موضوع مقاله: پروتکل اینترنت نسخه ۴ | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # پروتکل اینترنت نسخه ۴ | مقدمه: این نسخه از پروتکل در هستهٔ روش‌های شبکه‌بندی بر پایهٔ استانداردها در اینترنت است. | ## بخش 1: پروتکل اینترنت نسخه ۴ | هرچند به کارگیری نسخه ششم پروتکل اینترنت (IPv6) آغاز شده‌است، IPv4 پراستفاده‌ترین پروتکل اینترنت است. IPv4 پروتکلی بدون اتصال برای استفاده در شبکه‌های راهگزینی بسته لایه پیوند(مانند اترنت) است. این پروتکل بر مبنای مدل بیشترین تلاش برای تحویل کار می‌کند بدین معنی که هیچ تضمینی برای رساندن بسته‌ها به مقصد، پشت سر هم رسیدن و حفظ توالی بسته هاو یا عدم تکراری بودن بسته‌ها ارائه نمی‌دهد. این جنبه‌های مربوط به جامعیت داده‌ها در لایه بالایی یعنی لایه انتقال درنظرگرفته شده‌اند(مانند پروتکل کنترل انتقال (TCP . اما قسمتی از این نشانی‌ها برای مقاصد خاصی مانند شبکه‌های خصوصی (تقریباً ۱۸ میلیون نشانی) وچند پخشی(تقریباً ۲۷۰ میلیون نشانی) رزرو شده‌است و شمار نشانی‌های قابل استفاده برای مسیریابی روی شبکه عمومی اینترنت کمتر می‌شود. محدودیت IPv4 در شمار نشانی‌ها انگیزه‌ای برای ایجاد IPv6 شد که هنوز در مراحل اولیه به‌کارگیری قرار داردو تنها راه حل بلند مدت برای کمبود نشانی هاست. نمایش نشانی نشانی‌های پروتکل اینترنت نسخه ۴ به شکل دهدهی نقطه دار نمایش داده می‌شوند. هر نشانی از چهار هشت تایی(octet) تشکیل می‌شود که در مبنای ده نوشته و با نقطه از هم جدا می‌شوند. نماد مقدار تبدیل از دهدهی نمایش دهدهی نقطه دار ۱۹۲٫۰٫۲٫۲۳۵ N/A نقطه دارمبنای ۱۶ 0xC0.0x00.0x02.0xEB هر هشت تایی(octet) جداگانه به مبنای ۱۶ تبدیل می‌شود نقطه دار مبنای ۸ ۰۳۰۰٫۰۰۰۰٫۰۰۰۲٫۰۳۵۳ هر هشت تایی(octet) به صورت جداگانه‌ای به مبنای ۸ تبدیل می‌شود دستگاه پایه ۱۶ 0xC00002EB بهم چسباندن هشت تایی‌ها در پایه ۱۶ دهدهی عدد ۳۲ بیتی بیان شده در پایه ۱۰ دستگاه پایه ۸ ۰۳۰۰۰۰۰۰۱۳۵۳ عدد ۳۲ بیتی بیان شده در پایه ۸ بیشتر این قالب‌های نمایش را همه مرورگرهای اینترنت می‌فهمند. علاوه بر آن اگر از نمایش نقطه دار استفاده شود، هر هشت تایی را می‌توان در مبنایی متفاوت نوشت. تخصیص نشانی دهی باکلاس(Classful Addressing) درسیستم نشانی دهی اولیه یک نشانی آی پی به دوقسمت تقسیم می‌شد، شناسه شبکه که توسط باارزش‌ترین هشت تایی (بالاترین مرتبه) نشانی مشخص می‌گردید و شناسه میزبان که توسط ۳ هشت تایی باقی‌مانده مشخص می‌گردید و از این رو به "فیلد باقیمانده" مشهور بود. این روش امکان نشانی دهی تا حداکثر ۲۵۶ شبکه را فراهم می‌کرد که به زودی معلوم شد که این تعداد ناکافی است. برای غلبه بر این محدودیت، در سیستمی که بعدها به نام شبکه بندی باکلاس خوانده شد، باارزشترین هشت تایی در تعریفی جدید به کلاسهایی از شبکه‌ها تقسیم شد. کلاس‌های A,B,C تعداد بیتهای متفاوتی برای مشخص کردن شبکه دارندو باقی نشانی مانند قبل برای مشخص کردن یک میزبان درون شبکه به کار می‌رود. مزیت اصلی استفاده از CIDR این است که می‌توان هر فضای نشانی را تقسیم نمود تا امکان تخصیص بلوک‌های کوچکتر یا بزرگتر به کاربران به وجود آید. هر RIR یک پایگاه داده WHOIS دارد که برای جستجوی عموم در دسترس است و حاوی اطلاعات مربوط به تخصیص آی پی هاست. اطلاعات این پایگاه داده در بسیاری از ابزارهایی که مکان جغرافیایی یک نشانی آی پی را مشخص می‌کنند نقش مرکزی دارد. این دامنه نشانی‌ها خارج از شبکه‌های خصوصی قابل مسیر یابی نیستند و ماشین‌های خصوصی نمی‌توانند مستقیماً با شبکه‌های عمومی ارتباط داشته باشند، اما می‌توانند از طریق ترجمه نشانی شبکه(NAT) این کار را انجام دهند. دامنه‌های زیر سه دامنه‌ای هستند که برای شبکه‌های خصوصی رزرو شده‌اند.(RFC 1918) نام دامنه نشانی شمار نشانی‌ها توصیف در شکل باکلاس(Classful) بزرگترین بلوک CIDRبلوک ۲۴-بیتی ۱۰٫۰٫۰٫۰–۱۰٫۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵ ۱۶٬۷۷۷٬۲۱۶ یک کلاس A ۱۰٫۰٫۰٫۰/۸بلوک ۲۰-بیتی ۱۷۲٫۱۶٫۰٫۰–۱۷۲٫۳۱٫۲۵۵٫۲۵۵ ۱٬۰۴۸٬۵۷۶ دامنهٔ شامل ۱۶ کلاس B همجوار ۱۷۲٫۱۶٫۰٫۰/۱۲بلوک ۱۶-بیتی ۱۹۲٫۱۶۸٫۰٫۰–۱۹۲٫۱۶۸٫۲۵۵٫۲۵۵ ۶۵٬۵۳۶ دامنهٔ شامل ۲۵۶ کلاس C همجوار ۱۹۲٫۱۶۸٫۰٫۰/۱۶ شبکه خصوصی مجازی بسته‌هایی که نشانی خصوصی داشته باشند، عمداً توسط مسیریاب‌ها نادیده گرفته می‌شوند. بنابراین برقراری ارتباط بین دو شبکه خصوصی بدون داشتن امکانات اضافی امکانپذیر نیست. VPNها یک تونل ارتباطی بین دو شبکه و از طریق شبکه عمومی درست می‌کنند که دو سر انتهایی آن به عنوان مسیریابهایی برای بسته‌های شبکه‌های خصوصی عمل می‌کنند. این مسیریاب‌ها بسته‌ای را که نشانی خصوصی دارد پوشش می‌دهند و سرآیندهایی با نشانی قابل مسیر یابی در شبکه عمومی به بسته اضافه می‌کنند تا بتوانند آن را از راه شبکه عمومی به مسیریاب مقابل در انتهای دیگر تونل تحویل دهند و در آنجا سرآیندهای نشانی عمومی بسته حذف می‌شود و بسته اولیه به ماشین محلی مقصد تحویل داده می‌شود. به صورت اختیاری می‌توان بسته‌های کپسول شده(پوشش داده شده) را برای حفظ امنیت داده درهنگام عبور از شبکه عمومی، رمزگذاری نمود. این نشانی‌ها تنها در پیوند(مثل یک قطعه شبکه محلی ویا ارتباط نقطه به نقطه) معتبر هستند. این نشانی‌ها قابل مسیر یابی نیستند و نمی‌توانند نشانی مبدأ یا مقصد بسته‌ای باشند که از اینترنت عبور می‌کند. وقتی که این بلوک نشانی رزرو شد، هیچ ساز وکار استانداردی برای پیکربندی خودکار نشانی وجود نداشت. | ## بخش 2: پروتکل اینترنت نسخه ۴ | به دلیل قدرت مایکروسافت در بازار، APIPA در میلیون‌ها ماشین به کار رفت و تبدیل به یک استاندارد عملی (غیر رسمی) شد. چندین سال بعد IETF یک استاندارد رسمی برای این کارکرد بانام پیکربندی پویای نشانی‌های آی پی پیوند-محلی به وجود آورد.(RFC 3927) میزبان خانگی (Localhost) دامنه نشانی ۱۲۷٫۰٫۰٫۱ تا ۱۲۷٫۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵ (۱۲۷٫۰٫۰٫۱/۸) برای ارتباط میزبان خانگی نشانی‌های درون این دامنه هرگز خارج از رایانه میزبان ظاهر نمی‌شوند و بسته‌هایی که به این نشانی فرستاده شوند به همان دستگاه مجازی شبکه بازمی‌گردند. نشانی‌هایی که به ۰ یا ۲۵۵ ختم می‌شوند این تنها یک اشتباه عمومی است که گمان می‌رود هرگز نمی‌توان نشانی‌هایی که به ۰ یا ۲۵۵ ختم می‌شوند را به ماشینی تخصیص داد. - شبکه‌های کلاس C یا مطابق نمادگذاری CIDR پوشش‌های زیرشبکه ۲۴/ تا ۳۲/ (۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵٫۰ تا 255.255.255.255) در نشانی دهی با کلاس تنها سه پوشش زیر شبکه(Subnet Mask) ممکن است: کلاس A - 255.0.0.0، کلاس B - 255.255.0.0 و کلاس C - 255.255.255.0 مثلاً در زیرشبک۱۹۲٫۱۶۸٫۵٫۰/۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵٫۰ شناسه ۱۹۲٫۱۶۸٫۵٫۰ به کل زیرشبکه اشاره می‌کند و نمی‌تواند به یک ماشین تنها در آن زیر شبکه تخصیص داده شود. آدرس پخشی یک زیر شبکه طی یک عملیات "یا" ی بیتی بین مکمل بیتی پوشش زیر شبکه و شناسه شبکه به دست می‌آید. به‌طور کلی اولین آدرس هر زیرشبکه، نشانی شبکه و آخرین آدرس نشانی پخشی آن شبکه هستند و بقیه نشانی‌ها را می‌توان برای ماشین‌های شبکه استفاده کرد. سامانه نام دامنه(DNS) کار تبدیل نام‌ها به نشانی‌ها و نشانی‌ها به نام‌ها را انجام می‌دهد. DNS ساختار سلسله مراتبی دارد و می‌تواند ترجمه یک فضای نام را به کارساز(سرور)های DNS دیگر بسپارد. سامانه نام دامنه قابل قیاس با راهنمای تلفن است که نام‌ها را به شماره تلفن تبدیل می‌کند. عوامل زیر باعث سرعت بخشیدن به اتمام نشانی هاست: دستگاه‌های موبایل - مانند لپ‌تاپ و دستیار دیجیتال شخصی(PDA) دستگاه‌های همیشه روشن - مانند مودم ADSL و مودم کابلی افزایش شمار کاربران اینترنت راه حل استاندارد مهاجرت به پروتکل اینترنت نسخه ۶ است. اما روش‌های زیر نیز باعث کندترشدن اتمام نشانی هاست: ترجمه نشانی شبکه (NAT) استفاده از شبکه‌های خصوصی میزبانی مجازی بر پایه نام پیش‌بینی‌ها حاکی از این است که نشانی‌های تخصیص نیافته بین فوریه ۲۰۱۰ و مه ۲۰۱۱ تمام خواهد شد. ترجمه نشانی شبکه(NAT) کمبود نشانی‌های آی پی از دهه ۱۹۹۰ باعث پیدایش روش‌های استفاده کارآمد تر از نشانی‌ها شد. ساختاربسته یک بسته آی پی از دو بخش سرآیند و داده تشکیل می‌شود سرآیند سرآیند بسته آی پی نسخه ۴ از ۱۳ فیلد تشکیل می‌شود که ۱۲ تای آن‌ها اجباری هستند. این فیلدها به گونه‌ای در سرآیند بسته‌بندی می‌شوند که پرارزش‌ترین بایت در ابتدا بیاید. شروع بیت ۰–۳ ۴–۷ ۸–۱۵ ۱۶–۱۸ ۱۹–۳۱ ۰ نسخه اندازه سرآیند سرویس‌های متمایز اندازه کل ۳۲ شناسایی پرچم‌هاافست قطعه ۶۴ عمرباقیمانده بسته پروتکل مجموع مقابله‌ای سرآیند ۹۶ نشانی مبدا ۱۲۸ نشانی مقصد ۱۶۰ انتخاب‌ها (اگر طول سرآیند> ۵) ۱۶۰یا۱۹۲+ داده نسخه: اولین فیلد در سرآیند یک بسته آی پی، فیلد ۴ بیتی نسخه‌است. اندازه سرآیند(IHL): این فیلد طول سرآیند بسته را بر حسب تعداد کلمههای ۳۲ بیتی(Word) مشخص می‌کند. از آنجا که در یک بسته آی پی نسخه ۴ طول فیلد اختیاری ثابت نیست، اندازه سرآیند در این فیلد ذخیره می‌شود (که برابر با محل شروع فیلد داده نیز هست). فناوری‌های جدیدی در حال پدید آمدن هستند که نیاز به جریان بی‌درنگ داده‌ها دارند و از این فیلد استفاده می‌کنند. نمونه این فناوری‌ها صداروی پروتکل اینترنت (VoIP) است که برای مبادله داده‌های صوتی دو طرفه به کار می‌رود. هدف اولیه از فیلد نوع سرویس (TOS) این بود که فرستنده بسته ترجیح خود را در مورد نوع برخورد بابسته در اینترنت مشخص کند. مثلاً فرستنده می‌تواند با قرار دادن مقادیری در این فیلد ترجیح خودرا برای تاخیر کمتر یا قابلیت اطمینان بیشتر اعلام کند. اما در عمل این فیلد زیاد که کارگرفته نشد و توسط اکثر مسیریابهای تجاری نادیده گرفته می‌شد. در نتیجه پژوهش‌ها و آزمایش‌ها برای ایجاد کاربردی برای این فیلد، تعریف فیلد سرویسهای متمایز(DS) برای آن ارائه شد. بنابه تعریف RFC 791 این فیلد از ۸ بیت برای مشخص کردن نوع سرویس به شرح زیر استفاده می‌کند: بیتهای ۰ تا ۲: تقدم بیت 3: 0= تأخیر معمولی 1=تاخیر کم بیت 4: 0=عملکرد معمولی 1=عملکرد بالا بیت 5: 0= قابلیت اطمینان معمولی 1=قابلیت اطمینان بالا بیت 6: 0=هزینه معمولی 1=کمینه کردن هزینه‌های مالی (تعریف شده در RFC 1349) بیت ۷: هرگز تعریف نشده‌است. اندازه کل بسته: این فیلد ۱۶ بیتی اندازه کل بسته شامل سرآیند + داده را بر حسب بایت مشخص می‌کند. هر میزبان لازم است که بسته‌های با طول حداقل ۵۷۶ بایت را پردازش کند اگرچه میزبان‌های امروزی بسته‌های بسیار بزرگتر را پردازش می‌کنند. | ## بخش 3: پروتکل اینترنت نسخه ۴ | در برخی از شبکه‌ها محدودیت‌هایی برای اندازه بسته‌ها گذاشته می‌شود که در این مورد باید بسته‌ها چندپاره(fragment) شوند. شناسایی: این فیلد یک فیلد شناسایی است و برای شناسه‌گذاری یکتا بر روی قطعات مختلف یک بسته چند پاره شده بکار می‌روند. ؛ پرچم‌ها: یک فیلد ۳ بیتی است که برای کنترل وشناسایی قطعات یک بسته چندپاره شده به کار می‌رود: بیت ۰: رزرو شده. بیت ۱: چندپاره نکن (DF) بیت ۲: قطعات بیشتر (MF) اگر بیت DF یک (روشن) باشد و برای مسیریابی بسته نیاز به چندپاره کردن آن باشد، به ناچار بسته حذف می‌شود. وقتی که یک بسته پند پاره می‌شود همه قطعات آن به استثنای قطعه آخر باید پرچم MF را مقدار ۱ (روشن) بدهند. افست قطعه: فیلدی ۱۳ بیتی است که شماره یک قطعه را بر حسب واحدهای ۸ بیتی، تسبت به نقطه شروع بسته اولیه چندپاره نشده نشان می‌دهد. عمر باقی‌مانده بسته (TTL): این فیلد ۸ بیتی از باقی ماندن بسته‌های سرگردان آی پی در شبکه جلوگیری می‌کند. مقدار این بسته توسط پیش‌فرض سیستم تعیین می‌شود و پس از عبور از هر مسیریاب یک شماره از این فیلد کم می‌شود. اگر این مقدار صفر شود مسیریاب بسته را حذف می‌کند و یک پیام ICMP به فرستنده بسته می‌فرستد و فرستنده متوجه می‌شود که عمر بسته پایان یافته‌است. در هر جهش(hop) باید مجموع مقابله‌ای سرآیند محاسبه و با مقدار این فیلد مقایسه شود. این شیوه تنها برای کشف خطا در سرآیند است و در مورد خطای داده‌ها پروتکلی که در بسته آی پی بسته‌بندی(encapsulate) شده(پروتکل لایه بالاتر) مسوول است. در این فیلد مقدار باینری هر هشت تایی(octet) از نشانی در بایت مربوطه قرار می‌گیرد. اگر از ترجمه نشانی شبکه (NAT) استفاده شده باشد در این صورت این فیلد نشانی واقعی مبدأ را مشخص نمی‌کند. بلکه ماشینی که عمل NAT را انجام می‌دهد آدرس خود را در این فیلد می‌گذارد و پاسخ بسته نیز به ماشین NAT فرستاده می‌شود که در آنجا به نشانی واقعی میزبان ترجمه می‌گردد. نشانی مقصد: مشابه فیلد قبلی است با این تفاوت که نشانی گیرنده بسته را مشخص می‌کند. در صورت استفاده از این فیلد، فیلد IHL باید به گونه‌ای مقداردهی شود که اندازه انتخاب‌های اضافه شده را نیز شامل شود. اگر پایان این انتخاب‌ها الزاماً بر پایان سرآیند منطبق نباشد می‌توان از نشان EOL (پایان لیست انتخابها)برای مشخص نمودن پایان انتخابهااستفاده نمود. مقادیری که می‌توانند در این فیلد قرار بگیرند عبارتند از: فیلد اندازه (بیت) توضیح کپی ۱ در صورتی‌که نیاز باشد که انتخاب‌ها در تمام قطعه‌های یک بسته چندپاره شده کپی شوند باید این مقدار یک باشد. نکته: اگر طول سرآیند بیشتر از ۵ باشد به این معنی است که فیلد انتخاب‌ها وجود دارد و باید مورد توجه قرار گیرد. نکته: گاهی فیلدهای کپی، رده انتخاب، شماره انتخاب را با هم به عنوان فیلد نوع انتخاب بیان می‌کنند. داده آخرین فیلد بسته جزو سرآیند نیست و در محاسبه مجموع مقابله‌ای استفاده نمی‌شود. محتویات فیلد داده در فیلد پروتکل سرآیند مشخص می‌شود و می‌تواند هر یک از پروتکل‌های لایه انتقال باشد. برخی از مهم‌ترین پروتکل‌ها به همراه شماره پروتکل به قرار زیر است: 1: پروتکل پیام کنترلی اینترنت (ICMP) 2: پروتکل مدیریت گروه اینترنت (IGMP) 6: پروتکل کنترل انتقال (TCP) 17: پروتکل داده نگار کاربر (UDP) 89: نخست کوتاه‌ترین مسیر باز (OSPF) 132: پروتکل انتقال کنترل جریان (SCTP) برای مشاهده لیست کامل، لیست شماره پروتکلهای آی پی را ببینید. پروتکلهای کمکی آی پی پروتکلی است که میان شبکه بندی را در لایه اینترنت امکانپذیر می‌کند و از این رو اینترنت را می‌سازد. نشانی‌های آی پی به سخت افزار گره نخورده‌اند و یک واسط شبکه می‌تواند چندین نشانی آی پی داشته باشد. میزبان‌ها و مسیریاب‌ها نیاز دارند که ارتباط بین واسطهای دستگاه و نشانه‌های آی پی را بفهمند تا بتوانند به درستی یک بسته آی پی را روی لینک به مقصد تحویل دهند. | ## جمع‌بندی | پروتکل پیکربندی پویای میزبان (DHCP) برای تخصیص خودکار نشانی به میزبان‌ها به کار می‌رود.