بروتوكول إنترنت

الوظيفة

إنّ بروتوكول الإنترنت مسؤول عن عنونة المُضيفين، ويُؤثّر ذلك بشكلٍ مباشر على عملية توجيه الرزم. تحتوي كل رزمة عنوانين هما عنوان المصدر وعنوان الوجهة. يُعرّف بروتوكول الإنترنت بنية الرزمة ونظاماً خاصاً للعنونة يُمكّنه من تمييز المُضيفين بشكلٍ فريد.

بناء الرزمة

تتألف كُل رزمة من قسمين: الترويسة وحمل، تحتوي ترويسة بروتوكول الانترنت على عنوان مصدر الرزمة وعنوان وجهتها بالإضافة لمعلومات أخرى تخصّ عمل البروتوكول، أما حمل فهو المُعطيات التي تنقلها الرزمة. تسمى عملية إضافة الترويسات إلى الحمل بعملية تغليفها.

العنونة والتوجيه

يستلزم عمل بروتوكول الإنترنت وجود آليّة لتوزيع العناوين على منافذ المُضيفين. إنّ فضاءالعناوين مُقسّم إلى مجموعة من الشبكات القياسيّة التي يُمكن تقسيم كلٍ منها حسب الحاجة إلى شبكات فرعيّة أصغر، وقد تمّ تصميمُه بطريقةٍ هرميّة تتيح استخدام البادئات (Prefix) للإشارة إلى أكثر من شبكة في نفس الوقت، ولذلك أهميّة خاصّة في عملية التوجيه.
تقوم الطرفيّات والمُوجّهات بإنجاز عملية التوجيه اعتماداً على بنية العناوين السابقة، والتوجيه هو إيجاد المسار الذي يجب أن تسلُكه الرزمة ضمن الشبكة من مصدرها إلى وجهتها، وتستخدِم المُوجّهات بروتكولات خاصة تُسمّى بروتوكولات التوجيه لإيجاد أفضل المسارات المُتاحة.
يمكن اعتماداً على بنية الفضاء السابقة تعريف نوعٍ خاص من التوجيه هو التوجيه المجمُوعاتي (IP Multicating)، وفي هذا النوع تكون الوجهة مجموعة من المُضيفين بدلأً من مُضيفٍ واحد، ولكن ما يُميّز عناصر هذه المجموعة أنّها تستضيف عنواناً مُشتركاً يُسمّى عنوان المجموعة (Multicast address)، وينتج عن عملية البث المجمُوعاتي إرسال الرزمة إلى جميع المُضيفين الذين يمتلكون هذا العنوان.

الوثوقيّة

إنّ بروتوكول الإنترنت مُصمم ليدعم مفهوم العلاقة بين طرفيتين (End-to-End)، وبناءً على ذلك فإنّ بُنية الشبكة تعتبر غير موثُوقة (Unreliable) ويشمل ذلك العُقد وأوساط النقل، كما تُوصف توافُريّة (Availability) العناصر السابقة بأنّها مُتغيّرة (Dynamic). لأغراض تتعلّق بتقليل تعقيد الشبكة، فإنّ البروتوكول لا يدعم أيّ آليّة المُراقبة وتعقّب حالة الشبكة.
نتيجةً للتصميم السابق، فإنّ بروتوكول الإنترنت غير موثُوقٍ، ويقدّم أفضل ما يمكن لتوصيل الرزم (Best-effort delivery)، دون ضمانٍ أكيد لذلك، لذا فهو بروتوكول لا يتّطلب عمله تهيئة الاتّصال (Connection-less Protocol)، ويعني ذلك أنّ وصُول رزم تالفة أو مُكررة أو فقداناً للرزم أو وصُولها بترتيبٍ مُغايرٍ لترتيب إرسالِها (Out-of-order Delivery) هي حالات مُمكنة. تنتج حالة الوصول بترتيبٍ مُغايرٍ لترتيب الإرسال بسبب عدم وجُود آليّة تُمكّن الشبكة من التعرّف على حالة المسار الذي سلكته الرزمة السابقة. ولهذا فقد يتمّ توجيه رزمتين مُتتاليتين أو أكثر بمسارين مُختلفين أو أكثر، ما ينتج عنه وصُولها إلى الهدف بأزمنة تأخير مُختلفة، بسبب اختلاف المسارات وبالتالي فإنّ ترتيب وصول الرزم سيكون مُختلفاً عن ترتيب إرسالها.
يُؤمّن بروتوكول الإنترنت آليّة لضمان خلوّ الترويسة من الأخطاء. يجب على كل عقدة تدعم التوجيه أن تقوم بحساب قيمة حقل التحقق الجمعيّ (Checksum) من أجل كل الرزمة تردُها، ومُطابقته مع القيمة المَوجودة في الرزمة، إذا لم تتطابق القيمتان، فيجب أن يتمّ التخلص من الرزمة. على الرغم من أنّ بروتوكول رسائل التحكّم في شبكة الانترنت (ICMP) يدعم إخطار المصدر بحصول هذا النوع من الأخطاء، فإنّ ذلك ليس لزاماً على العقدة التي تخلّصت من الرزمة. وعلى العكس من هذا تماماً، فإنّ ترويسة الإصدار السادس (IPv6) لا تحتوي على حقل التحقق الجمعيّ السابق، بهدف رفع أداء الشبكة، وذلك على افتراض أنّ طبقة الربط تُؤمّن آليّة فعّالة لكشف وُجود الأخطاء.
يجب أن تقوم عقد الشبكة بمُعالجة هذه الأخطاء، وفي حزمة بروتوكولات الإنترنت (TCP/IP) فإنّ مُعالجة مشاكل الوثوقيّة هي من وظائف طبقة النقل.

سعة وسط النقل والإمكانيات المتاحة

إنّ طبيعة شبكة الإنترنت والتنوع الكبير في مُكوّناتها يعني أنّه لا يوجد ضمانة بأنّ مساراً مُحدداً قد يكون قادراً على نقل المُعطيات أو مُناسِباً لعمليّة النقل، حتّى ولو كان المسار مُتاحاً للاستخدام وموثُوقاً. إنّ حجم النقل الأعظميّ (Maximum Transmission Unit MTU) المُسموح في وسطٍ ما هو أحدُ القيود التقنيّة لعملية النقل عبرَ هذا الوسط، ولا يُمكن أن يتمّ نقل رزم ذاتُ حجمٍ أكبر من حجم النقل الأعظميّ (MTU) للوسط، ويجب على التطبيقات التي تستخدم هذا الوسط مُراعاة هذا القيد.
في الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت (IPv4)، يدعم البروتوكول ميّزة التقطيع (Fragmentation)، وفيها يتمّ تقطيع رزم التي يتجاوز حجمُها حجم النقل الأعظميّ (MTU) للطبقة الشبكة إلى رزمتين أو أكثر، تُسمى القِطع (Fragments)، جميعها بحجم أقل من الحد الأعظميّ المسمُوح، ويُؤمّن بروتوكول الإنترنت آليّة لإعادة تجميع (Reassembly) القطع وترتيبها في الوجهة، خاصةً أنّ وصُولها بالترتيب الصحيح غيرُ مضمُونٍ.
أمّا في الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت (IPv6)، فجرى تطوير آليّات أخرى تسمح باكتشاف حجم النقل الأعظميّ (MTU) قبل بدء الإرسال، وبالتالي يتمّ تجنّب تجاوزه عند تغليف الرزم.

الأمن والحماية

في المراحل التصميميّة لشبكة الأربانت (APRANET) وعند بناء الشكل البدائيّ لشبكة الإنترنت، لم يتمّ أخذ المنظور الأمني ولا الاستخدام العام أو الدوليّ للشبكة بالحسبان. نتيجة لذلك، فإنّ العديد من بروتوكولات الإنترنت تضمّنت ثغرات تمّ اكتشافُها بعد تعرّض الشبكة لهجمات أو بعد تقييم أمنيّ لاحق. في عام 2011 م، تمّ نُشر تقريرٍ أمنيّ شامل تضمّن تقييماً أمنيّاً واقتراحاتٍ للتخفيف من أثر الثغرات الموجُودة.