4.3 IP-adressering og subnetting

Hver enhet trenger en adresse

Tenk på hvor mange ting i hjemmet ditt som er på nett: mobilen, PC-en, TV-en, kanskje en høyttaler og et par lyspærer. For at de skal kunne sende og motta data, må hver av dem ha en unik adresse -- akkurat som hvert hus i en gate har et nummer. På internett kalles dette en IP-adresse.

Det finnes to versjoner, IPv4 og IPv6, men vi konsentrerer oss om IPv4, som fortsatt er mest brukt. En IPv4-adresse er et 32-bits tall, vanligvis skrevet som fire desimaltall skilt med punktum, for eksempel 192.168.1.10. Hvert tall, kalt en oktett, ligger mellom 0 og 255. For å forstå hvordan nettverk deles opp og organiseres, må vi også bli kjent med subnettmasker og subnetting -- og til slutt de to tjenestene DNS og DHCP, som gjør at vi sjelden trenger å tenke på tall i det hele tatt.

Adressen og masken

La oss se nærmere på adressen 192.168.1.10. Bak desimalskrivemåten ligger 32 bit. Hver oktett er åtte bit: 192 blir $11000000$, fordi $128 + 64 = 192$; 168 blir $10101000$, fordi $128 + 32 + 8 = 168$; 1 blir $00000001$; og 10 blir $00001010$, fordi $8 + 2 = 10$. Et godt triks når du konverterer er å gå nedover plassverdiene 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1 og spørre om hver passer.

En IP-adresse har to deler: en nettverksdel, felles for alle enheter i samme nettverk, og en vertsdel, som peker ut den enkelte enheten. Hvem som er hvem, avgjøres av subnettmasken. Med masken 255.255.255.0 -- binært $11111111.11111111.11111111.00000000$ -- er de 24 første bitene nettverksdel og de 8 siste vertsdel. For å finne selve nettverksadressen gjør vi en binær OG mellom IP og maske: 192.168.1.10 OG 255.255.255.0 gir 192.168.1.0. Tar vi et annet eksempel, 10.20.30.40 med masken 255.255.0.0, blir nettverksadressen 10.20.0.0, fordi de to siste oktettene maskeres bort.

Historisk delte man adressene i klasser: klasse A, B og C med ulik størrelse. Vi har også private adresseområder som brukes lokalt og aldri på det åpne internett -- 10.0.0.0--10.255.255.255, 172.16--31.x.x og 192.168.x.x. Adressen 192.168.1.x på hjemmenettverket ditt er nettopp en privat klasse C-adresse. En adresse som 256.1.1.1 er derimot ugyldig, rett og slett fordi en oktett aldri kan bli større enn 255.

CIDR og kunsten å dele opp

Å skrive ut hele subnettmasker som 255.255.255.0 blir fort tungvint. Derfor finnes CIDR-notasjon (Classless Inter-Domain Routing), der vi bare skriver antall nettverksbits etter en skråstrek. 192.168.1.0/24 betyr 24 nettverksbits, altså masken 255.255.255.0. På samme måte er /8 lik 255.0.0.0 og /16 lik 255.255.0.0. CIDR erstattet det gamle klassesystemet og gir mye mer fleksibel tildeling.

Nå kommer den nyttige regneferdigheten: hvor mange enheter får plass i et subnett? Med /24 er 8 bit til verter, så $2^8 = 256$ adresser. Men to av dem er reservert -- nettverksadressen selv og kringkastingsadressen -- så $256 - 2 = 254$ brukbare vertsadresser. Tar vi /26, er 6 bit til verter: $2^6 = 64$ adresser, minus 2 gir 62 brukbare. Formelen er altså $2^{\text{vertsbits}} - 2$.

Subnetting er nettopp kunsten å dele et stort nett i flere mindre. Si at et kontor har fått 192.168.10.0/24 og trenger fire subnett med minst 30 verter hver. Vi trenger 32 adresser per subnett ($2^5 = 32$, minus 2 gir 30), så vi velger /27, som gir blokker på 32. Da blir det 192.168.10.0/27, 192.168.10.32/27, 192.168.10.64/27 og 192.168.10.96/27, hver med 30 brukbare vertsadresser. Et litt tøffere eksempel: en PC med 10.50.100.200 og masken /20. Her er 12 bit til verter, så $2^{12} - 2 = 4094$ brukbare adresser, og du finner nettverksadressen ved å maskere den tredje oktetten.

DNS og DHCP: det som bare virker

Heldigvis trenger du sjelden å huske en eneste IP-adresse. Det skyldes DNS (Domain Name System), som oversetter domenenavn til IP-adresser. Du skriver "nrk.no", og bak kulissene spør maskinen din en lokal DNS-server -- ofte ruteren. Finnes ikke svaret lagret, går spørringen videre til en rotserver, så til .no-serveren, og til slutt til NRKs egen navneserver, som svarer med IP-adressen. Underveis brukes ulike DNS-poster: en A-post kobler navn til IPv4-adresse, en AAAA-post til IPv6, og en MX-post peker til e-postserveren. Uten DNS måtte vi tastet inn tallrekker i stedet for navn.

Den andre usynlige helten er DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), som automatisk deler ut nettverksinnstillinger. Når mobilen kobler seg på WiFi, foregår en liten samtale i fire steg: enheten roper ut en DHCP Discover, serveren svarer med en DHCP Offer, enheten aksepterer med en DHCP Request, og serveren bekrefter med en DHCP Acknowledge. I én jafs får enheten IP-adresse, subnettmaske, standard gateway (ruterens IP) og DNS-serveradresser.

Tenk på et typisk hjemmenettverk der ruteren har 192.168.1.1. Når en ny enhet kobler seg på, gir DHCP-serveren i ruteren den kanskje 192.168.1.100, masken 255.255.255.0, gateway 192.168.1.1 og DNS 192.168.1.1. Adressen er bare "leid" en stund -- en lease time, gjerne et døgn -- og fornyes automatisk. Alternativet er statisk IP, der du setter alt manuelt. Det er nettopp samspillet mellom DNS og DHCP som gjør at du kan koble en ny dings på nettet uten å vite noe som helst om oktetter og masker.

Oppsummering

En IPv4-adresse er et 32-bits tall skrevet som fire oktetter, og den deles i en nettverksdel og en vertsdel ved hjelp av subnettmasken. Nettverksadressen finner du med en binær OG mellom adresse og maske. CIDR-notasjon som /24 forteller kompakt hvor mange nettverksbits masken har, og med formelen $2^{\text{vertsbits}} - 2$ kan du regne ut hvor mange enheter et subnett rommer.

Subnetting lar oss dele et stort nett i flere mindre, slik vi gjorde da 192.168.10.0/24 ble til fire /27-subnett. Til slutt sørger DNS for å oversette navn til adresser, og DHCP for å dele ut adresser og innstillinger automatisk -- to tjenester som sammen gjør at du kan koble nye enheter på nettet uten å tenke på et eneste tall.