IPv4 adresleme, alt ağlar ve CIDR

İnternette bir paketi doğru yere götüren şey IP adresidir. Router’lar adresin tamamına değil, ön ekine bakar. Bu yüzden vizede neredeyse her zaman “bu adresin ağ adresi ne, broadcast ne, kaç host var, şu tabloya göre hangi arayüze gider” tipi sorular çıkar. Hepsi aynı birkaç bit işlemine dayanır. Bu kuralları bilen biri bu soruları dakikalar içinde çözer:

1. Ağ adresi = IP AND maske. Host bitleri sıfırlanır.
2. Broadcast = host bitlerinin hepsi 1. Ağ adresi + blok boyu - 1.
3. Host sayısı = $2^{h} - 2$, $h$ host bit sayısı.
4. Blok boyu = 256 - maske oktetinin değeri. Sınırlar hep bu sayının katıdır.
5. Yönlendirmede en uzun önek kazanır (longest prefix match).

IPv4 adresi ve maske

IPv4 adresi 32 bitlik bir sayıdır. Okunsun diye 8’er bitlik dört parçaya (oktet) bölünüp ondalık yazılır: 192.168.10.77. Adres iki parçadan oluşur: ağ kısmı (network part, subnet part) ve host kısmı. Aynı ağ kısmına sahip arayüzler aynı alt ağdadır (subnet) ve birbirine router olmadan ulaşır.

Nerede bölündüğünü alt ağ maskesi (subnet mask) söyler. Maskede ağ bitleri 1, host bitleri 0’dır. Kısa yazımı önek uzunluğu (prefix length): /26 “ilk 26 bit ağ” demek.

Her alt ağda iki adres hosta verilmez: host bitleri tamamen 0 olan ağ adresi (network address) ve tamamen 1 olan broadcast adresi.

CIDR: sınıfsız adresleme

Eskiden adresler sınıflara bölünürdü (A: /8, B: /16, C: /24). 2000 host isteyen bir kurum C sınıfına sığmadığı için B alırdı, 63 bin adres boşa giderdi. CIDR (Classless Inter-Domain Routing) bu sabit sınırları kaldırdı: önek herhangi bir uzunlukta olabilir, a.b.c.d/x biçiminde yazılır. Bugün sınıflar sadece tarihsel terimdir. Sınavda “classful” geçerse eski sistem kastediliyordur.

Ağ adresi, broadcast, host aralığı

Hızlı yöntem: maskenin 255 ya da 0 olmayan oktetine ilginç oktet de. Blok boyu $256 - \text{maske}$. Adresin o oktetini içine alan blok boyu katını bul.

Örnek 1: 192.168.10.77/26

maske       255.255.255.192      blok boyu 256-192 = 64 (4. oktet)
64'ün katları: 0, 64, 128, 192   77 → 64 ile 127 arası
ağ adresi   192.168.10.64
broadcast   192.168.10.127
host        192.168.10.65  ...  192.168.10.126
host sayısı 2^6 - 2 = 62

Bit düzeyinde aynı şey: 77 = 01001101. Maske 192 = 11000000. AND: 01000000 = 64.

Örnek 2: 172.16.45.200/20

İlginç oktet üçüncüsü: /20 maskesi 255.255.240.0, blok boyu 16.

16'nın katları: 0, 16, 32, 48     45 → 32 ile 47 arası
ağ adresi   172.16.32.0
broadcast   172.16.47.255         (3. oktet 47, 4. oktet hep 255)
host        172.16.32.1  ...  172.16.47.254
host sayısı 2^12 - 2 = 4094

TUZAK · dördüncü oktet. İlginç oktet üçüncüyse ağ adresinin dördüncü okteti 0, broadcast’inki 255 olur. 172.16.45.200 yazıp “ağ 172.16.32.200” diyen host bitlerini sıfırlamayı unutmuştur.

Alt ağlara bölmek (subnetting)

Host bitlerinden $n$ tanesini ağ kısmına ödünç alırsan $2^n$ eşit alt ağ çıkar.

Örnek 3: 200.10.20.0/24’ü 4 eşit alt ağa böl. $2^2 = 4$, yani 2 bit ödünç: /26. Blok boyu 64.

Örnek 3b: 172.16.0.0/16’yı /22 alt ağlarına böl. Soru genelde üç şey ister: kaç alt ağ, her birinde kaç host, n’inci alt ağ hangisi.

ödünç bit   22 - 16 = 6       → 2^6 = 64 alt ağ
host biti   32 - 22 = 10      → 2^10 - 2 = 1022 host
blok boyu   256 - 252 = 4     (3. oktette)
1. alt ağ   172.16.0.0/22
2. alt ağ   172.16.4.0/22
3. alt ağ   172.16.8.0/22
64. alt ağ  172.16.252.0/22

n’inci alt ağın üçüncü okteti $(n - 1) \times 4$. Sıfırdan saymayı unutma: 3. alt ağ 8 ile başlar, 12 ile değil.

VLSM: farklı boyda alt ağlar

Gerçek bir ağda bölümlerin ihtiyacı farklıdır. VLSM (Variable Length Subnet Mask) her bölüme ihtiyacına uyan öneki verir. Kural: en büyük ihtiyaçtan başla, her alt ağ kendi blok boyunun katında başlasın.

Örnek 4: 10.0.0.0/24 ile 100, 50, 20 hostluk üç LAN ve 2 hostluk bir router bağlantısı.

100 host → 2^7-2=126 yeter → /25 → 10.0.0.0/25    (.1 - .126,   bc .127)
 50 host → 2^6-2=62  yeter → /26 → 10.0.0.128/26  (.129 - .190, bc .191)
 20 host → 2^5-2=30  yeter → /27 → 10.0.0.192/27  (.193 - .222, bc .223)
  2 host → 2^2-2=2   yeter → /30 → 10.0.0.224/30  (.225 - .226, bc .227)
boşta kalan ilk adres: 10.0.0.228

İPUCU · neden büyükten başlıyoruz? Küçükle başlarsan büyük blok, kendi boyunun katına hizalanmak için araya boşluk bırakmak zorunda kalır. Büyükten küçüğe gidince bloklar boşluksuz arka arkaya dizilir.

Rota özetleme (route aggregation)

CIDR’ın ikinci kazancı: komşu ağları tek bir rotayla duyurmak. Buna rota özetleme ya da supernetting denir. Router tabloları küçülür.

Örnek 5: 198.51.96.0/24, .97.0/24, .98.0/24, .99.0/24 tek rotada.

 96 = 01100000
 97 = 01100001
 98 = 01100010
 99 = 01100011
      ^^^^^^      ortak ilk 6 bit
önek = 16 + 6 = 22   →   198.51.96.0/22

Özetleme sadece bloklar hizalı ve bitişik olduğunda temiz çalışır. 97 ile 100’ü tek /22’de özetleyemezsin.

En uzun önek eşleşmesi (longest prefix match)

Router’ın iletim tablosunda (forwarding table) her satır bir önek ve bir çıkış arayüzü içerir. Bir hedef adres birden fazla satıra uyabilir. Router en uzun öneki seçer, çünkü o daha özel bilgidir.

11.20.0.0/16    → 0
11.20.64.0/18   → 1      (3. oktet 64 ile 127 arası)
11.20.72.0/21   → 2      (3. oktet 72 ile 79 arası)
0.0.0.0/0       → 3      (default)

11.20.75.9   → /16, /18, /21 eşleşir → en uzun /21 → 2
11.20.100.1  → /16, /18 eşleşir      → /18       → 1
11.20.70.3   → /16, /18 (72-79 değil)→ /18       → 1
11.21.0.1    → sadece default        → 3

TUZAK · ilk eşleşen değil. Tabloyu yukarıdan aşağı okuyup ilk tutan satırı seçmek yanlış. Bütün eşleşenleri bul, önek uzunluğuna bak.

Özel adresler ve özel amaçlı bloklar

RFC 1918 özel adresleri İnternette yönlendirilmez. Ev ve şirket ağlarında kullanılır, dışarı çıkarken NAT ile genel adrese çevrilir (bir sonraki sayfa).

Adresler nereden gelir? Bir host adresini genellikle DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) ile alır: discover, offer, request, ACK dört adımı. Kurum adres bloğunu ISP’den, ISP’ler de bölgesel kayıt kuruluşlarından (ICANN altında) alır.

Sık yapılan hatalar

135.46.56.0/22   eth0
135.46.60.0/22   eth1
135.46.56.0/21   eth2
0.0.0.0/0        eth3