حاسبة الشبكات الفرعية لعناوين IP: CIDR وقناع الشبكة

حاسبة الشبكات الفرعية لعناوين IP

تحسب حاسبة الشبكات الفرعية لعناوين IP تفاصيل الشبكة الكامنة وراء عنوان IPv4 وطول البادئة. ومن هذين المدخلين، تجد عنوان الشبكة، وعنوان البث، ونطاق عناوين المضيفين القابلة للاستخدام، وقناع الشبكة الفرعية، وقناع البدل.

ما الذي يفعله الحاسِب

تقبل الأداة عنوان IPv4 مكتوبًا على هيئة أربعة أرقام تفصل بينها نقاط، مثل 192.168.1.10، وطول بادئة من 0 إلى 32. ويعمل أيضًا إدخال الاثنين معًا بصيغة CIDR، مثل 192.168.1.10/24؛ إذ ينتقل الجزء /24 تلقائيًا إلى حقل البادئة.

تعرض الحاسبة النتائج الآتية:

• ترميز CIDR: الشبكة بصيغة العنوان/البادئة، مثل 192.168.1.0/24.
• عنوان الشبكة: أول عنوان في الكتلة. وهو يعرّف الشبكة نفسها.
• عنوان البث: آخر عنوان في الكتلة. وتصل الرسالة المرسلة إليه إلى كل مضيف في الشبكة الفرعية.
• نطاق المضيفين القابلين للاستخدام: أول وآخر عنوان يمكن لجهاز استخدامهما فعليًا.
• المضيفون القابلون للاستخدام وإجمالي العناوين: عدد العناوين التي تحتويها الكتلة، وعدد العناوين المتاحة للأجهزة.
• قناع الشبكة الفرعية وقناع أحرف البدل: القناع بصيغة مفصولة بنقاط، مثل 255.255.255.0، ومعكوسه، 0.0.0.255.
• قناع الشبكة الفرعية مفصلًا بتًا بتًا، بواقع ثمانية بتات في كل ثمانيّة.

تتبع النتائج RFC 791 (عنونة IPv4)، وRFC 4632 (ترميز CIDR)، وRFC 950 مع RFC 919 وRFC 922 (حجوزات الشبكة والبث)، وRFC 3021 (الوصلات من نقطة إلى نقطة /31).

كيف تعمل الشبكات الفرعية

عنوان IPv4 هو رقم من 32 بتًا. ويكتبه الناس على هيئة أربع ثمانيات، تتكون كل ثمانيّة من 8 بتات وتحمل قيمة من 0 إلى 255. ويقسم طول البادئة هذه البتات البالغ عددها 32 إلى جزأين. تحدد البتات الأولى، بعدد ما يحدده طول البادئة، الشبكة. أما البتات المتبقية فتحدد مضيفًا داخل تلك الشبكة.

تحتفظ شبكة /24 بعدد 24 بتًا لجزء الشبكة، وتترك 8 بتات للمضيفين. تنتج عن ثمانية بتات للمضيفين 2⁸ = 256 عنوانًا. أما شبكة /26 فتترك 6 بتات فقط للمضيفين، ولذلك تحتوي على 2⁶ = 64 عنوانًا.

يكتب قناع الشبكة الفرعية التقسيم نفسه على هيئة عنوان: بت 1 لكل بت من بتات الشبكة، وبت 0 لكل بت من بتات المضيف. وبالنسبة إلى /24 يكون القناع 255.255.255.0. ويعكس قناع أحرف البدل كل بتات قناع الشبكة الفرعية. وتطابق قوائم الوصول في الموجّهات، ولا سيما في أجهزة Cisco، العناوين باستخدام أقنعة أحرف البدل؛ ولذلك تعرض الأداة القناعين معًا.

صيغة الشبكة الفرعية

بالنسبة إلى طول بادئة p بين 0 و30، تطبق الحاسبة القواعد الآتية، التي يحددها RFC 950 وRFC 4632:

• قناع الشبكة الفرعية = ضبط أول p بتات من الكلمة ذات 32 بتًا على 1.
• عنوان الشبكة = عنوان IP AND قناع الشبكة الفرعية (تُبقي عملية AND على مستوى البت البتَّ فقط عندما يكون المدخلان كلاهما 1).
• عنوان البث = عنوان الشبكة OR قناع أحرف البدل (ضبط كل بتات المضيف على 1).
• إجمالي العناوين = 2⁽³²⁻ᵖ⁾.
• المضيفون القابلون للاستخدام = 2⁽³²⁻ᵖ⁾ − 2. ويزيل الطرح عنوان الشبكة وعنوان البث، اللذين يحجزهما RFC 950 وRFC 919.
• أول مضيف قابل للاستخدام = عنوان الشبكة + 1. آخر مضيف قابل للاستخدام = عنوان البث − 1.

يتبع طولان للبادئة قواعد مختلفة. تحتوي /31 على 2 عنوانين بالضبط، ويجعل RFC 3021 كليهما مضيفين قابلين للاستخدام على وصلة من نقطة إلى نقطة، من دون عنوان بث على الإطلاق. وتحدد /32 عنوانًا واحدًا: 1 إجماليًا، و1 قابلًا للاستخدام، ومن دون بث. وفي هاتين الحالتين، تسمي الأداة العنوان الأول «أساس البادئة» بدلًا من «عنوان الشبكة»، لأن أيًا من الكتلتين لا يحجز عنوانًا لتعريف الشبكة.

تأتي كل نتيجة من حسابات حسابية على رقم واحد من 32 بتًا. ولا تسرد الأداة العناوين واحدًا واحدًا، لذلك تُحسب /0 التي تغطي جميع عناوين 4,294,967,296 IPv4 بالسرعة نفسها التي تُحسب بها /32.

مثال تطبيقي

بالنسبة إلى العنوان 10.128.7.33 ذي طول البادئة /26:

1. قناع الشبكة الفرعية: 26 بتًا قيمتها واحد متبوعة بـ6 بتات قيمتها صفر تساوي 11111111.11111111.11111111.11000000، وتُقرأ على هيئة 255.255.255.192.
2. عنوان الشبكة: تُطبَّق عملية AND على العنوان والقناع. تمر الثمانيات الثلاث الأولى من دون تغيير. وفي الثمانيّة الأخيرة، تكون 33 هي 00100001 بالنظام الثنائي؛ ويؤدي إجراء AND مع 11000000 إلى 00000000، أي 0. عنوان الشبكة هو 10.128.7.0، ولذلك يكون ترميز CIDR هو 10.128.7.0/26.
3. عنوان البث: اضبط كل بتات المضيف البالغ عددها 6 على 1. تصبح الثمانيّة الأخيرة 00111111، أي 63. وعنوان البث هو 10.128.7.63.
4. الأعداد: 2⁶ = 64 عنوانًا إجماليًا، و64 − 2 = 62 مضيفًا قابلًا للاستخدام.
5. نطاق المضيفين: من 10.128.7.1 إلى 10.128.7.62.
6. قناع أحرف البدل: معكوس قناع الشبكة الفرعية، 0.0.0.63.

مثال ثانٍ باستخدام الإدخال الافتراضي للأداة، 192.168.1.10/24: الشبكة 192.168.1.0، والبث 192.168.1.255، والمضيفون من 192.168.1.1 إلى 192.168.1.254، وعدد المضيفين القابلين للاستخدام 254 من أصل 256 عنوانًا إجماليًا، وقناع الشبكة الفرعية 255.255.255.0، وقناع أحرف البدل 0.0.0.255.

الاصطلاحات التي تتبعها الأداة

تُرفض الثمانيات ذات الأصفار البادئة. ترفض الأداة 010.1.1.1 بدلًا من قراءته على أنه 10.1.1.1. وهذا مقصود. فدالة POSIX inet_aton، التي تقف وراء ping وcurl ومعظم محللات أسماء أنظمة التشغيل، تتعامل مع الثمانيّة ذات الصفر البادئ على أنها بالنظام الثماني، ولذلك يعني 010.1.1.1 القيمة 8.1.1.1 لتلك البرامج. ولا يمكن لأي تخمين عشري أو ثماني أن يتوافق مع كل قارئ، لذلك لا تقبل الأداة أيًا منهما. كما يُرفض إدخال بادئة مكتوبة بصيغة /08 للسبب نفسه.

يُطرح اثنان من عدد المضيفين. تعرض بعض الحاسبات حجم الكتلة الخام على أنه عدد المضيفين. وتتبع هذه الأداة RFC 950: ففي أي كتلة من /0 إلى /30، يحدد جزء المضيف المكوّن كله من أصفار الشبكة، ويكون الجزء المكوّن كله من آحاد هو عنوان البث؛ لذلك يُستبعد العنوانان، وتحتوي /24 على 254 مضيفًا قابلًا للاستخدام، لا 256.

تحتوي /31 على مضيفين قابلين للاستخدام. كانت المراجع الأقدم، التي كُتبت قبل RFC 3021 (المنشور في 2000)، تعد /31 غير قابلة للاستخدام لأن طرح العنوانين المحجوزين يترك صفرًا. وأزال RFC 3021 الحجزين في الوصلات من نقطة إلى نقطة، وقد دعمت الموجّهات ذلك لعقود؛ لذلك تعرض الأداة 2 مضيفين قابلين للاستخدام ومن دون عنوان بث.

يُقبل أي طول بادئة من /0 إلى /32. وتُعد /0 كتلة صالحة تغطي كامل مساحة IPv4، بما يتوافق مع ظهور 0.0.0.0/0 في جداول التوجيه بوصفها المسار الافتراضي.

IPv4 فقط. يستخدم IPv6 (RFC 4291) عناوين من 128 بتًا وترميزًا مختلفًا، ولذلك فهو خارج نطاق هذه الأداة. كما لا تضع الأداة إشارات إلى النطاقات ذات الأغراض الخاصة، مثل العناوين الخاصة أو عناوين الحلقة المحلية (RFC 6890)؛ بل تعرض حسابات العناوين فقط.

الأسئلة الشائعة

كم عدد المضيفين القابلين للاستخدام في /24؟ 254. تترك /24 عدد 8 بتات للمضيفين، ما يمنح 2⁸ = 256 عنوانًا. ويُحجز عنوانان: عنوان الشبكة وعنوان البث. ويتبقى 254 عنوانًا للأجهزة.

ما قناع أحرف البدل؟ هو معكوس قناع الشبكة الفرعية بتًا بتًا. حيثما يحتوي قناع الشبكة الفرعية على 1، يحتوي قناع أحرف البدل على 0، والعكس صحيح. وبالنسبة إلى القناع 255.255.255.0، يكون قناع أحرف البدل 0.0.0.255. وتستخدم قوائم التحكم في الوصول على كثير من الموجّهات أقنعة أحرف البدل لوصف العناوين التي تطابقها القاعدة.

لماذا لا تعرض /31 عنوان بث؟ لا تحتوي /31 إلا على عنوانين. ولو حُجز أحدهما للشبكة والآخر للبث فلن يتبقَّ شيء، لذلك يعرّف RFC 3021 /31 على أنها وصلة من نقطة إلى نقطة يكون فيها العنوانان مضيفين ولا يوجد عنوان بث. وتعرض الحاسبة 2 مضيفين قابلين للاستخدام، وتضع علامة على أن البث غير منطبق.

لماذا يُرفض 010.1.1.1 بدلًا من قراءته على أنه 10.1.1.1؟ لأن أنظمة التشغيل تختلف في تفسير القراءة العشرية البسيطة. فدالة POSIX inet_aton تقرأ الثمانيّة ذات الصفر البادئ بالنظام الثماني، ولذلك يعني 010 القيمة 8 في معظم الأنظمة. ورفض الإدخال هو الحل الوحيد الذي لا يختلف خفيةً عما سينفذه جهاز المستخدم نفسه.

ما الفرق بين إجمالي العناوين والمضيفين القابلين للاستخدام؟ إجمالي العناوين هو الحجم الكامل للكتلة، أي 2 مرفوعة إلى قوة (32 ناقص طول البادئة). أما عدد المضيفين القابلين للاستخدام فهو ذلك العدد ناقص العنوانين المحجوزين، باستثناء /31 (كلا العنوانين قابلان للاستخدام) و/32 (العنوان الوحيد هو المضيف).

ماذا يعني عنوان الشبكة للعنوان 192.168.1.10/24؟ هو 192.168.1.0، ويُستخرج بالإبقاء على أول 24 بتًا من العنوان وضبط بتات المضيف على الصفر. وهو يحدد الشبكة الفرعية ككل، ولا يمكن تخصيصه لجهاز.

المراجع

1. بوستل، ج. «RFC 791: بروتوكول الإنترنت». IETF، 1981.
2. موغول، ج.، وبوستل، ج. «RFC 950: إجراء تقسيم الشبكات الفرعية وفق معيار الإنترنت». IETF، 1985.
3. موغول، ج. «RFC 919: بث رزم بيانات الإنترنت». IETF، 1984.
4. فولر، ف.، ولي، ت. «RFC 4632: التوجيه بين النطاقات دون فئات (CIDR)». IETF، 2006.
5. ريتانا، أ. وآخرون. «RFC 3021: استخدام بادئات من 31 بتًا على وصلات IPv4 من نقطة إلى نقطة». IETF، 2000.