بروتوكول الإنترنت والعنونة

يوفر بروتوكول الإنترنت تسليمًا غير موثوق به (best-effort) وغير متصل للحزم عبر الشبكات المترابطة، مع تحديد كل واجهة بعنوان IP يمكّن هيكله التوجيه الهرمي الذي يجعل الإنترنت العالمي قابلاً للتوسع.

Definition

بروتوكول الإنترنت هو بروتوكول طبقة الشبكة الذي يسلم مخططات البيانات من مصدر إلى مضيف وجهة عبر شبكة إنترنت باستخدام خدمة غير موثوقة وغير متصلة؛ وعنوان IP هو المعرف الرقمي الهرمي المخصص لواجهة الشبكة لهذا الغرض.

Scope

يغطي هذا الموضوع خدمة مخطط البيانات (datagram) لطبقة الشبكة: تنسيقات حزم IPv4 و IPv6، ومعنى وهيكل عناوين IP، والتقسيم الفرعي (subnetting) والتوجيه بين النطاقات غير الفئوي (CIDR) لتخصيص العناوين الهرمي، والتجزئة (fragmentation)، والآليات الداعمة مثل DHCP لتخصيص العناوين وNAT لمشاركة العناوين. يتعامل هذا الموضوع مع العنونة كأساس تبنى عليه عملية التوجيه، ويستبعد خوارزميات وبروتوكولات التوجيه نفسها، والتي تُغطى بشكل منفصل.

Core questions

• ما هو نموذج الخدمة الذي يوفره IP، وماذا يعني التسليم غير الموثوق به (best-effort)؟
• كيف يتم هيكلة عناوين IPv4 و IPv6، وكيف تختلف تنسيقات حزمها؟
• كيف يمكّن التقسيم الفرعي (subnetting) وCIDR العنونة الهرمية القابلة للتجميع؟
• كيف يتم تخصيص العناوين للمضيفين، على سبيل المثال عبر DHCP؟
• ما هي المشاكل التي أدت إلى IPv6 وإلى آليات مثل NAT؟

Key concepts

• التسليم غير الموثوق به (best-effort delivery)
• تنسيقات حزم IPv4 و IPv6
• عناوين IP
• أجزاء الشبكة والمضيف
• التقسيم الفرعي (subnetting)
• التوجيه بين النطاقات غير الفئوي (CIDR)
• التجزئة وإعادة التجميع (fragmentation and reassembly)
• DHCP
• ترجمة عنوان الشبكة (NAT)

Key theories

خدمة مخطط البيانات غير المتصلة وغير الموثوق بها

يقوم IP بإعادة توجيه كل مخطط بيانات بشكل مستقل دون ضمان التسليم أو الترتيب أو التوقيت؛ هذه البساطة تحافظ على جوهر الشبكة عديم الحالة وقويًا، وتدفع الموثوقية والترتيب إلى طبقة النقل للمضيفين النهائيين.

العنونة الهرمية وCIDR

تنقسم عناوين IP إلى أجزاء شبكة ومضيف بحيث يمكن للموجهات تجميع العديد من العناوين تحت بادئة واحدة؛ يعمم التوجيه بين النطاقات غير الفئوي هذا باستخدام بادئات متغيرة الطول، مما يحد من نمو جدول التوجيه.

توسيع مساحة العنوان باستخدام IPv6

يستبدل IPv6 عناوين IPv4 ذات الـ 32 بت بعناوين 128 بت ورأس مبسط، مما يحل مشكلة استنفاد العناوين ويضيف ميزات مثل التكوين التلقائي عديم الحالة (stateless autoconfiguration) بينما يتعايش مع IPv4 خلال فترة انتقال طويلة.

Clinical relevance

عنونة IP هي أساس إمكانية الوصول على الإنترنت: يحتاج كل جهاز متصل إلى عنوان، وتحدد طريقة تخصيص العناوين وتجميعها حجم واستقرار نظام التوجيه العالمي. أدى استنفاد العناوين إلى نشر NAT والانتقال المستمر إلى IPv6، وهي قرارات تشكل تصميم الشبكة وأمنها واتصالها لمليارات الأجهزة.

History

تم تحديد IPv4 في RFC 791 (1981) بمساحة عنوان 32 بت ونظام تخصيص أولي قائم على الفئات. أدى النمو السريع للإنترنت إلى CIDR (منتصف التسعينيات) لإبطاء استنفاد جداول التوجيه والعناوين، وإلى NAT لمشاركة العناوين الشحيحة. تم تصميم IPv6، بعناوين 128 بت، في التسعينيات وتم الانتهاء منه كـ RFC 8200 (2017)، وقد نما انتشاره باطراد منذ ذلك الحين.

Debates

NAT كحل مؤقت مقابل العنونة الشاملة (end-to-end addressing)

أدت ترجمة عنوان الشبكة إلى إطالة عمر IPv4 من خلال السماح للعديد من المضيفين بمشاركة عنوان واحد، لكنها تكسر مبدأ العنونة الشاملة وتُعقّد الاتصال من نظير إلى نظير؛ يجادل مؤيدو IPv6 بأن استعادة العناوين الفريدة عالميًا هو الحل الصحيح.

Key figures

• Jon Postel
• Vinton Cerf
• Steve Deering
• Robert Hinden

Seminal works

• rfc791
• rfc8200
• kurose2021

Frequently asked questions

ماذا يعني التسليم غير الموثوق به (best-effort delivery)؟

التسليم غير الموثوق به يعني أن IP يحاول تسليم كل مخطط بيانات ولكنه لا يقدم أي وعود: قد تُفقد الحزم أو تتكرر أو تتأخر أو يُعاد ترتيبها. هذا يحافظ على بساطة الشبكة ومرونتها، ويترك الأمر للطبقات الأعلى، مثل TCP، لإضافة الموثوقية والترتيب عندما تحتاج التطبيقات إليها.

لماذا ما زلنا نستخدم IPv4 إذا كان IPv6 موجودًا؟

يتطلب اعتماد IPv6 تحديث المضيفين والموجهات والتطبيقات عبر الإنترنت بأكمله، لذا كان الانتقال تدريجيًا. تسمح تقنيات مثل NAT لـ IPv4 بالاستمرار في العمل على الرغم من ندرة العناوين، ويعمل IPv4 و IPv6 جنبًا إلى جنب؛ يستمر الانتقال بدلاً من أن يحدث دفعة واحدة.