هي 255، وأصغر قيمة هي 0.

يمكننا التعبير عن العنوان السابق باستخدام النظام الثنائي، بحيث نفصل بين كل ثمانيّة وأخرى بشَرطة بدل نقطة، ونفصل بمسافةٍ بين كل 4 خانات بهدف تسهيل قراءة العنوان:

1010 0000 - 0000 0000 - 1000 1010 - 0000 1100

لا بُد أن نفهم جيّدًا أن التمثيلين السابقين متكافئين، فهذا مهمّ لاستيعاب المفاهيم التي سترِد لاحقًا.

على الرغم من وجود بعض الاختلافات الأخرى بين المعيارين بخصوص البروتوكول وكيف يعمل كلّ منهما، إلّا أن الفرق الأبرز هو اختلاف سعة كلّ منهما؛ إذ يُمثَّل معيار IPv6 عنوان بروتوكول الإنترنت باستخدام رقم مؤلف من 128 بِت؛ وبالتالي يحوي IPv6 ما يساوي:

7.9 x 10<sup>28 </sup>

ضعف ما يستطيع معيار IPv4 تمثيله.

يُكتب عنوان بروتوكول الإنترنت بمعيار IPv6 متمثّلًا بثمانية أقسام؛ ويتكوّن كل قسم من 4 خانات في النظام السداسي عشري. يحتوي النظام السداسي عشري على 16 رقم من 0 إلى 15، ويُمثَّل بالأرقام من 0 إلى 9 بالإضافة للأحرف من A إلى F. هذا ما قد يبدو عليه عنوان بروتوكول إنترنت بمعيار IPv6:

1203:8fe0:fe80:b897:8990:8a7c:99bf:323d

قد ترى أن بعض العناوين مكتوبةً أقصر من السابق، إذ يمكن اختصار الخانات الصفرية اليسرى لأي ثمانيّة دون أن تؤثر على قيمة العنوان، كما يمكن اختصار ثمانيّة صفرية باستخدام "::".

على سبيل المثال إن كان لدينا ثمانيّة ما في عنوان IPv6 على النحو التالي:

...:00bc:...

فيمكننا اختصاره إلى:

...:bc:...

لتوضيح الحالة الثانية المذكورة، سنفترض أنه لدينا العنوان التالي الذي يحتوي على ثمانيّات صفريّة:

...:18bc:0000:0000:0000:00ff:...

يمكن كتابته بصيغةٍ مختصرة، وذلك عن طريق إزالة الأصفار اليسرى واستبدال الثمانيّات الصفرية بالرمز "::"، وفق:

...:18bc::ff...

ولكن يمكن اختصار الثمانيّات الصفرية مرّةً واحدةً في العنوان؛ وإلّا فلن تكون قادرًا على إعادته للعنوان الكامل مرةً أخرى.

رغم أنّ المعيار IPv6 أكثر شيوعًا وانتشارًا هذه الأيام، إلّا أننا سنبني شرحنا وأمثلتنا على معيار IPv4، نظرًا لسهولة التعامل معه واحتوائه على خاناتٍ أقلّ.

أصناف عنوان IPv4 والنطاقات المحجوزة

تحتوي عناوين بروتوكول الإنترنت عادةً على مكوّنين يدلّان على معلومتين؛ إذ يدلّ المكون الأول على الشبكة network التي ينتمي العنوان إليها؛ بينما يدلّ المكون الثاني على جهاز معيّن (مضيف host) على الشبكة. ويعتمد موضع بدء المكون وانتهائه على الطريقة التي هُيئت بها الشبكة، وسنتكلّم عن ذلك في الفقرات التالية.

تتوزع عناوين IPv4 على أربعة أقسام تدعى بالأصناف Classes، من A إلى E، هدفها الفصل بين نطاقات عناوين الإنترنت المتاحة وتجزئتها. يمكننا معرفة صنف كل عنوان عن طريق ملاحظة أول أربعة بِتات، إذ يُعرَّف صنف العنوان بواسطتها. نستطيع التعرف على صنف العنوان على النحو التالي:

الصنف A
- ‎0---‎: يبدأ أول بِت من عنوان IPv4 ذو الصنف A بالصفر، وأي عنوان يقع بين المجال 0.0.0.0 و127.255.255.255 ينتمي للصنف A.
الصنف B
- ‎10--‎: يحتوي الصنف B على جميع العناوين بين المجال 128.0.0.0 و 191.255.255.255. أو بمعنى آخر، أي عنوانٍ يحتوي على 1 في البِت الأول، و 0 في البِت الثاني.
الصنف C
- ‎110‎-‎: يحتوي الصنف C على جميع العناوين بين المجال 192.0.0.0 و223.255.255.255. أو بمعنى آخر، أي عنوانٍ يحتوي على 1 في البِت الأول والثاني، و0 في الثالث.
الصنف D
- ‎1110‎: يحتوي الصنف D على جميع العناوين بين المجال 244.0.0.0 و329.255.255.255. بمعنى آخر، أي عنوانٍ يحتوي على 1 في البِت الأول والثاني والثالث، و0 في الرابع.
الصنف E
- 1111: يحتوي الصنف E على جميع العناوين بين المجال 240.0.0.0 و255.255.255.255. بمعنى آخر، أي عنوان يحتوي على 1 في البِت الأول والثاني والثالث والرابع.

الصنف D مخصّص لبروتوكولات التحويل المتعدد Multi-casting، التي تسمح بإرسال حزم البيانات لمجموعةٍ من المضيفين دفعةً واحدةً. عناوين الصنف E محجوزة للاستخدام المستقبلي والتجريبي، وهي غير مُستخدمة غالبًا.

تقسِّم كل من الأصناف A و B و C الشبكات والأجهزة المضيفة على نحوٍ مختلف وفقًا لحجم الشبكة؛ إذ يستخدم الصنف A الخانات المتبقية من الثُمانيّة الأولى في تمثيل الشبكة، ويُمثّل المضيف بباقي العنوان. يُعد هذا الصنف جيدًا لتعريف شبكاتٍ قليلة تضمّ كثيرًا من الأجهزة المضيفة.

يستخدم الصنف B أوّل ثمانيّتان (المتبقي من الثمانية الأولى، وكامل الثمانية الثانية) في تمثيل الشبكة والمتبقي من العنوان لتمثيل الأجهزة المضيفة؛ بينما يستخدم الصنف C أوّل ثلاث ثمانيّات لتمثيل الشبكة، والثمانية الأخيرة لتمثيل الجهاز المضيف داخل الشبكة.

تقسيم عنوان بروتوكول الإنترنت لأصناف عدّة طريقةٌ قديمةٌ بعض الشيء، إذ قُدِّمَت هذه الطريقة مثل حلٍ لمشكلة نفاذ عناوين IPv4، وذلك نظرًا لإمكانية وجود عدة حواسيب للمضيف ذاته وتابعة لشبكاتٍ مختلفة، واستُبدلت هذه الطريقة بطرقٍ أخرى سنناقشها.

النطاقات الخاصة المحجوزة

هناك بعض الأجزاء من عنوان IPv4 المحجوزة لأغراضٍ معينة. ويُعد نطاق الاسترجاع Loopback Range واحدًا من أكثر النطاقات المحجوزة إفادةً، وهو مُحددٌ بالنطاقات ما بين 127.0.0.0 و 127.255.255.255؛ إذ يُستخدم هذا النطاق من قبل المضيف لفحص سلامة الشبكة، ويُستخدم أوّل عنوان في النطاق غالبًا وهو 127.0.0.1.

يمتلك كل صنف من أصناف عنوان الإنترنت نطاقًا محجوزًا للشبكات الخاصة؛ إذ أن نطاق العناوين من 10.0.0.0 إلى 10.255.255.255 محجوزٌ للشبكات الخاصة للعناوين من الصنف A؛ بينما يوجد للصنف B النطاق المحجوز من 172.16.0.0 إلى 172.31.255.255، وأخيرًا للصنف C النطاق من 192.168.0.0 إلى 192.168.255.255.

يمكن لأي حاسوب غير متّصل بالإنترنت مباشرةً، بمعنى غير متصل عبر جهاز توجيه Router، أو نظامٍ لترجمة عناوين الشبكات NAT، استخدام العناوين المذكورة في أي وقت. هناك بعض نطاقات العناوين الإضافية المحجوزة لأغراض معيّنة، يمكنك مراجعة ملخص ويكيبيديا لمزيدٍ من المعلومات عنها.

أقنعة الشبكة والشبكات الفرعية

تُدعى عملية تقسيم الشبكة إلى شبكات فرعية أصغر منها بتفريع الشبكة Subnetting، إذ تُعد هذه العملية مفيدةً في كثيرٍ من الحالات، وتساعد بعزل مجموعات من المضيفين عن بعضها بعضًا للتعامل معها بسهولة.

كما ناقشنا سابقًا، يمكن تجزئة كل نطاق من عناوين بروتوكول الإنترنت إلى جزء يدل على الشبكة، وآخر يدل على المضيف؛ إذ يعود طول الجزء الذي يدلّ على كلٍّ منهما للصنف الذي ينتمي إليه هذا العنوان؛ فبالنسبة لعنوانٍ من الصنف C مثلًا، تُستخدم أوّل ثلاث ثمانيّات للدلالة على الشبكة. إذًا، يدل الجزء 192.168.0 بالنسبة للعنوان 192.168.0.15 على الشبكة، ويدلّ 15 على المضيف.

تحتوي كل شبكة افتراضيًا على شبكةٍ فرعية واحدة، وتضمّ هذه الشبكة الفرعية على جميع عناوين المضيفين المعرّفة بداخلها. ويُعَد قناع الشبكة بمثابة توصيفٍ لعدد بِتّات العنوان المستخدم في الشبكة الفرعية هذه؛ وقناع الشبكة الفرعية هو قناع شبكة آخر يُستخدم لتقسيم الشبكة لأقسامٍ أكثر.

كلّ بِت في العنوان هامٌ في التمثيل والدلالة على الشبكة يجب أن يُمثّل بـ 1 في قناع الشبكة، إذ يمكننا مثلًا تمثيل العنوان 192.168.0.15، الذي ناقشناه في مثالنا السابق بالترميز الثنائي على النحو التالي:

1100 0000 - 1010 1000 - 0000 0000 - 0000 1111

كما شرحنا في السابق، تمثّل الثمانيّات الثلاثة الأولى الجزء الذي يدل على الشبكة في عنوان من التصنيف C، أو بكلماتٍ أخرى، الأربع وعشرين بتًا الأوّليات. ونظرًا لأن هذه هي البتات المهمة التي نريد الاحتفاظ بها، فسيكون قناع الشبكة على النحو التالي:

0000 0000 - 1111 1111 - 1111 1111 - 1111 1111

يمكننا كتابة قناع الشبكة السابق بترميز IPv4 اعتيادي، أي 255.255.255.0؛ إذ أن كل بِت يتخذ القيمة 0 بالتمثيل الثنائي لقناع الشبكة يدلّ على أنّه جزءٌ من العنوان الذي يمثل المضيف، ويمكن عدّه متغيرًا. تُعَد البِتّات التي تتخذ القيمة 1 ثابتة القيمة ضمن الشبكة أو الشبكة الفرعية.

يمكننا الحصول على الجزء الدالّ على الشبكة بإجراء عمليّة ثنائية من نوع AND بين عنوان بروتوكول الإنترنت وقناع الشبكة. وبإجراء هذه العملية، نحافظ على القسم الذي يدل على الشبكة في العنوان ونهمل القسم الذي يدل على المضيف. ستكون نتيجة العملية وفقًا لمثالنا السابق على النحو التالي:

0000 0000 - 0000 0000 - 0000 1010 - 0000 1100

يمكننا تمثيل العنوان السابق على النحو التالي: 192.168.0.0. النطاق الذي يدل على المضيف هو الفرق بين القيم الأصلية وقسم المضيف. وفي هذه الحالة، قيمة نطاق المضيف، هي: 1111 0000 أو 15.

الهدف من تفريع الشبكة هو استخدام قسمٍ من نطاق المضيف في العنوان، واستخدامه لتقسيم العنوان من جديد. إذ يزودنا قناع الشبكة للعنوان 255.255.255.0 مثلًا، بـ 254 مضيف على الشبكة (الرقمان 0 و255 محجوزان). إذا أردنا تقسيم الشبكة لشبكتين فرعيتين، يمكننا استخدام بِت واحد من قسم العنوان الذي يدل على المضيف قناعًا للشبكة.

بعودتنا للمثال السابق، القسم الذي يعود للشبكة هو:

0000 0000 - 1000 1010- 0000 1100

والقسم الذي يعود للمضيف هو:

1111 0000

يمكننا استخدام أول بِت من القسم الذي يدلّ على المضيف وتغييره لإنشاء شبكة فرعية، وذلك بتعديل قناع الشبكة من هذا القناع:

0000 0000 - 1111 1111 - 1111 1111 - 1111 1111

لهذا القناع:

0000 1000 - 1111 1111 - 1111 1111 - 1111 1111

في ترميز IPv4 الاعتيادي، يُمثّل العنوان السابق على النحو التالي: 192.168.0.128. خصّصنا بهذه العملية أوّل بِت في الثمانيّة الأخيرة على أنها خانة ذات أهمية تدل على الشبكة، إذ تعطينا هذه العملية شبكتين فرعيتين؛ ويغطي قناع الشبكة الأول النطاق من 192.168.0.1 إلى 192.168.0.127؛ بينما يغطي قناع الشبكة الثاني النطاق 192.168.0.129 إلى 192.168.0.255. بطبيعة الحال، يجب ألاّ تُستخدم الشبكة الفرعية بنفسها عنوانًا.

إذا استخدمنا بِتّات أكثر من قسم العنوان العائد للشبكة، عندها يمكننا الحصول على شبكاتٍ فرعية أكثر وأكثر. ألقِ نظرةً على بناء مخطط لعناوين IP عبر الشبكات الفرعية لمزيدٍ من المعلومات.

ترميز التوجيه غير الصنفي بين النطاقات CIDR

طُوِّر نظام التوجيه غير الصنفي بين النطاقات Classless Inter-Domain Routing -أو اختصارًا CIDR- بديلًا لطريقة تفريع الشبكة التقليدي، إذ يعتمد مبدأ هذا النظام على إضافة خانةٍ جديدة لعنوان بروتوكول الإنترنت بنفسه للدلالة على عدد البِتّات التي تمثل القسم الخاص بتوجيه الشبكة.

على سبيل المثال، عنوان بروتوكول الإنترنت 192.168.0.15 مرتبطٌ بقناع الشبكة 255.255.255.0، ويمكننا التعبير عن ذلك بترميز CIDR عن طريق كتابة 192.168.0.15/24؛ إذ يمثل العدد 24 عدد البِتّات الموجودة في عنوان بروتوكول الإنترنت، والتي تدل على القسم الخاص بتوجيه الشبكة.

يفتح هذا النظام المجال لفرصٍ مثيرةٍ للاهتمام، إذ يمكن استخدامه للدلالة على الشبكات الفوقية Supernets، ونقصد هنا نطاقات عناوين كبيرة من غير الممكن تمثيلها بطريقة قناع الشبكة الاعتياديّة. على سبيل المثال، في شبكةٍ من الصنف C، مثل الشبكة في أمثلتنا السابقة، لا يمكننا جمع العنوانين 192.168.0.0 و192.168.1.0، وذلك نظرًا لأن عنوان قناع الشبكة للصنف C هو 255.255.255.0، ولكن مع استخدام ترميز CIDR، يمكننا جمع العنوانين بالدلالة على النطاق الذي ينتميان إليه على النحو التالي 192.168.0.0/23؛ وهذا يدلّ على أن هناك 23 بِت مُستخدمٌ للدلالة على الشبكة التي نقصدها.

يمكننا تمثيل الشبكة الأولى 192.168.0.0 بالترميز الثنائي على النحو التالي:

0000 0000 - 0000 0000 - 1000 1010 - 0000 1100

ونمثل الشبكة الثانية 192.168.1.0 على النحو التالي:

0000 0000 - 0001 0000 - 1000 1010 - 0000 1100

وبالتالي، يدلنا عنوان CIDR الذي كتبناه سابقًا، على أوّل 24 بِت مستخدَم لتمثيل القسم الذي يعود للشبكة، ويساوي هذا التمثيل قناع الشبكة 255.255.254.0، أو بالتمثيل الثنائي على النحو التالي:

0000 0000 - 1110 1111 - 1111 1111 - 1111 1111

كما نلاحظ، يمكن أن يكون البِت ذو الترتيب 24 بقيمة 1 أو 0، لأن الجزء الذي يدل على الشبكة يشمل فقط أوّل 23 بِت. يمنح نظام CIDR مزيدًا من التحكم للدلالة على نطاقاتٍ مستمرّة من عنوان بروتوكول الإنترنت، وهو أفضل من طريقة قناع الشبكة التي استعرضناها سابقًا.

الخاتمة

نأمل أنك استطعت فهم بعض تطبيقات الشبكات على عناوين بروتوكول الإنترنت. مع أنّ صعوبة التعامل مع هذا النوع من الشبكات كبيرة وغير بديهية، إلا أنها هامة لفهم طريقة تهيئة مكونات شبكتك وبرمجياتها.

هناك الكثير من الأدوات والآلات الحاسبة على الإنترنت التي ستساعدك في فهم بعض من هذه المبادئ، والحصول على نطاقات عناوين صحيحة من خلال إدخال بعض المعلومات. توفر بعض الأدوات تحويلًا لعنوان بروتوكول الإنترنت من التمثيل العشري الاعتيادي إلى التمثيل الثنائي (الثمانيّات)، وتعرض لك تمثيلًا بصريًّا لأقنعة شبكة نظام CIDR.

ترجمة -وبتصرف- للمقال Understanding IP Addresses, Subnets, and CIDR Notation for Networking لصاحبه Justing Ellingwood.