پروتکل اینترنت و آدرس‌دهی

پروتکل اینترنت، تحویل بسته‌ها را به صورت بدون اتصال و با بهترین تلاش در شبکه‌های متصل به هم فراهم می‌کند و هر رابط را با یک آدرس IP شناسایی می‌کند که ساختار آن مسیریابی سلسله‌مراتبی را امکان‌پذیر می‌سازد و مقیاس‌پذیری اینترنت جهانی را تضمین می‌کند.

Definition

پروتکل اینترنت، پروتکل لایه شبکه است که دیتاگرام‌ها را از یک منبع به یک میزبان مقصد در سراسر یک شبکه اینترنتی با استفاده از یک سرویس بدون اتصال و با بهترین تلاش تحویل می‌دهد؛ یک آدرس IP شناسه عددی سلسله‌مراتبی است که برای این منظور به یک رابط شبکه اختصاص داده می‌شود.

Scope

این موضوع سرویس دیتاگرام لایه شبکه را پوشش می‌دهد: فرمت‌های بسته IPv4 و IPv6، معنی و ساختار آدرس‌های IP، زیرشبکه‌بندی و مسیریابی بین‌دامنه بدون کلاس (CIDR) برای تخصیص آدرس سلسله‌مراتبی، تکه‌تکه شدن، و مکانیزم‌های پشتیبانی مانند DHCP برای تخصیص آدرس و NAT برای اشتراک‌گذاری آدرس. این موضوع آدرس‌دهی را به عنوان پایه‌ای که مسیریابی بر آن بنا می‌شود، در نظر می‌گیرد و الگوریتم‌ها و پروتکل‌های مسیریابی را که به طور جداگانه پوشش داده شده‌اند، شامل نمی‌شود.

Core questions

• مدل خدماتی که IP ارائه می‌دهد چیست و تحویل با بهترین تلاش به چه معناست؟
• آدرس‌های IPv4 و IPv6 چگونه ساختار یافته‌اند و فرمت بسته‌های آن‌ها چه تفاوتی دارد؟
• زیرشبکه‌بندی و CIDR چگونه آدرس‌دهی سلسله‌مراتبی و قابل تجمیع را امکان‌پذیر می‌سازند؟
• آدرس‌ها چگونه به میزبان‌ها اختصاص داده می‌شوند، به عنوان مثال از طریق DHCP؟
• چه مشکلاتی منجر به IPv6 و مکانیزم‌هایی مانند NAT شد؟

Key concepts

• تحویل با بهترین تلاش
• فرمت‌های بسته IPv4 و IPv6
• آدرس‌های IP
• بخش‌های شبکه و میزبان
• زیرشبکه‌بندی
• مسیریابی بین‌دامنه بدون کلاس (CIDR)
• تکه‌تکه شدن و بازسازی
• DHCP
• ترجمه آدرس شبکه (NAT)

Key theories

سرویس دیتاگرام بدون اتصال با بهترین تلاش

IP هر دیتاگرام را به طور مستقل و بدون تضمین تحویل، ترتیب یا زمان‌بندی ارسال می‌کند؛ این سادگی هسته شبکه را بدون حالت و مقاوم نگه می‌دارد و قابلیت اطمینان و ترتیب را به لایه انتقال میزبان‌های نهایی منتقل می‌کند.

آدرس‌دهی سلسله‌مراتبی و CIDR

آدرس‌های IP به بخش‌های شبکه و میزبان تقسیم می‌شوند تا روترها بتوانند بسیاری از آدرس‌ها را تحت یک پیشوند واحد تجمیع کنند؛ مسیریابی بین‌دامنه بدون کلاس این را با پیشوندهای با طول متغیر تعمیم می‌دهد و رشد جدول مسیریابی را مهار می‌کند.

گسترش فضای آدرس با IPv6

IPv6 آدرس‌های 32 بیتی IPv4 را با آدرس‌های 128 بیتی و یک سربرگ ساده‌تر جایگزین می‌کند، مشکل اتمام آدرس را حل می‌کند و ویژگی‌هایی مانند پیکربندی خودکار بدون حالت را اضافه می‌کند در حالی که در طول یک انتقال طولانی با IPv4 همزیستی می‌کند.

Clinical relevance

آدرس‌دهی IP اساس دسترسی‌پذیری در اینترنت است: هر دستگاه متصل به یک آدرس نیاز دارد، و نحوه تخصیص و تجمیع آدرس‌ها، اندازه و پایداری سیستم مسیریابی جهانی را تعیین می‌کند. اتمام آدرس‌ها منجر به استقرار NAT و مهاجرت مداوم به IPv6 شد، تصمیماتی که طراحی شبکه، امنیت و اتصال‌پذیری میلیاردها دستگاه را شکل می‌دهند.

History

IPv4 در RFC 791 (1981) با فضای آدرس 32 بیتی و یک طرح تخصیص اولیه مبتنی بر کلاس مشخص شد. رشد سریع اینترنت منجر به CIDR (اواسط دهه 1990) برای کند کردن رشد جدول مسیریابی و اتمام آدرس‌ها، و به NAT برای اشتراک‌گذاری آدرس‌های کمیاب شد. IPv6، با آدرس‌های 128 بیتی، در دهه 1990 طراحی شد و به عنوان RFC 8200 (2017) نهایی شد، و استقرار آن از آن زمان به طور پیوسته رشد کرده است.

Debates

NAT به عنوان یک راه‌حل موقت در مقابل آدرس‌دهی سرتاسری

ترجمه آدرس شبکه با اجازه دادن به بسیاری از میزبان‌ها برای اشتراک‌گذاری یک آدرس، عمر IPv4 را افزایش داد، اما اصل آدرس‌دهی سرتاسری را نقض می‌کند و اتصال همتا به همتا را پیچیده می‌کند؛ طرفداران IPv6 استدلال می‌کنند که بازگرداندن آدرس‌های منحصر به فرد جهانی راه‌حل صحیح است.

Key figures

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

Seminal works

• rfc791
• rfc8200
• kurose2021

Frequently asked questions

تحویل با بهترین تلاش به چه معناست؟

بهترین تلاش به این معنی است که IP سعی می‌کند هر دیتاگرام را تحویل دهد اما هیچ قولی نمی‌دهد: بسته‌ها ممکن است از بین بروند، تکرار شوند، به تأخیر بیفتند یا ترتیبشان به هم بخورد. این کار شبکه را ساده و مقاوم نگه می‌دارد و به لایه‌های بالاتر، مانند TCP، واگذار می‌کند تا در صورت نیاز برنامه، قابلیت اطمینان و ترتیب را اضافه کنند.

چرا با وجود IPv6 هنوز از IPv4 استفاده می‌کنیم؟

پذیرش IPv6 نیازمند به‌روزرسانی میزبان‌ها، روترها و برنامه‌ها در سراسر اینترنت است، بنابراین این انتقال تدریجی بوده است. تکنیک‌هایی مانند NAT به IPv4 اجازه می‌دهند تا با وجود کمبود آدرس به کار خود ادامه دهد، و IPv4 و IPv6 در کنار هم کار می‌کنند؛ مهاجرت به جای اینکه یکباره اتفاق بیفتد، ادامه دارد.