IP چیست؟

اگر اینترنت را یک سیستم پست جهانی در نظر بگیریم، IP معادل سیستم آدرس‌دهی و مسیریابی آن است. درست همانطور که یک نامه برای رسیدن به مقصد نیاز به آدرس فرستنده و گیرنده دارد، هر بسته‌ی داده (Packet) نیز برای حرکت صحیح در شبکه‌ی اینترنت، به آدرس‌های IP مبدأ و مقصد نیاز دارد.
بنابراین با توجه به نقش حیاتی IP در شناسایی و ارتباط بین دستگاه‌ها در شبکه‌های گسترده (مانند اینترنت)، در ادامه به تعریف دقیق‌تر این مفهوم، نحوه‌ی عملکرد، تفاوت نسخه‌ها و ارتباط آن با سایر پروتکل‌ها می‌پردازیم.

پروتکل اینترنت

IP چگونه کار می‌کند؟

عملکرد اصلی IP

نسخه‌های پروتکل IP

نسخه Ipv4

آدرس‌های عمومی و آدرس‌های خصوصی

تکنولوژی NAT

نسخه Ipv6

مزایای Ipv6 نسبت به Ipv4

سخن پایانی

پروتکل اینترنت (Internet Protocol)

به مجموعه قوانینی که نحوه آدرس‌دهی و مسیریابی بسته‌های داده را در سراسر اینترنت و شبکه‌های محلی (LAN) تعریف می‌کنند، پروتکل اینترنت (Internet Protocol) یا به اختصار آی پی (IP) گفته می‌شود.

IP چگونه کار می‌کند؟ (Internet Protocol)

برای اینکه بدانیم IP چگونه کار میکند، ابتدا باید با دو ویژگی اصلی این پروتکل، یعنی «Connectionless» و «Unreliable» آشنا شویم.

• Connection-less (بدون اتصال)
  منظور از «بدون اتصال» این است که IP قبل از ارسال داده، یک اتصال ثابت با مقصد برقرار نمی‌کند، بلکه هر بسته‌ی داده به طور مستقل مسیریابی می‌شود.
• Unreliable  (غیرقابل اعتماد) 
  در پروتکل IP، تضمینی برای رسیدن بسته‌ها به مقصد، ترتیب رسیدن آنها یا عدم تکرارشان وجود ندارد!
  
  توجه داشته باشید که این قابلیت‌ها توسط پروتکل‌های لایه‌های بالاتر (مانند TCP) تأمین می‌شوند.
  
  

عملکرد اصلی IP

عملکرد اصلی IP شامل مراحل زیر است:

• بسته‌بندی (Encapsulation)
  ابتدا داده‌های ارسالی از لایه‌های بالاتر (مانند TCP یا UDP)، به قطعات کوچک‌تری به نام دیتاگرام (Datagram) تقسیم می‌شوند. سپس IP، بخشی به نام هدر (Header) را به هر دیتاگرام اضافه می‌کند. این بخش حاوی اطلاعات ضروری، مانند: آدرس‌های IP مبدأ و مقصد است.
• آدرس‌دهی (Addressing)
  هر دستگاه متصل به شبکه، یک آدرس IP منحصر به فرد دارد که هویت منطقی آن را در شبکه مشخص می‌کند. این آدرس‌ها توسط روترها برای تعیین مسیر حرکت دیتاگرام‌ها استفاده می‌شوند.
• مسیریابی (Routing)
  روترها (Routers) دستگاه‌هایی تخصصی در شبکه هستند که نقش راهنما را در مسیر حرکت دیتاگرام‌ها ایفا می‌کنند. آنها با بررسی آدرس IP مقصد در هدر هر دیتاگرام و با استفاده از جداول مسیریابی‌شان (Routing Tables)، بهترین مسیر را برای ارسال دیتاگرام به سمت مقصد نهایی تعیین می‌کنند. هر دیتاگرام می‌تواند از طریق چندین روتر در طول مسیر خود، راهنمایی شود.
• قطعه‌بندی (Fragmentation)
  اگر یک دیتاگرام، بزرگتر از حداکثر اندازه‌ی بسته‌ی قابل انتقال در یک لینک شبکه‌ی خاص (MTU - Maximum Transmission Unit) باشد، IP میتواند آن را به قطعات کوچکتر (Fragments) تقسیم کند. این قطعات پس از رسیدن به مقصد و قبل از تحویل، مجددا توسط IP سرهم‌بندی می‌شوند.

نسخه‌های پروتکل IP

آدرس IP، شناسه‌ای عددی است که به صورت مجزا به هر رابط شبکه (دستگاه‌های متصل به شبکه، مثل کامپیوترها، پورت‌ها، کارت شبکه، روتر، دستگاه‌های بی‌سیم و...) اختصاص می‌یابد.
این آدرس‌ها دارای ساختار و ویژگی‌های خاصی هستند که توسط نسخه‌های پروتکل IP تعیین می‌شوند.
در حال حاضر پروتکل IP دارای دو نسخه اصلی «Ipv4» و «Ipv6» است که در ادامه به بررسی آنها می‌پردازیم.

نسخه Ipv4

نسخه Ipv4، به عنوان اولین و قدیمی‌ترین نسخه‌ی پروتکل اینترنت شناخته می‌شود که هنوز هم به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. IPv4 مخفف عبارت «Internet Protocol Version 4»، به معنای «پروتکل اینترنت ورژن 4» است.

IPv4، یک آدرس 32 بیتی است که معمولاً به صورت چهار عدد دسیمال (از 0 تا 255) که با نقطه از هم جدا شده‌اند، نمایش می‌یابد. هر یک از این چهار بخش، به عنوان یک Octet شناخته می‌شوند و نماینده‌‌ی 8 بیت از آدرس هستند. شناسه‌ی عددی «192.168.1.1»، نمونه‌ای از یک آدرس IPv4 است.

آدرس‌های عمومی و آدرس‌های خصوصی

از نظر فضای آدرس‌دهی، نسخه Ipv4 می‌تواند حدود 4.3 میلیارد آدرس منحصر به فرد تولید کند. بخش زیادی از آنها (تقریباً 3.7  میلیارد)، آدرس‌های عمومی (Public IP) هستند که می‌توانند به دستگاه‌های متصل به شبکه‌ی اینترنت، اختصاص یابند.
مابقیِ آدرس‌ها برای اهداف خاصی (مثل: آدرس‌دهی دستگاه‌ها در شبکه‌های محلی)، رزرو شده‌اند. این آدرس‌ها در شبکه‌ی اینترنت قابل مسیریابی نیستند و به عنوان آدرس‌های خصوصی (Private IP) شناخته می‌شوند.

تکنولوژی NAT

در دهه‌های گذشته که استفاده از اینترنت به گستردگی امروز نبود، آدرس‌های تولیدی Ipv4، کافی و حتی بیش از حد نیاز به نظر می‌رسید! اما با ورود میلیاردها موبایل، تبلت، لپتاپ، تلویزیون هوشمند، یخچال‌های هوشمند و...، شرایط کاملا تغییر کرد. چنانچه تعداد دستگاه‌ها، از آدرس‌های تولیدی Ipv4 فزونی یافت. بنابراین تکنولوژی NAT به عنوان راه حلی موقت اما پربازده برای مدیریت توزیع آدرس‌های Ipv4 ابداع شد.
با کمک تکنولوژی NAT، همه‌ی دستگاه‌های متصل به یک شبکه‌ی خصوصی که دارای Private IP مجزا هستند، از طریق یک Public IP مشترک، به شبکه‌ی اینترنت متصل می‌شوند. در واقع NAT، امکان ترجمه‌ی آدرس‌های Private به Public و برعکس آن را برای روتر فراهم می‌کند. همچنین تکنولوژی NAT می‌تواند به عنوان یک لایه‌ی امنیتی برای شبکه‌ی خصوصی در نظر گرفته شود. زیرا دستگاه‌های داخلی، مستقیما از بیرون قابل رویت نیستند.

نسخه Ipv6

نسخه Ipv6، به عنوان نسل جدید پروتکل اینترنت و در راستای حل مشکل کمبود آدرس در Ipv4 و نیاز به فضای آدرس‌دهی بسیار بزرگتر طراحی شده است.
Ipv6 یک آدرس 128 بیتی است. کاراکترهای آن به صورت هشت گروه چهار رقمی هگزادسیمال (اعداد 0 تا 9 و حروف a تا f) که با دو نقطه از هم جدا شده‌اند، نمایش داده می‌شود.
فضای آدرس‌دهی نسخه Ipv6، معادل 2¹²⁸ است. یعنی Ipv6 می‌تواند چیزی در حدود (38^10 × 3.4) آدرس منحصر به فرد تولید کند. این عدد به طرز باورنکردنی بزرگ است و مشکل کمبود آدرس را به طور کلی حل می‌کند.
در ادامه، نمونه‌ای از آدرس نسخه Ipv6 را مشاهده می‌کنید.
2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

مزایای Ipv6 نسبت به Ipv4

به غیر از فضای آدرس‌دهی عظیم، که مهم‌ترین مزیت Ipv6 نسبت به Ipv4 محسوب می‌شود، این نسخه‌ی جدید از ویژگی‌های خاصی برخوردار است که عملکرد آن را نسبت به نسخه‌ی قدیمی بهینه می‌کند. در ادامه به بررسی برخی از مهم‌ترین مزایای Ipv6 نسبت به Ipv4 می‌پردازیم.

• هدر ساده‌تر
  برعکس IPv4 که دارای هدر متغیر است، هدر IPv6 با طول ثابت 40 بایت، پردازش بسته‌ها توسط روترها را کارآمدتر می‌کند.
• عدم نیاز به NAT 
  در نسخه Ipv6، هر دستگاه میتواند یک Public IP منحصر به فرد داشته باشد و نیازی به ترجمه‌ی آدرس نیست. این ویژگی باعث سادگی و امنیت بیشتر در ارتباطات End-to-End می‌شود.
• امنیت بالا
  نسخه Ipv6 از ابتدا با امنیت بالاتری طراحی شده است و پروتکل‌های رمزنگاری بهتری دارد. برای مثال: IPsec که در IPv4 اختیاری است، در IPv6 به صورت اجباری طراحی شده است و امکان رمزنگاری End-to-End و احراز هویت را فراهم می‌کند.
• پیکربندی خودکار (Stateless Autoconfiguration - SLAAC)
  در IPv6، دستگاه‌ها می‌توانند آدرس IP خود را بدون نیاز به سرور DHCP پیکربندی کنند.
• افزایش کیفیت خدمات QoS و پشتیبانی بهتر از Multicast
  روترهای IPv6 می‌توانند ترافیک حساس به تاخیر را شناسایی، اولویت‌بندی و بهینه‌سازی کنند. در نتیجه کیفیت صدا و تصویر در تماس‌های VoIP و ویدئو بهبود می‌یابد.
  همچنین IPv6 با پشتیبانی بومی و گسترده از Multicast، امکان پخش کارآمد ویدئو و سایر داده‌ها را برای گروه بزرگی از کاربران فراهم می‌کند.
  
  

سخن پایانی

IP هسته‌ی اصلی هر ارتباطی در اینترنت است، مسئولیت آدرس‌دهی و مسیریابی بسته‌های داده را بر عهده دارد و به روترها اجازه میدهد مسیرهای بهینه برای انتقال اطلاعات در سراسر جهان را پیدا کنند.
تکامل پروتکل اینترنت از IPv4 به IPv6 نیز نشان‌دهنده نیاز روزافزون به فضای آدرس‌دهی بیشتر و امنیت بهتر در دنیای دیجیتال است. اگرچه انتقال به IPv6، یک فرآیند بسیار بزرگ و تدریجی است و برای این منظور، میلیاردها دستگاه و شبکه در سراسر جهان باید به‌روزرسانی شوند. اما آینده قطعاً متعلق به IPv6 است و تا آن زمان، هر دو پروتکل به موازات  یکدیگر کار خواهند کرد.