كيف تعمل الشبكات الفرعية: CIDR، الأقنعة، نطاقات المضيف

أنا أبني تولز.ديف، وإلى جانب مكونات WordPress الإضافية وواجهات برمجة تطبيقات Laravel، قضيت قدرًا لا بأس به من الوقت في وحدات التحكم السحابية في نحت VPCs وكتابة قواعد جدار الحماية. تعد الشبكات الفرعية إحدى تلك المهارات التي تكون فيها النظرية بسيطة والحساب تافهًا، والجزء المزعج هو بالضبط المكان الذي تختبئ فيه الأخطاء. لقد قمت بشحن مجموعة أمنية سمحت بـ /16 عندما قصدت أ /24، فتح شبكة أوسع بكثير مما كان مقصودًا، لأنني قمت بحسابات القناع في رأسي وأخطأت بعض الشيء. ال حاسبة IP Subnet موجود بحيث لا يحدث يدويًا مرة أخرى. يشرح هذا الدليل ما يحسبه، ولماذا تظهر الأرقام بالطريقة التي تظهر بها، وحالات الحافة التي تتعثر بكل من الأشخاص والآلات الحاسبة الساذجة التي يثقون بها.

ليرة تركية؛DR: تأخذ حاسبة الشبكة الفرعية IPv4 عنوانًا وبادئة CIDR، مثل 192.168.1.10/24، ويستمد عنوان الشبكة، وعنوان البث، والمضيف الأول والأخير القابل للاستخدام، وقناع الشبكة الفرعية، وقناع حرف البدل، وإجمالي عدد العناوين القابلة للاستخدام. يعمل عن طريق التعامل مع العنوان كعدد صحيح 32 بت وتطبيق القناع بعمليات البت. فهو يتعامل بشكل صحيح مع حالتي الحافة المهمتين، ويعالج أ /31 كرابط من نقطة إلى نقطة لمضيفين لكل RFC 3021 و /32 كمضيف واحد، فهو يقبل قناعًا منقطًا بدلاً من البادئة. يتم تشغيله بالكامل في متصفحك، لذلك لا يتم تحميل أي عنوان تقوم بإدخاله.

ما هي الشبكة الفرعية وماذا تعني البادئة؟

عنوان IPv4 هو 32 بت، مكتوب على شكل أربع ثمانيات عشرية 192.168.1.10. الشبكة الفرعية عبارة عن كتلة متجاورة من تلك العناوين التي تشترك في نفس البتات البادئة. تشير بادئة CIDR، الرقم الموجود بعد الشرطة المائلة، إلى عدد البتات الـ 32 الثابتة كجزء من الشبكة. البتات المتبقية حرة في التغيير وتحديد المضيفين الفرديين. لذا /24 يصلح أول 24 بت ويترك 8 للمضيفين /16 يصلح 16 ويترك 16، و /30 يصلح 30 ويترك 2 فقط.

يتم رفع عدد العناوين في الكتلة إلى قوة البتات المضيفة. أ /24 يحتوي على 8 بتات مضيفة، أي 2 إلى 8، وهو ما يعادل 256 عنوانًا. أ /16 يحتوي على 16 بت مضيف، أي 65،536 عنوانًا. أ /30 يحتوي على بتتين مضيفتين، أي 4 عناوين. هذا هو الأساس الكامل للرياضيات، وبمجرد استيعاب &quot؛ العناوين تساوي اثنين أس اثنين وثلاثين ناقص البادئة، &quot؛ تتوقف معظم الشبكات الفرعية عن كونها غامضة.

تم تقديم CIDR، والذي يرمز إلى التوجيه بين المجالات بدون فئات، في RFC 4632 لاستبدال النظام الطبقي القديم، حيث تم إصلاح فئة العنوان &#39؛s بواسطة الثماني الأولى. أهدرت العنونة الطبقية مساحة هائلة، لأنه كان عليك أن تأخذ كتلة كاملة من الفئة A أو B أو C حتى لو كنت بحاجة إلى شيء بينهما. يتيح لك CIDR اختيار أي بادئة بطول وحجم الشبكة بما تحتاجه. لا تزال التسميات الطبقية A وB وC تظهر في الأدوات، بما في ذلك أدواتي، ولكنها معلوماتية الآن؛ البادئة هي ما يحدد حدود الشبكة.

لماذا لا يمكن استخدام عنوانين في كل شبكة فرعية؟

في الشبكة الفرعية العادية، يتم حجز العنوانين الأول والأخير ولا يمكن تعيينهما لمضيف. العنوان الأول، مع تعيين جميع بتات المضيف على الصفر، هو عنوان الشبكة، ويقوم بتسمية الشبكة الفرعية نفسها. العنوان الأخير، مع تعيين جميع بتات المضيف على واحد، هو عنوان البث، وتصل الحزمة المرسلة إليه إلى كل مضيف على الشبكة الفرعية مرة واحدة. نظرًا لأنه يتم التحدث بهذين الاثنين، فإن عدد المضيفين القابل للاستخدام هو إجمالي عدد العناوين ناقص اثنين.

ولهذا السبب أ /24 يحتوي على 256 عنوانًا إجماليًا ولكن 254 عنوانًا قابلاً للاستخدام فقط، ولماذا أ /304 عناوين، يمنحك مضيفين قابلين للاستخدام بالضبط. ال /30 هو الاختيار الكلاسيكي للارتباط بين جهازي توجيه، لأن الارتباط من نقطة إلى نقطة يحتاج إلى عنوانين بالضبط وليس أكثر. تقوم الآلة الحاسبة بتهجئة عناوين الشبكة والبث بشكل صريح، جنبًا إلى جنب مع المضيف الأول والأخير القابل للاستخدام، لذلك لن تضطر أبدًا إلى معرفة العناوين المحظورة.

كيف تحسب الآلة الحاسبة الأرقام؟

تحت الغطاء، يتم حساب البتات على أعداد صحيحة 32 بت، وهي الطريقة الأسرع والأقل عرضة للخطأ للقيام بذلك. يتم تعبئة العنوان في عدد صحيح واحد غير موقع عن طريق تحويل كل ثماني بتات إلى مكانها. قناع البادئة عبارة عن سلسلة من الآحاد متبوعة بالأصفار، ويتم إنتاجها عن طريق النقل 0xFFFFFFFF غادر بواسطة 32 minus the prefix. ومن هنا كل قيمة هي عملية واحدة:

• عنوان الشبكة هو العنوان ذو اتجاه البت مع القناع، الذي يقوم بتصفير البتات المضيفة.
• عنوان البث هو الشبكة ORed مع عكس القناع، الذي يقوم بتعيين كافة البتات المضيفة.
• قناع البدل هو ببساطة معكوس البت لقناع الشبكة الفرعية.
• المضيف الأول القابل للاستخدام هو عنوان الشبكة زائد واحد، والأخير هو البث ناقص واحد.

يؤدي القيام بذلك بهذه الطريقة إلى تجنب الأخطاء التي تتسلل عندما يتحول الأشخاص إلى سلاسل ثنائية يدويًا. كما أنه يجعل التحويل العكسي أمرًا تافهًا: مثل تشغيل قناع منقط 255.255.255.0 بالعودة إلى البادئة، يمكنك حساب البتات الأولى، وتقوم الآلة الحاسبة بذلك عند إدخال قناع بدلاً من تدوين الشرطة المائلة. يظل كل شيء كأعداد صحيحة 32 بت غير موقعة طوال الوقت، وهو أمر مهم في JavaScript لأنه يتعين عليك فرض تفسير غير موقع لتجنب زحف الأرقام السالبة على البت العالي.

ما هي الحالات الطرفية التي تخطئ فيها معظم الأدوات؟

بادئتان تكسران البادئتين البسيطتين &quot؛ ناقص اثنين وquot؛ القاعدة، وعدد مذهل من الآلات الحاسبة يتعامل معها بشكل غير صحيح.

الأول هو /31. بموجب القواعد الأصلية أ /31 سيكون له عنوانان، كلاهما محجوز، مما يترك صفرًا من المضيفين القابلين للاستخدام، وهو أمر عديم الفائدة. RFC 3021 تم إصلاح هذا عن طريق السماح أ /31 على الروابط من نقطة إلى نقطة، حيث لا توجد حاجة لعنوان البث، يصبح كلا عنوانيها قابلين للاستخدام. تقوم هذه الآلة الحاسبة بالإبلاغ عن أ /31 باعتبارهما مضيفين قابلين للاستخدام مع الشبكة وعناوين البث التي تتضاعف كعنوانين للمضيف، وهو ما تفعله أجهزة التوجيه الحديثة على الواجهات التسلسلية ومن نقطة إلى نقطة.

والثاني هو /32. أ /32 هو عنوان واحد، مسار المضيف. إنه يمثل جهازًا واحدًا بالضبط، وهو كيفية التعبير عن عناوين الاسترجاع وقواعد جدار الحماية الخاصة بالمضيف والمسارات الفردية. تقوم الآلة الحاسبة بالإبلاغ عنها كمضيف واحد قابل للاستخدام مع عنوان الشبكة يساوي العنوان نفسه ولا يوجد نطاق منفصل. الأداة التي تطرح اثنين بشكل أعمى ستبلغ عن مضيفين سلبيين أو صفر لكليهما، وهو هراء، وقد تأكدت من أن هذا غير ذلك.

كيفية استخدام حاسبة الشبكة الفرعية

الخطوة 1: أدخل العنوان والبادئة

اكتب عنوان IPv4 ببادئة CIDR، مثل 10.0.0.0/8 أو 192.168.1.10/24. يمكن أن تكون البادئة أي شيء من 0 إلى 32. إذا قمت بلصق عنوان بدون بادئة، تفترض الأداة أ /24، الافتراضي الأكثر شيوعًا، ويمكنك التعديل من هناك.

الخطوة 2: أو استخدم قناع الشبكة الفرعية المنقط

إذا كان لديك قناع بدلاً من بادئة، فأدخل العنوان والقناع مفصولين بمسافة، مثل 192.168.1.10 255.255.255.0. تقوم الآلة الحاسبة بحساب البتات الأولى في القناع، وتحويلها إلى البادئة المطابقة، وترفض أي قناع ليست تلك القناع متجاورة، لأن مثل هذا القناع ليس قناع CIDR صالحًا.

الخطوة 3: قراءة النتائج

تحصل على عنوان الشبكة، وعنوان البث، ونطاق المضيف القابل للاستخدام، وقناع الشبكة الفرعية، وقناع حرف البدل، وإجمالي عدد العناوين القابلة للاستخدام، والنطاق الطبقي، وما إذا كان العنوان خاصًا بموجب RFC 1918. وهناك أيضًا عرض ثنائي لـ العنوان والقناع، وهي أسرع طريقة لمعرفة مكان سقوط حدود الشبكة بالضبط.

الخطوة 4: انسخ ما تحتاجه

تحتوي كل قيمة على زر نسخ، بحيث يمكنك رفع تدوين CIDR إلى جدول المسار، أو نطاق المضيف إلى الوثائق، أو قناع البدل إلى قائمة وصول Cisco دون إعادة الكتابة والمخاطرة بثمانية منقولة.

قناع الشبكة الفرعية ومرجع البادئة

هذا هو الجدول الذي أعود إليه باستمرار، وتقوم الآلة الحاسبة بإنشائه مباشرة حتى لا تصبح الأرقام قديمة أبدًا.

CIDR	قناع الشبكة الفرعية	إجمالي العناوين	المضيفين صالحة للاستعمال
/24	255.255.255.0	256	254
/25	255.255.255.128	128	126
/26	255.255.255.192	64	62
/27	255.255.255.224	32	30
/28	255.255.255.240	16	14
/29	255.255.255.248	8	6
/30	255.255.255.252	4	2

النمط يستحق الحفظ: كل خطوة للأعلى في البادئة تنصف الكتلة. أ /25 هو نصف /24، أ /26 هو الربع، وهكذا. عندما تقوم بتقسيم الشبكة، فإن هذا النصف هو النموذج العقلي، وتؤكد الآلة الحاسبة الحدود الدقيقة حتى لا تضطر إلى الثقة في النموذج العقلي وحده.

كيف يمكنك تقسيم شبكة واحدة إلى شبكات فرعية أصغر؟

المهمة الحقيقية الأكثر شيوعًا ليست حساب شبكة فرعية واحدة، بل تقسيم كتلة أكبر إلى عدة كتل أصغر، وهذا هو المكان الذي تكسب فيه الآلة الحاسبة الاحتفاظ بها. قل أنك سلمت 10.0.0.0/16 بالنسبة إلى VPC السحابي وتحتاج إلى تقسيمها إلى شبكات فرعية لطبقة عامة وطبقة خاصة وطبقة قاعدة بيانات. كل خطوة للأعلى في البادئة تضاعف عدد الشبكات الفرعية وتخفض حجمها إلى النصف، لذا انتقل من /16 إلى /18 يمنحك أربع كتل متساوية تحتوي كل منها على 16384 عنوانًا 10.0.0.0/18، 10.0.64.0/18، 10.0.128.0/18، و 10.0.192.0/18. يمكنك التحقق من كل حدود هذه الحدود عن طريق لصقها في الآلة الحاسبة والتأكد من محاذاة عناوين الشبكة والبث دون أي فجوات أو تداخلات.

والفخ هنا هو أن الشبكات الفرعية يجب أن تقع على حدودها الطبيعية. أ /26 لا يمكن أن تبدأ الكتلة من أي عنوان؛ يجب أن يبدأ بمضاعفات 64 في الثماني الأخيرة، لأن 64 هو حجم الكتلة لـ a /26. إذا حاولت أن تبدأ في .30، عنوان الشبكة، لن تتطابق تقارير الآلة الحاسبة مع ما كتبته، وهي أسرع طريقة لاكتشاف الخطأ. عندما أخطط لـ VPC، أقوم بلصق كل شبكة فرعية مقصودة على حدة وأقرأ عنوان الشبكة مرة أخرى؛ إذا أظهرت الأداة عنوان شبكة مختلفًا عن العنوان الذي قصدت تحديده، فأنا أعلم أن حدودي خاطئة قبل أن أطبقها على الإطلاق. يعمل نفس التخصص مع المسارات الثابتة لجهاز التوجيه &#39؛ وقواعد جدار الحماية، حيث تغطي الكتلة خارج الحدود بصمت العناوين التي لم تكن تقصدها.

هناك أيضًا دقة في العالم الحقيقي تستحق التسمية: يحتفظ موفرو السحابة ببعض العناوين داخل كل شبكة فرعية خارج الشبكة وزوج البث. تحتفظ AWS، على سبيل المثال، بخمسة عناوين لكل شبكة فرعية، وليس اثنين، مع أخذ الأربعة الأولى والأخيرة. تقوم الآلة الحاسبة بالإبلاغ عن نطاق مضيف RFC الصارم، لذلك في AWS تقوم بطرح ثلاثة عناوين أخرى من العدد القابل للاستخدام الذي تظهره. هذا هو اصطلاح الموفر الذي تم وضعه أعلى المعيار، وليس عيبًا في الرياضيات، ولكنه بالضبط نوع الشيء الذي يترككما مضيفين قصيرين إذا نسيته.

ما هي النطاقات الخاصة، ولماذا يهم؟

RFC 1918 يحجز ثلاث كتل للاستخدام الخاص: 10.0.0.0/8، 172.16.0.0/12، و 192.168.0.0/16. هذه غير قابلة للتوجيه على الإنترنت العام، وهي النطاقات التي تستخدمها كل شبكة منزلية ومكتبية تقريبًا خلف جهاز التوجيه الذي يقوم بترجمة عنوان الشبكة. تشير الآلة الحاسبة إلى ما إذا كان العنوان الذي أدخلته يقع في أحدها، وهو فحص سريع للسلامة عندما تخطط لنظام عنونة وتريد تأكيد أنك تعمل داخل مساحة خاصة بدلاً من استخدام عنوان يخص شخصًا آخر على الإنترنت العام عن طريق الخطأ. إنها أيضًا دفعة مفيدة عندما ترى &quot؛public&quot؛ ضع علامة على العنوان الذي توقعت أن يكون داخليًا، لأن ذلك غالبًا ما يعني خطأ مطبعي في الثماني الأولى.

حيث تتناسب حاسبة الشبكة الفرعية مع كل شيء آخر

نادرًا ما يحدث عمل الشبكات بشكل منفصل. عندما تقوم بتكوين البنية التحتية وراء أحد التطبيقات، فإنك تقوم أيضًا بتصحيح أخطاء استجابات HTTP، وتحليل وكلاء المستخدم، وإنشاء بيانات اعتماد للخدمات الداخلية. ال مرجع رموز حالة HTTP هو رفيق طبقة التطبيق، و محلل وكيل المستخدم لمعرفة ما يصل إلى خوادمك، و مولد المصادقة الأساسية للحصول على بيانات الاعتماد التي تحمي نقاط النهاية الداخلية. إذا كنت تقوم بالتحويل بين قواعد الأرقام أثناء قراءة الأقنعة في النظام الثنائي، فإن محول قاعدة الأرقام يتعامل مع الخطوة العشرية إلى الثنائية مباشرة. وعلى الجانب الأمني، مدقق بطاقة الائتمان هو مرشح الواجهة الأمامية للدفع الذي يعمل على الشبكة التي صممتها للتو.

للحصول على الصورة الأوسع، أدوات إنتاجية المطور يغطي Roundup الأدوات المساعدة التي تميل إلى الجلوس مفتوحة في علامة تبويب طوال اليوم، و دليل أدوات الترميز يضع حاسبة الشبكة الفرعية في سياق مجموعة أدوات المطور الكاملة. مثل كل شيء على Toolz.dev، فهو يعمل بالكامل في متصفحك، وبالتالي فإن العناوين التي تخطط لها لا تترك جهازك أبدًا.

الأسئلة المتداولة

ماذا تعني بادئة CIDR؟

بادئة CIDR هي الرقم الموجود بعد الشرطة المائلة، وهي تحسب عدد البتات البادئة للعنوان التي تحدد الشبكة. أ /24 يصلح أول 24 بت للشبكة ويترك 8 بت للمضيفين، وهو ما يمثل 256 عنوانًا إجماليًا و254 عنوانًا قابلاً للاستخدام. تغطي البادئة الأصغر عددًا أكبر من العناوين، بينما تغطي البادئة الأكبر عددًا أقل.

كم عدد المضيفين القابلين للاستخدام الموجودين في الشبكة الفرعية؟

لبادئة /30 أو أصغر، عدد المضيفين القابل للاستخدام هو إجمالي العناوين ناقص اثنين، لأن العنوان الأول هو الشبكة والأخير هو البث. أ /24 لديه 254 مضيفًا قابلاً للاستخدام، أ /26 لديه 62، و /30 لديه 2. الاستثناءان هما /31، الذي يحتوي على مضيفين قابلين للاستخدام، و /32، الذي لديه 1.

ما الفرق بين عنوان الشبكة وعنوان البث؟

عنوان الشبكة هو العنوان الأول في الكتلة ويحدد الشبكة الفرعية نفسها، مع تعيين جميع بتات المضيف على الصفر. عنوان البث هو العنوان الأخير، حيث يتم تعيين جميع بتات المضيف على واحد، وتصل الحزمة المرسلة إليه إلى كل مضيف على الشبكة الفرعية مرة واحدة. ولا يمكن تعيين أي منهما لمضيف فردي في شبكة فرعية عادية.

كيف يمكنني تحويل قناع الشبكة الفرعية إلى بادئة CIDR؟

عد البتات الأولى في القناع. 255.255.255.0 هو 24 بت واحد، لذلك هو /24؛ 255.255.240.0 هو 20 بت، لذلك /20. تقوم الآلة الحاسبة بهذا التحويل تلقائيًا عند إدخال قناع منقط بدلاً من البادئة، وترفض أي قناع غير متجاور.

ما هي استخدامات قناع البدل؟

قناع البدل هو عكس البت لقناع الشبكة الفرعية، لذا /24 يعطي 0.0.0.255. يتم استخدامه في قوائم التحكم في الوصول إلى Cisco وبيانات شبكة OSPF، حيث تتطابق وسيلة البت الصفرية مع هذه البتة تمامًا وتعني البتة الواحدة تجاهلها. من السهل الخلط بينه وبين قناع الشبكة الفرعية، ولهذا السبب تظهر الآلة الحاسبة كليهما جنبًا إلى جنب.

لماذا يُظهر/31 مضيفين قابلين للاستخدام؟

RFC 3021 يسمح أ /31 في الروابط من نقطة إلى نقطة، حيث لا تكون هناك حاجة إلى عناوين الشبكة والبث، لذلك يصبح كلا عنوانيها عنوانين مضيفين قابلين للاستخدام. بدون هذه القاعدة أ /31 لن يكون هناك أي مضيفين قابلين للاستخدام، وهو أمر عديم الفائدة. أ /32 هي حالة الحافة ذات الصلة وتمثل مضيفًا واحدًا، مثل الاسترجاع أو مسار المضيف.

ما هي نطاقات IPv4 الخاصة؟

احتياطيات RFC 1918 10.0.0.0/8، 172.16.0.0/12، و 192.168.0.0/16 للشبكات الخاصة. هذه غير قابلة للتوجيه على الإنترنت العام وهي النطاقات التي تستخدمها معظم شبكات المنزل والمكاتب خلف جهاز التوجيه الذي يقوم بـ NAT. تشير الآلة الحاسبة إلى ما إذا كان العنوان الذي أدخلته يقع في إحداها.

هل تعمل هذه الآلة الحاسبة مع IPv6؟

لا، هذه الأداة تحسب شبكات IPv4 الفرعية فقط. يستخدم IPv6 عناوين 128 بت وتدوين سداسي عشري، لذا تعمل شبكته الفرعية بشكل مختلف وتحتاج إلى آلة حاسبة مخصصة. بالنسبة لتخطيط IPv4 وقواعد جدار الحماية وحجم VPC السحابي، وهو المكان الذي تحدث فيه معظم رياضيات الشبكة الفرعية اليومية، فإن هذا يغطي الحالات الشائعة.

---