شبکه کامپیوتری چیست؟ راهنمای IP، Subnet Mask و MAC Address
با مفاهیم پایه شبکه، IP Address، Subnet Mask و MAC Address آشنا شوید و یاد بگیرید این مفاهیم چگونه در ارتباط بین دستگاههای شبکه با یکدیگر کار میکنند.
شبکه کامپیوتری چیست؟ راهنمای IP، Subnet Mask و MAC Address
شبکه کامپیوتری سیستمی از دستگاههای متصل به یکدیگر است که میتوانند با هم ارتباط برقرار کرده و داده تبادل کنند.
کامپیوترها، لپتاپها، گوشیهای هوشمند، سرورها، پرینترها، سوئیچهای شبکه، روترها، Access Pointها و دوربینهای مداربسته میتوانند بخشی از یک شبکه باشند.
برای شروع یادگیری شبکه، چند مفهوم پایه اهمیت بسیار زیادی دارند:
- شبکه چیست؟
- IP Address چیست؟
- Subnet Mask چیست؟
- MAC Address چیست؟
- این مفاهیم چگونه در کنار یکدیگر کار میکنند؟
در این مقاله این مفاهیم را از پایه بررسی میکنیم و در پایان با یک مثال واقعی، ارتباط آنها با یکدیگر را میبینیم.
شبکه کامپیوتری چیست؟
شبکه کامپیوتری سیستمی است که در آن دو یا چند دستگاه به یکدیگر متصل میشوند تا بتوانند اطلاعات و منابع را با یکدیگر به اشتراک بگذارند.
این اتصال میتواند بهصورت کابلی، مانند Ethernet، یا بهصورت بیسیم، مانند Wi-Fi، انجام شود.
برای مثال، یک شبکه کوچک اداری ممکن است شامل موارد زیر باشد:
- کامپیوترها
- لپتاپها
- پرینترهای شبکه
- دوربینهای IP
- یک Network Switch
- یک Wireless Access Point
- یک Router
- سرور یا Network Storage
البته صرفاً اتصال فیزیکی یا بیسیم برای برقراری ارتباط کافی نیست. دستگاهها به روشهای استاندارد آدرسدهی و پروتکلهای ارتباطی نیاز دارند تا بتوانند مقصد داده را شناسایی کرده و اطلاعات را به شکل صحیح ارسال کنند.
چرا به شبکه کامپیوتری نیاز داریم؟
شبکه باعث میشود دستگاهها و کاربران بتوانند منابع و اطلاعات را به شکل مؤثرتری به اشتراک بگذارند.
برخی از کاربردهای رایج شبکه عبارتاند از:
- اشتراک فایل بین کامپیوترها
- استفاده مشترک از پرینتر
- اتصال به اینترنت
- ارتباط با سرورها
- مشاهده و مدیریت دوربینهای IP
- استفاده از Network Storage
- اجرای نرمافزارهای سازمانی
- اتصال چند شعبه یک سازمان به یکدیگر
خود اینترنت نیز یک شبکه واحد نیست؛ بلکه مجموعه بسیار بزرگی از شبکههای بههمپیوسته است که با استفاده از پروتکلهای استاندارد با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند.
انواع شبکههای کامپیوتری
شبکهها را میتوان از جنبههای مختلف دستهبندی کرد.
LAN — Local Area Network
LAN یا شبکه محلی معمولاً محدوده جغرافیایی کوچکی را پوشش میدهد، مانند:
- خانه
- شرکت
- مدرسه
- آزمایشگاه
یک شبکه Ethernet در یک شرکت نمونهای از LAN است.
WLAN — Wireless LAN
WLAN نوعی شبکه محلی است که از ارتباط بیسیم، معمولاً Wi-Fi، استفاده میکند.
برای مثال، زمانی که لپتاپ خود را به Wi-Fi خانه یا شرکت متصل میکنید، وارد یک WLAN میشود.
WAN — Wide Area Network
WAN شبکههایی را به یکدیگر متصل میکند که در مناطق جغرافیایی بزرگتری قرار دارند.
اینترنت شناختهشدهترین نمونه از یک شبکه بسیار بزرگ و بههمپیوسته است.
دستگاهها چگونه در شبکه با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند؟
برای درک ارتباط شبکهای، باید تفاوت انواع آدرسدهی را بشناسیم.
دو مورد از مهمترین آنها عبارتاند از:
- IP Address
- MAC Address
این دو آدرس یکسان نیستند و وظایف متفاوتی دارند.
IP Address بیشتر برای آدرسدهی منطقی و Routing استفاده میشود.
MAC Address بیشتر برای تحویل Frame در شبکه محلی و در لایه 2 استفاده میشود.
در کنار این دو، Subnet Mask به ما کمک میکند مشخص کنیم کدام بخش از یک IPv4 Address مربوط به Network و کدام بخش مربوط به Host است.
IP Address چیست؟
IP Address یک آدرس منطقی در لایه شبکه است که برای شناسایی یک Network Interface یا Endpoint در یک شبکه IP استفاده میشود.
به زبان ساده، IP Address به شبکه کمک میکند بفهمد Packet باید به کجا ارسال شود.
برای مثال:
192.168.1.20
یک نمونه IPv4 Address است.
IPv4
آدرسهای IPv4 دارای 32 بیت هستند و معمولاً بهصورت چهار عدد اعشاری که با نقطه از هم جدا شدهاند نوشته میشوند.
برای مثال:
192.168.1.20
هر بخش یک Octet نام دارد، زیرا 8 بیت را نمایش میدهد.
بنابراین:
8 + 8 + 8 + 8 = 32 bits
یک IPv4 Address از نظر منطقی شامل دو بخش اصلی است:
- Network Portion
- Host Portion
مرز دقیق بین این دو بخش را Subnet Mask یا Prefix مشخص میکند.
IPv6
IPv6 نسخه جدیدتر پروتکل IP و جانشین IPv4 است و از آدرسهای 128 بیتی استفاده میکند.
یک IPv6 Address میتواند به شکل زیر باشد:
2001:db8:1234:5678::10
IPv6 به دلیل فضای آدرسدهی بسیار بزرگتر، برای مقیاس بسیار گسترده دستگاهها و شبکههای امروزی اهمیت زیادی دارد.
در این مقاله تمرکز اصلی ما روی IPv4 است، چون برای یادگیری مفاهیم IP Address، Subnet Mask و Subnetting بسیار مناسبتر است.
Public و Private IP Address
آدرسهای IPv4 را میتوان در کاربردهای مختلفی مشاهده کرد.
Public IP Address
Public IP Address یک آدرس قابل مسیریابی در اینترنت عمومی است.
برای مثال، روتر یک شرکت ممکن است یک Public IP Address داشته باشد که برای ارتباط با اینترنت استفاده میشود.
Private IP Address
Private IP Address برای استفاده در شبکههای داخلی طراحی شده و بهصورت عمومی در اینترنت Route نمیشود.
سه محدوده Private IPv4 که در RFC 1918 تعریف شدهاند عبارتاند از:
10.0.0.0/8
172.16.0.0/12
192.168.0.0/16
برای مثال:
192.168.1.20
یک Private IPv4 Address است.
به همین دلیل در بسیاری از شبکههای خانگی و اداری آدرسهایی مانند موارد زیر مشاهده میکنیم:
192.168.1.10
192.168.1.20
192.168.1.30
روتر میتواند در سمت اینترنت یک Public IP جداگانه داشته باشد و در سمت شبکه داخلی از Private IP استفاده کند.
Subnet Mask چیست؟
Subnet Mask مقداری در IPv4 است که مشخص میکند کدام بخش از IP Address مربوط به Network و کدام بخش مربوط به Host است.
برای مثال:
IP Address: 192.168.1.20
Subnet Mask: 255.255.255.0
همین شبکه را میتوان با CIDR نیز نمایش داد:
192.168.1.20/24
در اینجا /24 یعنی 24 بیت ابتدایی مربوط به Network Portion هستند.
8 بیت باقیمانده برای Host Addressing در نظر گرفته میشوند.
درک یک شبکه /24
فرض کنید داشته باشیم:
192.168.1.20/24
Subnet Mask برابر است با:
255.255.255.0
Network Address:
192.168.1.0
Broadcast Address:
192.168.1.255
محدوده رایج آدرسهای قابل استفاده برای Hostها:
192.168.1.1
تا:
192.168.1.254
بنابراین یک Subnet سنتی /24 در مجموع 256 آدرس دارد که Network Address و Broadcast Address کاربردهای خاص خود را دارند.
Subnet Mask دقیقاً چه کاری انجام میدهد؟
Subnet Mask به دستگاه کمک میکند تشخیص دهد مقصد در همان شبکه محلی قرار دارد یا در شبکه دیگری قرار گرفته است.
برای مثال، فرض کنید کامپیوتر دارای این تنظیمات باشد:
IP Address: 192.168.1.20
Subnet Mask: 255.255.255.0
و بخواهد با این آدرس ارتباط برقرار کند:
192.168.1.50
هر دو آدرس متعلق به این شبکه هستند:
192.168.1.0/24
بنابراین مقصد در همان Subnet قرار دارد.
اما اگر مقصد این باشد:
192.168.2.50
مقصد در Subnet دیگری قرار دارد.
در این حالت، کامپیوتر معمولاً Packet را به سمت Default Gateway ارسال میکند تا Router بتواند آن را به سمت شبکه مقصد Forward کند.
Subnetting چیست؟
Subnetting یعنی تقسیم یک شبکه IP بزرگتر به چند شبکه کوچکتر.
برای مثال، بهجای اینکه تمام دستگاههای یک سازمان در یک شبکه قرار داشته باشند، میتوان برای بخشهای مختلف Subnetهای جداگانه ایجاد کرد:
- کاربران
- سرورها
- دوربینهای IP
- Guest Wi-Fi
- تجهیزات مدیریتی
- پرینترها
Subnetting میتواند به بهبود موارد زیر کمک کند:
- مدیریت آدرسهای IP
- ساختاردهی شبکه
- کنترل Broadcast Domain
- مدیریت ترافیک
- طراحی امنیت شبکه
- عیبیابی
Subnetting یکی از مهمترین مهارتها برای Network Administratorها و افرادی است که مسیرهایی مانند CCNA را دنبال میکنند.
MAC Address چیست؟
MAC Address یک آدرس در لایه 2 است که با Network Interface مرتبط است و در شبکههایی مانند Ethernet و Wi-Fi برای تحویل Frame در شبکه محلی استفاده میشود.
MAC Addressهای رایج در شبکههای IEEE 802 دارای 48 بیت هستند و معمولاً بهصورت شش بخش Hexadecimal نمایش داده میشوند.
برای مثال:
00:1A:2B:3C:4D:5E
یا:
00-1A-2B-3C-4D-5E
MAC Address با IP Address یکسان نیست.
IP Address یک آدرس منطقی است که میتواند با توجه به شبکه و تنظیمات تغییر کند، درحالیکه MAC Address با Network Interface ارتباط دارد.
یک کامپیوتر ممکن است چند Network Interface داشته باشد، مانند:
- Ethernet
- Wi-Fi
- Bluetooth
و هر Interface میتواند MAC Address مخصوص خود را داشته باشد.
MAC Address چه کاربردی دارد؟
Network Switchها از MAC Address برای تصمیمگیری درباره Forward کردن Frameها در شبکه محلی استفاده میکنند.
برای مثال، فرض کنید یک Switch این اطلاعات را یاد گرفته باشد:
00:1A:2B:3C:4D:5E → Port 1
00:1A:2B:3C:4D:6F → Port 2
اگر Frameای برای این MAC Address دریافت شود:
00:1A:2B:3C:4D:6F
Switch میتواند آن Frame را به سمت Port مربوطه ارسال کند.
این اطلاعات معمولاً در MAC Address Table نگهداری میشوند.
تفاوت IP Address و MAC Address
این دو مفهوم را نباید با یکدیگر اشتباه گرفت.
IP Address
- آدرسدهی منطقی در لایه شبکه
- استفاده برای ارتباط در شبکههای IP
- استفاده توسط Routerها در تصمیمگیریهای Routing
- IPv4 دارای 32 بیت است
- IPv6 دارای 128 بیت است
- بسته به شبکه و تنظیمات میتواند تغییر کند
MAC Address
- آدرسدهی در لایه 2
- استفاده برای تحویل Frame در شبکه محلی
- MACهای رایج Ethernet و Wi-Fi دارای 48 بیت هستند
- Switchها از MAC Address برای Forwarding محلی استفاده میکنند
- با Network Interface مرتبط است
- میتواند بهصورت Local Administered نیز تنظیم شود
یک جمله مهم برای به خاطر سپردن:
IP مشخص میکند Packet در لایه شبکه به کدام مقصد منطقی برسد؛ MAC به تحویل Frame در شبکه محلی کمک میکند.
IP و MAC چگونه در کنار هم کار میکنند؟
فرض کنید دو کامپیوتر در یک شبکه محلی داریم.
کامپیوتر A:
IP:
192.168.1.20
MAC:
00:1A:2B:3C:4D:5E
کامپیوتر B:
IP:
192.168.1.50
MAC:
00:1A:2B:3C:4D:6F
اگر کامپیوتر A بخواهد با:
192.168.1.50
ارتباط برقرار کند، چون هر دو دستگاه در یک /24 Subnet هستند، باید MAC مربوط به مقصد را برای ارسال Frame در شبکه محلی بداند.
در IPv4 معمولاً از ARP یا Address Resolution Protocol برای پیدا کردن MAC Address مربوط به یک IPv4 Address در شبکه محلی استفاده میشود.
فرآیند سادهشده:
IPv4 Destination
↓
192.168.1.50
↓
ARP Resolution
↓
00:1A:2B:3C:4D:6F
↓
Ethernet Frame
در IPv6 بهجای ARP از Neighbor Discovery استفاده میشود.
اگر مقصد در شبکه دیگری باشد چه اتفاقی میافتد؟
فرض کنید:
Computer:
192.168.1.20/24
میخواهد با این Server ارتباط برقرار کند:
Server:
192.168.2.50/24
مقصد در Subnet محلی قرار ندارد.
در نتیجه کامپیوتر معمولاً Frame را مستقیماً برای MAC Address سرور ارسال نمیکند؛ بلکه ترافیک را به سمت Default Gateway میفرستد.
برای مثال:
Computer
192.168.1.20
↓
Default Gateway
192.168.1.1
↓
Router
↓
192.168.2.0/24
↓
Server
192.168.2.50
در اینجا تفاوت Layer 2 و Layer 3 اهمیت زیادی پیدا میکند.
MAC Address برای ارتباط روی Link محلی استفاده میشود، درحالیکه IP Destination به Routerها کمک میکند مسیر مناسب برای رسیدن به شبکه مقصد را انتخاب کنند.
یک مثال ساده واقعی از شبکه یک شرکت
فرض کنید یک شرکت کوچک این تجهیزات را داشته باشد:
Router:
192.168.10.1
PC:
192.168.10.10
Laptop:
192.168.10.20
IP Camera:
192.168.10.30
Network:
192.168.10.0/24
Subnet Mask:
255.255.255.0
هر دستگاه دارای Network Interface و MAC Address مخصوص خود است.
Switch دستگاهها را در Layer 2 به یکدیگر متصل میکند.
Router ارتباط Layer 3 را فراهم میکند و میتواند بهعنوان Default Gateway عمل کند.
ساختار ساده شبکه:
Internet
|
Router
192.168.10.1
|
Switch
__________|___________
| | |
PC Laptop IP Camera
.10.10 .10.20 .10.30
هر سه دستگاه در این شبکه قرار دارند:
192.168.10.0/24
IP Address، Subnet Mask و MAC Address در یک نگاه
برای به خاطر سپردن این سه مفهوم میتوانیم به شکل زیر فکر کنیم:
Network
|
+-- IP Address
| Logical Address
|
+-- Subnet Mask
| مشخصکننده مرز Network و Host
|
+-- MAC Address
Layer 2 Interface Address
یا به شکل سادهتر:
IP Address
"با کدام مقصد منطقی ارتباط دارم؟"
Subnet Mask
"آیا این مقصد در Subnet محلی من است؟"
MAC Address
"برای ارسال Frame محلی، کدام Interface باید آن را دریافت کند؟"
این مدل یک سادهسازی آموزشی است، اما برای ساختن یک درک صحیح از IPv4 و ارتباط Layer 2 و Layer 3 نقطه شروع بسیار خوبی است.
اشتباهات رایج افراد مبتدی در شبکه
اشتباه گرفتن IP و MAC
IP Address و MAC Address کاربرد یکسانی ندارند و در لایههای متفاوتی استفاده میشوند.
تصور اینکه Subnet Mask یک Device Address است
Subnet Mask آدرس یک کامپیوتر نیست.
این مقدار مشخص میکند بخش Network و Host یک IPv4 Address چگونه تقسیم شدهاند.
تصور اینکه تمام 192.168.x.xها یک شبکه هستند
برای مثال:
192.168.1.10/24
و:
192.168.2.10/24
در دو Subnet متفاوت قرار دارند.
Prefix یا Subnet Mask اهمیت دارد.
تصور اینکه MAC Address برای Routing در اینترنت استفاده میشود
Routerها برای Routing در شبکههای IP از IP Addressing و Routing Information استفاده میکنند.
MAC Address عمدتاً برای ارتباط در Segment محلی اهمیت دارد.
نادیده گرفتن Default Gateway
یک دستگاه میتواند بدون Routing با Hostهای داخل شبکه محلی ارتباط برقرار کند، اما برای دسترسی به شبکههای دیگر معمولاً به Route و در بسیاری از شبکهها به Default Gateway نیاز دارد.
چرا IP، Subnet Mask و MAC Address برای Network Administrator مهم هستند؟
در Troubleshooting شبکه، دانستن این مفاهیم کاملاً کاربردی است.
برای مثال اگر یک کامپیوتر نتواند به یک Server دسترسی پیدا کند، Network Administrator ممکن است موارد زیر را بررسی کند:
- آیا Network Interface متصل است؟
- آیا IP Address معتبر دریافت شده است؟
- آیا Subnet Mask صحیح است؟
- آیا مقصد در Subnet محلی قرار دارد؟
- آیا Default Gateway درست تنظیم شده است؟
- آیا مقصد در Layer 2 قابل Resolve شدن است؟
- آیا Switch Frameها را درست Forward میکند؟
- آیا Router مسیر مناسبی دارد؟
- آیا Firewall ترافیک را مسدود کرده است؟
به همین دلیل IP Addressing و Subnetting از مهارتهای پایه و مهم برای Network Administratorها و مسیرهای آموزشی مانند CCNA هستند.
بعد از این مقاله چه چیزهایی یاد بگیریم؟
بعد از اینکه مفهوم Network، IP Address، Subnet Mask و MAC Address را یاد گرفتید، بهتر است سراغ مفاهیم زیر بروید:
- Default Gateway
- DNS
- DHCP
- ARP
- IPv4 Subnetting
- CIDR
- VLAN
- Switch
- Router
- NAT
- TCP و UDP
- OSI Model
- Network Security
- IPv6
بهترین روش یادگیری شبکه این است که ابتدا مفهوم را درک کنید و سپس آن را با سناریوهای واقعی و تمرینهای عملی ترکیب کنید.
جمعبندی
شبکه کامپیوتری سیستمی از دستگاههای متصل به یکدیگر است که امکان تبادل داده و استفاده مشترک از منابع را فراهم میکند.
چهار مفهوم پایه برای شروع یادگیری شبکه اهمیت ویژهای دارند:
- Network: مجموعه دستگاهها و ارتباطاتی که امکان تبادل اطلاعات را فراهم میکند.
- IP Address: آدرس منطقی مورد استفاده برای ارتباط و Routing در لایه شبکه.
- Subnet Mask: مشخصکننده بخش Network و Host در IPv4.
- MAC Address: آدرس Interface در Layer 2 که برای تحویل Frame در شبکه محلی استفاده میشود.
وقتی این مفاهیم را بهدرستی درک کنید، یادگیری موضوعات پیشرفتهتر مانند Subnetting، VLAN، Routing، DHCP، DNS، NAT و Network Security بسیار سادهتر خواهد شد.
هدف فقط حفظ کردن تعریفها نیست. باید بتوانید توضیح دهید وقتی یک Packet از یک کامپیوتر به مقصدی در شبکه دیگری ارسال میشود، IP، Subnet Mask، Default Gateway، Router، Switch و MAC Address چه نقشی در این فرآیند دارند.
ادامه مسیر یادگیری
اگر در کنار شبکه در حال یادگیری توسعه وب و IT هستید، مقالههای زیر میتوانند ارتباط این مفاهیم را با زیرساخت وب بهتر نشان دهند:
