Bölüm 37: Adresin Anatomisi

Ev router’ı sana bir adres, bir maske ve bir default gateway vermişti. Maskeyi kullanmadan bıraktım.

Makinen hedefin bu ağda olmadığını işte o maskeyle anladı. Yaptığı iş tek bir şeyden ibaret: iki sayıyı karşılaştırmak. Peki neyi neyle karşılaştırıyor?

Bir adres kaç parçadan oluşur?

IPv4 adresi aslında tek bir sayı. Uzunluğu 32 bit, yani 4 bayt. Kimse otuz iki basamaklı bir ikili diziyi gözüyle okuyamadığı için adres 8 bitlik dört parçaya bölünüp noktayla ayrılıyor. Her parçanın adı, 23. bölümde MAC adresinde de gördüğümüz gibi, oktet.

Bir oktet 256 farklı değer taşır: en küçüğü 0, en büyüğü 255. Üst sınır keyfi bir seçim değil, sekiz bitin tamamının bir olması: 11111111. Okteti 256 olan bir adres hiçbir interface’e girmez.

Dört oktet tek bir isim taşımıyor. Adres iki bilgiyi birden söylüyor: makinenin hangi ağda olduğunu ve o ağın içindeki yerini. İlkine ağ parçası, ikincisine makine parçası deniyor.

Posta kodunu düşün. Kod mektubu doğru dağıtım merkezine götürür, kapı numarası o merkezin içinde tek bir kapıyı bulur. IP adresi aynı iki işi tek bir sayıya sıkıştırıyor: ağ parçası merkezi söylüyor, makine parçası kapıyı. Yalnız bir fark var: zarfta posta kodu ile kapı numarası ayrı satırlarda yazılıdır; IP adresinde ise tek bir sayı vardır ve sınırın nereye düştüğünü adresin kendisi söylemez.

Bu dört oktet, 20. bölümdeki encapsulation’da üçüncü zarfın, yani network layer başlığının kaynak ve hedef alanlarına yazılıyor. MTU o zarfın boyunu sınırlar, içindeki adresin yapısına karışmaz.

Sınırı kim çiziyor?

Sınırı söyleyen şey alt ağ maskesi. Maske de 32 bittir ve dört okteti vardır. Ama bir adres değildir. Hiçbir makineye atanmaz, hiçbir paketin üstüne yazılmaz.

Maskenin deseni serbest de değil. Solda kesintisiz bir dizi bir, sağda kesintisiz bir dizi sıfır bulunur. Birler ağ parçasını işaretler, sıfırlar makine parçasını. Bu kural yüzünden bir maske oktetinde topu topu dokuz ondalık değer görünebilir.

0   128   192   224   240   248   252   254   255

Adresle maskeyi buluşturan işlem bitsel VE. Adresin her biti maskedeki karşılığıyla eşleşir ve maskenin sıfır olduğu her yerde sonuç sıfırlanır. Geriye yalnızca ağ parçası kalır. Çıkan değerin adı ağ adresi.

Somut bir vaka kuralım. Örneği ev ağından belgeleme bloğuna taşıyorum; alt ağa bölmeyi 203.0.113.0/24 üstünde göstermek daha temiz. Belgelemeye ayrılmış o bloktan 203.0.113.70 adresini alıyorum, maskeyi de 255.255.255.192 seçiyorum.

adres    203.0.113.70      11001011 00000000 01110001 01000110
maske    255.255.255.192   11111111 11111111 11111111 11000000
                                                      --------
VE       203.0.113.64      11001011 00000000 01110001 01000000

Hesabın tamamı son oktette olup bitiyor: 70 ile 192’nin VE’si 64. İlk üç oktet maskede baştan sona bir olduğu için olduğu gibi geçiyor. Şimdi aynı adresi daha kısa bir maskeden geçir. 255.255.255.0 ile sonuç 203.0.113.0 çıkar. Adres değişmedi, maske değişti, ağ değişti.

Aynı adresi iki farklı maskeden geçirince ne olduğunu görelim:

Makine bu işlemi her paket için iki kez yapıyor. Önce hedef adresi kendi maskesinden geçiriyor, sonra kendi adresini aynı maskeden. İki sonuç eşitse hedef aynı ağdadır ve frame doğrudan ona yazılır. Eşit değilse paket varsayılan geçide çıkar. Gerçek işletim sistemleri bu karşılaştırmayı ayrı bir adım olarak yapmıyor: kendi ağı routing tablosunda bir satır olarak durur ve karar tablo aramasının içinde verilir. O aramayı 39. bölümde açacağız.

Bir önceki durağın borcu tam burada kapanıyor. Adresi 203.0.113.70/26 olan makine 198.51.100.9 numaralı hedefe paket yazacak. Hedefi kendi maskesinden geçirince 198.51.100.0 buluyor, kendi ağı ise 203.0.113.64. İkisi eşleşmiyor. Paket bu yüzden geçide, yani 203.0.113.65’e gidiyor: frame’in hedef MAC alanına geçidin adresi yazılıyor, IP başlığındaki hedef ise 198.51.100.9 olarak kalıyor.

Aynı hesap daha eski bir borcu da kapatıyor. Makine 25. bölümde ARP’ı yalnızca kendi ağındaki komşular için soruyordu. Kimin komşu sayılacağına karar veren işlem buydu.

Sınır bazen çok yakından geçer. 203.0.113.130 aynı maskeden 203.0.113.128 olarak çıkıyor ve bu değer 203.0.113.64 ile eşit değil. İki makine kâğıt üstünde komşu görünse de aynı alt ağda değil.

Her ağın iki adresi baştan gider. Makine bitlerinin tamamı sıfır olan değer ağ adresidir, tamamı bir olan değer broadcast adresidir. Atanabilir ilk adres ağ adresinden bir sonraki, son adres broadcast adresinden bir öncekidir.

Kartın fabrikadan gelen adresi ve bütün komşuları birden uyandıran broadcast adresi tanıdık. Buradaki broadcast adresi onun network layer’daki karşılığı. Bu adrese eskiden başka bir ağdan da paket gönderilebiliyordu; 1990’ların sonunda tek bir sahte paketi bir ağın bütün makinelerine çoğaltan Smurf saldırıları bununla yapıldı. RFC 2644’ten beri router’lar dışarıdan gelen bu tür broadcast’i varsayılan olarak geçirmiyor.

Geçide ağ adresinden sonraki ilk adresi vermek ise bir kural değil. Yerleşmiş bir gelenek, çoğu ağda öyle bulursun.

Bir bloğu nasıl bölersin?

Maskeyi noktalı ondalık yazmak yerine kaç bitinin bir olduğunu söylemek daha kısa. Eğik çizgili gösterimin tamamı bu: /20 demek, maskenin ilk 20 biti bir ve kalan 12 biti sıfır demek. Çizgiden sonraki sayının adı önek uzunluğu.

RFC 4632 yazımı sabitliyor: dört oktetlik bir değer, eğik çizgi, sonra sıfır ile otuz iki arasında bir tam sayı. Tanımlı önek uzunluğu sayısı böylece 33 oluyor.

Alt ağ kurmak, makine bitlerinden bir kısmını ödünç bit olarak ağ parçasına almaktır. Ağ bitleri hiç değişmez; uzayan şey maskedir. Denklem sabit: ağ bitleri artı ödünç bitler artı makine bitleri 32 eder.

Bütün alt ağ hesabı iki formüle iniyor. b ödünç alınan bit sayısı, h geriye kalan makine bit sayısı olsun:

alt ağ sayısı      = 2^b
alt ağ başına adres = 2^h
atanabilir adres    = 2^h − 2

Sondaki iki, her alt ağın yuttuğu ağ adresi ile broadcast adresi. Üç formülden yalnızca ikisini ezberlemek yeter, üçüncüsü çıkarma.

Tersinden de çalışıyor ve sahada asıl kullanılan yön bu: elinde makine sayısı var, önek arıyorsun. “Bana 50 adres lazım” dediğinde 2^h − 2 ≥ 50 eşitsizliğini sağlayan en küçük h değerini bulursun. h=5 için 30, yetmiyor; h=6 için 62, yetiyor. Önek 32 − 6 = /26.

Son okteti kullanan öneklerin tamamı tek bir merdivene sığıyor ve bu merdiveni akılda tutmak alt ağ hesabının yarısıdır:

Merdiven her satırda ikiye bölünüyor: maskeye bir bit eklemek blok büyüklüğünü yarıya indiriyor. Sağdaki iki sütunun /31 ve /32 satırlarında birbirine eşit olmasının ayrı bir hikâyesi var; ona birazdan geleceğiz.

203.0.113.0/24 bloğunu dört parçaya bölmek istiyorsun. Dört parça 2 bit ödünç almak demek. Yeni önek /26 ve maske 255.255.255.192 oluyor. Makine parçası 6 bit kalıyor, yani her alt ağda 64 adres var ve bunun 62’si atanabilir.

Sınırları ikili yazmadan bulmanın kısayolu blok büyüklüğü. Maskenin son oktetteki değerini 256’dan çıkarırsın: 256 eksi 192, 64. Alt ağlar son oktette 64’er adımla ilerler.

Aynı hesap başka bir blokta da yürüyor. 198.51.100.0/24 sekiz parçaya bölünürse önek /27 olur, maske 255.255.255.224 çıkar ve blok büyüklüğü 32’ye iner. Her parçada 30 atanabilir adres kalır.

Bölmenin bir bedeli var. Tek bir /24 bloğunda 256 adresin ikisi kaybolur; kayıp oranı %0,8’de kalır. Aynı blok dört /26’ya ayrılınca kayıp sekize çıkar ve oran %3,1 olur.

Bedel en uçta çıplak görünür. İki router’ı bağlayan noktadan noktaya bir hat için /30 kullanılır ve dört adresin yalnızca ikisi işe yarar. Verim %50.

Bu israfın bir çaresi var ve merdivenin sondan ikinci satırında duruyor. RFC 3021, noktadan noktaya hatlarda /31 kullanmayı serbest bırakıyor. Mantığı şu: ağ adresi ile broadcast adresi ancak bir alt ağda “ötekiler” varken anlamlıdır. Bir hattın iki ucu varsa broadcast yapmaya gerek yok: karşı taraf zaten tek bir makine. Öyleyse iki adresi de interface’e verebilirsin ve verim %50’den %100’e çıkar. Bir operatörün binlerce hattı olduğunda kazanılan adres sayısı ciddi. Merdivenin son satırındaki /32 ise bir ağ değil, tek bir makineye giden bir yol; loopback interface’lerinde ve routing tablosunda karşına çıkacak.

Bir tasarım problemi: aynı blok, dört farklı beden

Şimdiye kadar blokları hep eşit parçalara böldük. Gerçek bir ağda departmanlar eşit büyüklükte olmuyor ve eşit bölmek adres israf ediyor. Çözümün adı değişken uzunluklu maske (VLSM): aynı blok içinde farklı öneklere sahip alt ağlar kurmak.

Elinde 192.168.10.0/24 var ve dört ihtiyaç bekliyor:

Kural tek: en büyükten başla. Küçükten başlarsan büyük blok için hizalı bir yer kalmaz, çünkü her alt ağ kendi büyüklüğünün katı olan bir adreste başlamak zorunda.

Satış, 50 makine. 2^6 − 2 = 62 ≥ 50, önek /26, blok 64. İlk boş adres .0. → 192.168.10.0/26, kullanılabilir .1-.62, broadcast .63.

Muhasebe, 25 makine. 2^5 − 2 = 30 ≥ 25, önek /27, blok 32. İlk boş adres .64; 64, 32’nin katı olduğu için hizalı. → 192.168.10.64/27, kullanılabilir .65-.94, broadcast .95.

Depo, 10 makine. 2^4 − 2 = 14 ≥ 10, önek /28, blok 16. İlk boş adres .96, 16’nın katı. → 192.168.10.96/28, kullanılabilir .97-.110, broadcast .111.

Hat, 2 adres. 2^2 − 2 = 2, önek /30, blok 4. İlk boş adres .112. → 192.168.10.112/30, kullanılabilir .113-.114, broadcast .115.

Sonuç tabloya döküldüğünde:

Geriye 192.168.10.116 ile 192.168.10.255 arası, yani 140 adres boşta kalıyor. Yarın beşinci bir bölüm eklendiğinde yer var.

Şimdi aynı işi eşit bölmeyle yapmayı dene. Dört bölüm için dört alt ağ, yani /26. Satış sığar, ama Depo 62 adreslik bir bloğun içinde 10 makineyle oturur ve 52 adres ölür; iki adreslik hat 60 adres yakar. Boşa giden toplam yine 161 adres, VLSM’dekiyle birebir aynı. Fark, bu kez hepsinin dört bloğun içine hapsolmuş olması: elinde beşinci bir alt ağ için hiç yer kalmaz. VLSM’in kazandırdığı şey adres değil, gelecekte manevra alanı.

Bir uyarı da düşeyim: VLSM’in çalışabilmesi için routing protokolünün maskeyi ilanla birlikte taşıması gerekiyor. Taşımayanlar, yani birazdan göreceğin sınıflı düzenin kalıntıları (RIP’in ilk sürümü gibi), aynı ağda iki farklı önek gördüklerinde yanlış karar veriyor. Routing protokollerini karşılaştırırken bu ayrımı tekrar kullanacağız.

Bölmenin sebebi adres tasarrufu mu?

Alt ağın tanımı aslında topolojik. Arada router olmadan birbirine ulaşabilen interface’ler bir alt ağ oluşturur. Adresin yapısı bu fiziksel gerçeği yazıya dökmekten ibaret.

Bölmenin ilk gerekçesi de adres tasarrufu değil, broadcast trafiği. Ağ büyüdükçe broadcast etki alanı büyür ve bütün makineler yoğun broadcast’in ortasında kalır. İkinci gerekçe yönetim: farklı yerlerdeki bölümler birbirini etkilemez ve tek bir ağ numarası içeriden bölünebilir.

Bu esneklik sonradan kazanıldı. 1993’e kadar internetin genelinde sınırı maske değil, adresin ilk okteti çiziyordu. Üç beden vardı ve arada kalan kurumların hiçbirine uymuyordu. Sınırı sınıftan alıp maskeye taşıyan sınıfsız gösterim bu üç bedeni ortadan kaldırdı; eğik çizgili yazım da oradan geliyor.

Bölmenin tersi de var. Komşu ağları tek bir kısa önekte birleştirmeye üst ağ oluşturma (supernetting, rota toplama) deniyor; öneki 3 bit kısaltmak sekiz komşu ağı tek satıra indiriyor. RFC 4632’ye göre paket anahtarlamalı bir ağda routing durumunu küçültmenin bilinen tek yolu bu.

Uzayın her köşesi de bölünmeye açık değil. Dört milyarlık alanın içinden bazı bloklar kesilip özel işlere ayrıldı; bir adresin hangi bloğa düştüğünü tanımak arıza ararken ilk adımdır:

Tablonun altıncı satırı bu kitabın kendisini de açıklıyor: örneklerde hep 203.0.113.x görmenin sebebi, o bloğun bunun için ayrılmış olması. Gerçek bir kuruma ait adres yazmak, okurun onu bir hedef sanmasına yol açardı.

Yedinci satırdaki 255.255.255.255 özel bir broadcast: hedefi bilinmeyen ilk konuşmalarda kullanılıyor. Makine daha kendi adresi yokken 36. bölümde adres sunucusunu arıyordu; o mesajın hedefi bu adres, kaynağı ise sekizinci satırdaki 0.0.0.0. İki uç durum aynı anda: adresi olmayan bir makine, kimliği olmayan bir alıcıya sesleniyor.

Bütün bu yapıyı kendi makinende tek komutla görebilirsin. Windows’ta ipconfig adresi ile maskeyi ayrı satırlara yazar; Linux’ta ip -brief addr ikisini birleştirip 203.0.113.70/26 biçiminde tek parça verir. İki çıktı da aynı 32 biti anlatıyor, biri noktalı ondalık maskeyle, öteki önek uzunluğuyla.

Özet

• Adres tek bir sayıdır: 32 bitlik değer okunabilsin diye 8 bitlik dört oktete bölünür ve noktalı ondalık yazılır.
• Sınırı maske çizer: adres kendi ağ parçasının nerede bittiğini söylemez, bunu yanındaki 32 bitlik desen söyler.
• Karar bitsel VE ile verilir: makine hem hedefi hem kendini aynı maskeden geçirir, sonuçlar eşitse komşudur, eşit değilse paket geçide çıkar.
• Bölmenin bedeli iki adrestir: her alt ağ bir ağ adresi ile bir broadcast adresi yutar, dörde bölünen bir blok sekiz adres kaybeder; noktadan noktaya hatlarda /31 bu bedeli sıfırlar.
• Hesap iki formüle iniyor: 2^b alt ağ sayısını, 2^h − 2 alt ağ başına atanabilir adresi verir; sahada bunları tersinden, gereken makine sayısından öneke doğru kullanırsın.
• VLSM eşit bölmeyi bırakır: en büyük bölümden başlayıp her alt ağı kendi büyüklüğünün katına hizalarsan, aynı /24 bloğunda dört farklı beden yan yana durur ve geriye manevra alanı kalır.
• Önek uzunluğu maskenin kısaltmasıdır: eğik çizgiden sonraki sayı maskedeki bir bitlerinin adedidir ve sınıfların yerini almıştır.

Adresin anatomisini çıkardık: otuz iki bit, bir maske ve maskenin çizdiği bir sınır. Ama bu düzenin toplamı baştan belli, çünkü 32 bitin alabileceği değer sayısı sabit: 4.294.967.296. Dört milyarı biraz aşan bu havuz bütün dünyaya yetiyor mu?