Dobrodošli pri enem izmed prvih strokovnih člankov, ki se nanašajo na omrežje HAMNET Slovenija. Cilj je bralcem na čimbolj domač in enostaven način približati in razložiti tehnologijo, ki se uporablja v omrežju in s tem širiti znanje ter zanimanje za tovrstna omrežja.
Sam po sebi se HAMNET (Highspeed Amateurradio Multimedia NETwork) ne razlikuje kaj dosti od internetnega omrežja, ki ga vsi že prav dobro poznamo. Razlika je to, da je omrežje neodvisno od obsoječih optičnih in bakrenih napeljav, saj te povezave kot amaterji nadomestimo s brezžičnimi povezavami.
IP naslov
Vsaka naprava v omrežju ima unikaten* IPv4 naslov, v nadaljevanju IP naslov. IP naslov je 32- bitno število, ki jo zapišemo s 4 desetiškimi števili od 0 do 255, ločenimi s piko, npr. 192.168.1.1. Lahko si ga predstavljamo kot vaš hišni naslov. Ko želite poslati pisemsko ovojnico nanjo zapišete naslov prejemnika in vaš naslov kot naslov pošiljatelja. Poštar na podlagi prejemnikovega naslova ovojnico dostavi želenemu naslovniku, ta pa vam lahko na povratni naslov odgovori z novo pošiljko. Tako deluje tudi internetno omrežje, le da hišne naslove nadomestite s IP naslovi, poštarja pa na cilj pripeljejo naprave, ki ji rečemo usmerjevalniki, angl. router.
Usmerjevalnik je naprava, ki povezuje 2 ali več različnih IP omrežij. Različna IP omrežja si lahko predstavljamo kot različne ulice na vasi, v vsakem križišču pa se nahaja usmerjevalnik, ki »poštarja« usmeri do ciljnega IP omrežja. Ker vse ulice niso enako dolge in ima Tržaška cesta v Ljubljani veliko več hišnih številk kot moja domača Gostičeva cesta v Šmarci, poznamo IP omrežja različnih velikosti. Velikost omrežja določi omrežna maska.
Omrežna maska je prav tako 32 bitno število, ki jo lahko zapišemo v eni izmed oblik:
- v obliki IP naslova: 255.255.255.0 – tipično za naprave z OS Windows
- v CIDR obliki: /24 – tipično za naprave z OS Linux
Omrežna maska razdeli IP naslov na 2 dela – na del za omrežje (kjer ima v binarni obliki same enice) in na del za gostitelje (kjer ima v binarni obliki same ničle). S pomočjo maske tako ugotovimo, katere naprave pripadajo kateremu omrežju. Za naslednji del članka si priskrbite list papirja ter svinčnik, saj bomo analizirali vaše obstoječe domače omrežje.
Na svojem računalniku zaženite naslednji ukaz:
- Sistem Windows: v CMD konzoli zaženite ukaz ipconfig
- Sistem Linux: v terminalu zaženite ukaz ip addr
Ukaza vam izpišeta trenutne IP nastavitve na vmesnikih vašega računalnika:
Iz izpisa razberemo, da ima naš računalnik IP naslov 192.168.1.33 ter omrežno masko 255.255.255.0 oz. /24. Naslednji korak je, da IP naslov in masko pretvorimo v binarno obliko. Vsakega izmed štirih delov IP naslova pretvorimo v 8-bitno binarno število in dobimo sledeči zapis:
Enako naredimo z omrežno masko:
Iz zapisa maske v binarni obliki vidimo tudi izvor zapisa CIDR – ta predstavlja število enic v maski, preostali del pa zapolnimo z ničlami – v našem primeru 24, zato /24. Na podlagi definicije maske vemo, da tisti del IP naslova, ki ima v maski same enice, predstavlja omrežni del naslova, medtem ko del z ničlami predstavlja del za končno napravo v omrežju. Sedaj ko imamo IP naslov in omrežno masko zapisano v binarni obliki, pa se malo poigrajmo.
Med IP naslovom in masko bomo naredili bitno logično operacijo IN – to je bitna operacija med dvema bitoma, ki vrne 1 takrat, ko sta oba bita nastavljena na 1, v vseh nasprotnih primerih pa vrne 0. Delovanje si lažje predstavljamo z uporabo pravilnostne tabele:
| A | B | A & B |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Sledeči postopek naredimo za vsakega izmed 32-tih parov bitov:
Pri postopku so z zeleno barvo označeni biti maske, ki definirajo omrežje z modro pa tisti, ki definirajo posameznega gostitelja. Po končani operaciji dobimo nov IP naslov 192.168.1.0, ta pa ima vse bite za gostitelje nastavljene na ničle. To je posebni IP naslov, ki mu pravimo naslov omrežja oz. angl. network address. Naslov omrežja zajema vse naprave v omrežju in se uporablja pri usmerjanju. Lahko si ga predstavljamo kot ulični naslov, vsaka naprava pa ima na ulici svojo hišno številko. Če enak postopek naredite še na kateri izmed naprav v vašem omrežju, boste ugotovili, da imajo vse naprave enak omrežni naslov, kar pomeni, da se vse naprave nahajajo v istem lokalnem omrežju. Te naprave za komunikacijo med seboj ne potrebujejo nobene druge naprave kot mrežnega stikala.
Vsako omrežje ima tudi drugi poseben IP naslov, ki mu pravimo naslov poplavljanja oz. angl. broadcast address. Ta ima v delu za gostitelje nastavljene same enice, naslov pa se uporablja takrat, ko želimo sporočilo poslati vsem napravam v omrežju.
Vse ostale kombinacije bitov v delu za gostitelje pa predstavljajo naslove končnih naprav v omrežju (računalniki, telefoni, usmerjevalniki, tiskalniki, pametni hladilniki, …). Na podlagi teh informacij lahko določimo število naprav, ki jih lahko priklopimo v naše omrežje s naslednjo enačbo:
H predstavlja število bitov, namenjenih za gostitelje (v našem primeru 8), odšteti pa moramo 2 naslova – naslov omrežja in naslov poplavljanja. Skupaj imamo lahko v našem omrežju maksimalno povezanih 254 naprav. Naše omrežje ima naslednje lastnosti:
- Naslov omrežja: 192.168.1.0
- Maska omrežja: 255.255.255.0 ali /24
- Naslovi naprav: 192.168.1.1 – 192.168.1.254
- Naslov poplavljanja: 192.168.1.255
Tako izgleda tipično domače omrežje. Če se spomnite, sem v tretjem odstavku zraven besede unikaten dodal zvezdico. To pa zaradi tega, ker se matematika preprosto ne izide. Vseh možnih IP naslovov je . Glede na to, da je trenutno približno 8,2 miljarde ljudi na zemlji, od tega pa jih je povezanih v internet približno 6 milijard, bi nam moralo IP naslovov že zmanjkati – in nam jih tudi je. Poleg tega pa ima vsak izmed nas več kot samo eno napravo, povezano v omrežje.
Če vas je bilo že strah, da imate v svojem domačem omrežju enake naslove kot jaz, naj vas pomirim, da to ni čisto nič neobičajnega. Problem primanjkovanja IP naslovov se je začel dogajati že v 90-tih, zato so začeli uporabljati tehnologijo NAT – Network Address Translation. Definirali so tri razrede zasebnih IP naslovov, med katerimi so tudi vsa omrežja, ki se začnejo s 192.168. Ta omrežja se ne smejo pojaviti v internetu, njihov IP naslov pa se za vse naprave v zasebnem omrežju na usmerjevalniku preslika v en javni (zunanji) IP naslov. To lahko doma preiskusite tako, da spletni iskalnik Google vprašate »What is my IP address?« na dveh napravah v vašem omrežju. Google pravi, da na obeh napravah dostopate preko istega IP naslova, ki je drugačen od tistega, ki ga imate nastavljenega na svojem računalniku. Slabost tega pristopa je to, da iz zunanjega omrežja do svojih naprav ne morete dostopati.
Sedaj, ko vemo, kaj to IP naslov je in kako deluje, pa lahko začnemo z IP naslovi v omrežju HAMNET Slovenija.
Leta 1981 so dodelili blok 44.0.0.0/8 IP naslovov z namenom uporabe za vse radioamaterske komunikacije. Na podlagi enačb, ki smo se jih prej naučili, ugotovimo, da je to dobrih 16 milijonov IP naslovov. Danes jih ima v lasti neprofitna organizacija ARDC, ki jih dodeljuje vsem radioamaterjem, ki zanje zaprosijo in za to izpolnjujejo pogoje. Ker so v zadnjih desetletjih IP naslovi postali prava dobrina, se je zadnja četrtina naslovnega prostora prodala podjetju Amazon, zato danes več ne velja, da so vsi IP naslovi, ki se začnejo s 44, IP naslovi, namenjeni radioamaterjem.
Posamezna omrežja lahko razdelimo na več manjših omrežij. To storimo tako, da masko omrežja povečamo in si s tem pridobimo dodatne bite v delu za omrežja, kjer vsaka unikatna kombinacija predstavlja novo omrežje. Razdelimo lahko prav vsako omrežje, dokler ne pridemo do najmanjše možne velikosti omrežja z masko /30 oz. 255.255.255.252. To omrežje ima 2 bita za gostitelje, kar pomeni, da lahko v omrežje priklopimo maksimalno 2 napravi.
Pa se malo poigrajmo. Kot prej boste potrebovali list papirja. Za začetek bomo naše domače omrežje razdelili na dve različni enako veliki podomrežji. To pomeni, da moramo omrežni maski dodati en bit, s tem bomo pa velikost vsakega podomrežja razpolovili. Na shemi so v zeleni barvi označeni N oz. network (omrežni) biti, z oranžno barvo S oz. subnet biti (podomrežje) in z modro barvo H oz. host biti (gostiteljski):
Na koncu moramo zadnji del iz binarne oblike pretvoriti nazaj v desetiško in dobimo dve različni omrežji z omrežnima naslovoma:
- 192.168.1.0/25 (desetiška maska 255.255.255.128)
- 192.168.1.128/25 (desetiška maska 255.255.255.128)
Za vajo lahko izpišete še lastnosti teh dveh omrežij: maksimalno število naprav v omrežjih, naslov poplavljanja, prvi in zadnji uporabni IP naslov. Rešitev najdete na koncu članka.
Pri razdeljevanju omrežij moramo biti še posebej previdni, da nobenega zelenega N bita ne spremenimo, saj s tem razdelimo drugo omrežje, ki ni naše.
Po enakem postopku lahko omrežje razdelimo na poljubno število podomrežij, dokler je to število ena izmed potenc števila 2. Za naslednji primer bomo naše drugo omrežje razdelili še na 4 podomrežja. Ker je , za 4 podomrežja potrebujemo vsaj 4 oranžne S bite (za 8 podomrežij 3, za 16 podomrežij 4, …). V S bitih moramo za različna podomrežja najti različne kombinacije bitov, ki so slučajno enake binarnemu štetju od 0-3:
Skupaj imamo sedaj 5 različnih podomrežij z naslednjimi naslovi omrežij in maskami:
- 192.168.1.0/25 (desetiška maska 255.255.255.128)
- 192.168.1.128/27 (desetiška maska 255.255.255.224)
- 192.168.1.160/27 (desetiška maska 255.255.255.224)
- 192.168.1.192/27 (desetiška maska 255.255.255.224)
- 192.168.1.224/27 (desetiška maska 255.255.255.224)
Za vajo lahko izpišete še lastnosti teh petih omrežij: maksimalno število naprav v omrežjih, naslov poplavljanja, prvi in zadnji uporabni IP naslov. Rešitev najdete na koncu članka.
Takemu razdeljevanju omrežij pravimo VLSM oz. Variable Length Subnet Mask. Na enak način so razedljena vsa IP omrežja, ARDC pa je dodelil podomrežje 44.150.0.0/16 za HAMNET Slovenija.
Ekipa HAMNET Slovenija je dodeljeno omrežje razdelila po naslednji omrežni shemi:
Razdelitev je bila narejena na podlagi potrebnih IP naslovov in omejitve naslovnega prostora. Uporabnikom HAMNET-a dodeljujemo naslovni prostor na podlagi uporabnikovih potreb. Če imate na svoji lokaciji 2 brezžični P2P povezavi do drugih hribov in nekaj naprav na svojem hribu, vam bomo dodelili 2 omrežji velikosti /29 za brezžični povezavi in eno izmed velikosti omrežja glede na vaše potrebe.
Omrežja velikosti /29 vsebujejo 6 prostih IP naslovov, potrebujemo pa samo 4 – Usmerjevalnik 1, Link 1, Link 2, Usmerjevalnik 2 – in so tudi nastavljeni na napravah v tem vrstnem redu. 2 IP naslova žal ostaneta neuporabljena.
Za uporabniška omrežja pa imamo na voljo 3 različne velikosti:
- 256 velikih omrežij z masko /26 – maksimalno 62 naprav
- 256 srednjih omrežij z masko /27 – maksimalno 30 naprav
- 512 majhnih omrežij z masko /28 – maksimalno 14 naprav
Za veliko večino uporabnikov (tudi zame) je malo omrežje dovolj veliko, nekaterim pa to ne zadošča. Skupaj imamo 1024 omrežij, namenjenih uporabnikom. Če bi po nekakšnem naključju vsa omrežja porabili imamo še en del naslovnega prostora rezerviranega za bodočo rabo (8190 IP naslovov), tako da strahu za to za zdaj ni.
Za zadnjo vajo pa si predstavljajmo, da sem vam dodelil omrežje 44.150.227.32/28 za vašo domačo rabo. Izračunajte število naprav v tem omrežju, prvi IP naslov, ki ga boste nastavili na usmerjevalnik in zadnji IP naslov, ki ga boste nastavili na svojem računalniku. Ne pozabite ugotoviti tudi desetiškega zapisa maske. S tem, ko pravilno rešite zadnjo vajo, vam čestitam, saj razumete kako deluje IP naslovni prostor in ste korak bliže razumevanju za priklop v omrežje HAMNET Slovenija. V naslednji številki revije CQ ZRS pričakujte nov članek na temo usmerjanja – imamo IP naslove, kako pa vemo, kje se katero omrežje nahaja?
Računanje IP omrežij zna biti kar zamudno, zato priporočam uporabo naslednjih IP kalkulatorjev:
Rešitve:
- Maksimalno število naprav v obeh omrežjih je 126.
- Naslov poplavljanja: 192.168.1.127; prvi IP naslov: 192.168.1.1; zadnji IP naslov: 192.168.1.126
- Naslov poplavljanja: 192.168.1.255; prvi IP naslov: 192.168.1.129; zadnji IP naslov: 192.168.1.254
- Maksimalno število naprav v prvem omrežju je 126, v ostalih štirih pa 30.
- Naslov poplavljanja: 192.168.1.127; prvi IP naslov: 192.168.1.1; zadnji IP naslov: 192.168.1.126
- Naslov poplavljanja: 192.168.1.159; prvi IP naslov: 192.168.1.129; zadnji IP naslov: 192.168.1.158
- Naslov poplavljanja: 192.168.1.191; prvi IP naslov: 192.168.1.161; zadnji IP naslov: 192.168.1.190
- Naslov poplavljanja: 192.168.1.223; prvi IP naslov: 192.168.1.193; zadnji IP naslov: 192.168.1.222
- Naslov poplavljanja: 192.168.1.255; prvi IP naslov: 192.168.1.225; zadnji IP naslov: 192.168.1.254
- Maksimalno število naprav v omrežju je 14; desetiška maska: 255.255.255.240; IP naslov usmerjevalnika: 44.150.227.32; IP naslov računalnika: 44.150.227.62