IPv4 subnetting, forwarding और fragmentation
दायरा और पूर्वज्ञान
IPv4 header पढ़ना, subnet boundaries निकालना, longest-prefix matching और fragmentation करना सीखें। Binary powers, bytes/bits तथा IP packet और link frame का अंतर पहले आना चाहिए। अन्य निर्देश न हों तो ordinary unicast subnet में network और directed-broadcast addresses reserve हैं, IPv4 header20 bytes है, options और tunneling नहीं हैं।
1. Address और header
IPv4 address में32 bits हैं। /p prefix पहले p bits fix करता है और32−p host bits छोड़ता है। Mask में p शुरुआती ones होते हैं। Network address = address AND mask। सारे host bits1 करने पर अंतिम address मिलता है। कुल addresses2^(32−p) हैं। कम से कम दो host bits वाले पारंपरिक subnet में usable hosts2^(32−p)−2 हैं। हर जगह2 न घटाएँ: /31 point-to-point links का विशेष उपयोग है और /32 अकेला address या host route बताता है।
Header में version, IHL, total length, identification, flags, fragment offset, TTL, protocol, header checksum और source/destination addresses हैं। IHL की unit32-bit word है: IHL5 का अर्थ20 bytes और IHL6 का24 bytes। Total length में header और payload दोनों हैं। Protocol field payload पहचानता है, जैसे TCP6, UDP17, ICMP1। Header checksum केवल IPv4 header जाँचता है, data नहीं। Forwarding router TTL घटाता और checksum update करता है। TTL समाप्त होने पर packet discard होता है; लागू ICMP नियमों के अनुसार सामान्यतः error भेजा जाता है।
2. Subnet गणना और allocation
हल:192.0.2.173/27 का mask255.255.255.224 है। अंतिम octet में blocks32 के अंतर से हैं।173,160…191 में है, इसलिए network192.0.2.160, broadcast192.0.2.191 और ordinary hosts161…190 हैं; usable count30 है। AND से जाँचें:173 AND224=160। .173 स्वयं network boundary नहीं है।
50 ordinary hosts के लिए2^h−2≥50 चाहिए। h=6 से /26 मिलता है, जिसमें64 addresses हैं। VLSM में जरूरत के अनुसार अलग prefixes देते हैं। बड़े blocks पहले दें और हर boundary block size से align करें; /26 अंतिम octet16 से शुरू नहीं हो सकता।198.51.100.0/24 में50 hosts के लिए .0/26,25 के लिए .64/27 और10 के लिए .96/28 सही nonoverlapping allocation है। इस्तेमाल64+32+16=112 addresses है। छोटी prefix length का block बड़ा होता है।
3. CIDR aggregation और forwarding
Route prefix लगातार, aligned, power-of-two block बताता है। केवल adjacent होने से ranges aggregate नहीं हो जातीं।192.0.2.0/25 और192.0.2.128/25 ठीक192.0.2.0/24 बनते हैं। लेकिन तीसरे octets1 और2 वाले adjacent /24s एक /23 में बिल्कुल नहीं समाते: /23 का तीसरा octet even boundary पर शुरू होता है। अधिक चौड़ा summary ऐसे addresses का traffic भी खींच सकता है जिन तक route नहीं है।
Forwarding में matching entries का longest prefix चुनें, table order या अलग prefixes की सबसे छोटी metric नहीं। Table लें:0.0.0.0/0→R0;10.0.0.0/8→R1;10.2.0.0/16→R2;10.2.3.0/24→R3।10.2.3.99 के लिए R3,10.2.8.9 के लिए R2,10.9.1.1 के लिए R1 और203.0.113.7 के लिए R0 है। एक ही prefix के candidates में installed route चुनने को metric और protocol preference काम आ सकते हैं; वह longest-prefix forwarding से अलग चरण है।
4. IPv4 fragmentation
Outgoing link MTU पूरे IP packet की सीमा है। Packet बड़ा हो और DF clear हो तो fragmentation हो सकती है। DF set होने पर router fragment नहीं कर सकता: oversized packet गिराता है और सामान्यतः ICMP fragmentation-needed error भेजता है। Path MTU discovery इस feedback का उपयोग करती है; messages filter होने पर समस्याएँ हो सकती हैं।
हर fragment का अपना IP header और original payload का हिस्सा होता है। Source, destination और protocol के साथ identification fragments को एक datagram से जोड़ता है। Offset की unit8 bytes है और शुरुआत original payload से गिनी जाती है, current fragment या header से नहीं। हर nonfinal payload की लंबाई8 की multiple होनी चाहिए। MF1 बताता है कि original data आगे बाकी है; MF0 अंतिम fragment है। Reassembly destination करता है, हर router नहीं। Fragment खोने पर पूरा datagram नहीं बनता और timeout हो सकता है।
हल: original total length4020, header20, payload4000, MTU1500, DF0। Maximum nonfinal payload=floor((1500−20)/8)×8=1480। Pieces1480,1480,1040 हैं। Total lengths1500,1500,1060; offsets0,185,370; MF1,1,0। Payload sum4000 होना चाहिए,4020 नहीं। अब कुल IP bytes4060 हैं क्योंकि दो नए headers जुड़े। MTU केवल payload की सीमा नहीं है।
Refragmentation: ऊपर के middle fragment का offset185, payload1480 और MF1 है। अगला MTU620 हो तो chunks600,600,280; offsets185,260,335; total lengths620,620,300 होंगे। तीनों का MF1 रहेगा क्योंकि middle piece के बाद original data अभी बाकी है। Offset फिर zero नहीं होता। यहाँ options नहीं हैं; वास्तविक IPv4 में copied options fragment header length बदल सकते हैं।
5. गलतियों से बचाव
Host count से पहले block size और alignment लिखें। Host address, network prefix और next-hop address अलग रखें। Prefix length bits में, IHL32-bit words में, offset8-byte units में, जबकि MTU और total length bytes में हैं। Fragments में payload conservation, MTU सीमा, nonfinal alignment और original-relative offsets जाँचें। IPv4 नियम IPv6 routers पर लागू न करें; वे forwarded packets fragment नहीं करते।
मौलिक अभ्यास: छह single-correct MCQ
ये मौलिक शिक्षण प्रश्न हैं, पिछले वर्षों के प्रश्न नहीं। ठीक एक उत्तर चुनें।
P01. दिए पारंपरिक नियम में /27 subnet में कितने usable host addresses हैं?
A. 27 B. 30 C. 32 D. 62
उत्तर: B
A: 27 prefix length है।
B: पाँच host bits से32−2=30 मिलता है।
C: 32 में network और broadcast भी हैं।
D: 62, /26 के लिए है।
P02. 192.0.2.173/27 का network address कौन सा है?
A. 192.0.2.128 B. 192.0.2.160 C. 192.0.2.173 D. 192.0.2.191
उत्तर: B
A: 128 पिछला block शुरू करता है।
B: 173,160…191 में है।
C: यह block का host address है।
D: 191 broadcast है।
P03. Matching routes /0, /8 और /24 हैं। Longest-prefix matching में कौन जीतेगा?
A. /0 B. /8 C. /24 D. सूची का पहला route
उत्तर: C
A: Default सबसे कम specific है।
B: /8, /24 से कम specific है।
C: 24 matching bits वाला route सबसे specific है।
D: सूची का क्रम specificity नहीं तय करता।
P04. 2020-byte IPv4 datagram में20-byte header, DF0 और MTU1020 है। दो fragments के offsets क्या हैं?
A. 0 और1000 B. 0 और125 C. 0 और127 D. 20 और1020
उत्तर: B
A: Offsets bytes में नहीं,8-byte units में हैं।
B: हर payload1000 bytes है;1000/8=125।
C: Offset में IP header नहीं जोड़ते।
D: Offsets headers को छोड़ते और zero से शुरू होते हैं।
P05. DF set वाला बड़ा IPv4 packet router पर आता है। सामान्य निर्धारित प्रतिक्रिया क्या है?
A. DF के बावजूद fragment करे B. उसी router पर reassemble करे C. Packet गिराए और सामान्यतः ICMP से fragmentation-needed बताए D. Link MTU अपने आप बढ़ाए
उत्तर: C
A: DF fragmentation रोकता है।
B: Reassembly से oversized समस्या हल नहीं होती।
C: Drop और error feedback, ICMP नियमों के अधीन, path MTU discovery में मदद करते हैं।
D: Router packet के लिए link MTU स्वतः नहीं बढ़ाता।
P06. कौन से दो /25 prefixes मिलकर ठीक198.51.100.0/24 बनते हैं?
A. 198.51.100.0/25 और198.51.100.128/25 B. 198.51.100.0/25 और198.51.101.0/25 C. 198.51.100.64/25 और198.51.100.128/25 D. 198.51.100.0/25 और198.51.100.0/25
उत्तर: A
A: ये aligned निचला और ऊपरी आधा हैं।
B: ये इस /24 के दो आधे नहीं हैं।
C: 64 canonical /25 boundary नहीं है।
D: निचला आधा दो बार लेने से ऊपरी आधा नहीं मिलता।
स्रोत और दायरा
यह 2026 course के बताए भाग का पाठ है, पूरे Computer Networks syllabus की समाप्ति नहीं। सभी गणनात्मक उदाहरण और प्रश्न मौलिक हैं। 2027 की पूर्णता का दावा नहीं।
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