پروتکل اینترنت (IP) برای برقراری ارتباطات دیجیتال در انواع مختلف شبکه ها بسیار مهم است. در میان نسخه های آن، پروتکل اینترنت نسخه 4 (IPv4) به طور گسترده پذیرفته شده است و به عنوان ستون فقرات اتصال اینترنتی جهانی عمل می کند.
IPv4 که در اوایل دهه 1980 توسعه یافت، نوآوری های بی شماری را تسهیل کرده است و علیرغم انتقال رو به رشد به جانشین آن، IPv6، در معماری اینترنت محور باقی مانده است. این پست به بررسی اصول اولیه IPv4 می پردازد و عملکرد، اهمیت و تغییر تدریجی آن به سمت یک پروتکل پیشرفته تر را بررسی می کند.
بیایید توضیح دهیم و بررسی کنیم که IPv4 چیست:
IPv4 چیست؟
پروتکل اینترنت نسخه 4 یا IPv4، چهارمین ویرایش پروتکل اینترنت است و اولین نسخه ای بود که برای تولید به کار گرفته شد. پیاده سازی آن در ARPANET در سال 1983 پیشرفت قابل توجهی را در فن آوری های ارتباطات دیجیتال نشان داد. آدرس های IPv4 اعداد 32 بیتی هستند که تقریباً 4.3 میلیارد آدرس منحصر به فرد را امکان پذیر می کنند.
این قابلیت آدرس دهی برای نیازهای اولیه شبکه کافی بود اما برای استفاده گسترده و رو به رشد اینترنت امروزی کافی نیست و منجر به توسعه IPv6 می شود.
IPv4 چگونه کار می کند
یک آدرس IPv4 معمولاً با نماد اعشاری نقطه‌ای ارائه می‌شود که شامل چهار اکتت (یا بایت) است که با نقطه از هم جدا شده‌اند. هر اکتت نشان دهنده یک عدد اعشاری از 0 تا 255 است. برای مثال، آدرس IPv4 192.168.1.1 به دنباله باینری ترجمه می شود 11000000.10101000.00000001.00000001.
نمونه ای از تفکیک آدرس IP:
- 192 = 11000000
- 168 = 10101000
- 1 = 00000001
- 1 = 00000001
IPv4 از روشی به نام مسیریابی برای تعیین کارآمدترین مسیر از طریق شبکه استفاده می کند که بسته های داده باید از مبدا تا مقصد دنبال کنند. روترها در سرتاسر اینترنت از جداول مسیریابی برای تصمیم‌گیری برای ارسال بر اساس آدرس IP مقصد هر بسته استفاده می‌کنند.
نمایش مسیریابی ساده:
یک بسته داده با آدرس مقصد را تصور کنید 192.168.1.1. یک روتر جدول مسیریابی خود را بررسی می کند تا تصمیم بگیرد که آیا بسته را مستقیماً به مقصد ارسال کند، اگر در همان شبکه است یا آن را به روتر دیگری ارسال کند.
کلاس های آدرس IPv4
آدرس‌های IPv4 به پنج کلاس تقسیم می‌شوند تا شبکه‌هایی با اندازه‌ها و نیازهای مختلف را در خود جای دهند:
- کلاس A: پشتیبانی از 16 میلیون هاست در هر یک از 127 شبکه. (به عنوان مثال،
10.0.0.1) - کلاس B: پشتیبانی از 65000 هاست در هر یک از 16000 شبکه. (به عنوان مثال،
172.16.0.1) - کلاس C: از 254 هاست در هر یک از 2 میلیون شبکه پشتیبانی می کند. (به عنوان مثال،
192.168.1.1) - کلاس D: برای گروه های چندپخشی استفاده می شود. (به عنوان مثال،
224.0.0.1) - کلاس E: برای آزمایشی محفوظ است. در شبکه های عمومی استفاده نمی شود (به عنوان مثال،
240.0.0.1)
ویژگی های IPv4
IPv4 شامل چندین ویژگی است که عملکرد اینترنت کارآمد، هرچند اساسی را تسهیل می کند:
- زیر شبکه: به یک شبکه فیزیکی منفرد اجازه می دهد تا به چندین زیرشبکه کوچکتر منطقی تقسیم شود. این کارایی مسیریابی را افزایش می دهد و شبکه را به طور منطقی سازماندهی می کند.
- پروتکل حل آدرس (ARP): یک آدرس IP را به یک آدرس ماشین فیزیکی که در شبکه محلی شناسایی شده است، نگاشت می کند.
- بهترین مدل تحویل: IPv4 تحویل بسته‌ها را تضمین نمی‌کند، توالی بسته‌ها را مدیریت می‌کند یا از تحویل تکراری اجتناب می‌کند و این وظایف را به پروتکل‌های سطح بالاتر واگذار می‌کند.
محدودیت ها و چالش ها
محدودیت اصلی IPv4 فضای آدرس آن است. با انفجار دستگاه های اینترنتی، 4.3 میلیارد آدرس کافی نیست، که منجر به تکنیک هایی مانند ترجمه آدرس شبکه (NAT) برای کاهش موقت کمبود می شود.
NAT به چندین دستگاه در یک شبکه خصوصی اجازه می دهد تا یک آدرس IP عمومی را به اشتراک بگذارند، که فضای آدرس را حفظ می کند اما می تواند انواع خاصی از ارتباطات اینترنتی مانند شبکه های همتا به همتا را پیچیده کند.
انتقال به IPv6
IPv6 برای جایگزینی IPv4 و رفع محدودیت های آن طراحی شده است. از آدرس‌های 128 بیتی استفاده می‌کند که به تعداد عملاً نامحدودی از آدرس‌های منحصربه‌فرد اجازه می‌دهد. IPv6 همچنین شامل بهبودهای مسیریابی و پیکربندی خودکار شبکه است و دارای پشتیبانی داخلی از پروتکل های امنیتی است که بسته های IP را رمزگذاری و احراز هویت می کند.
IPv4 امروز
با وجود در دسترس بودن IPv6، IPv4 به دلیل زیرساخت گسترده ای که از آن پشتیبانی می کند، همچنان رایج است. مکانیسم‌های انتقال مانند پیاده‌سازی دو پشته‌ای به دستگاه‌ها اجازه می‌دهند از IPv4 و IPv6 پشتیبانی کنند و انتقال تدریجی را به جای تعمیر فوری تسهیل می‌کنند.
نتیجه
IPv4 نقش اساسی در توسعه و گسترش اینترنت داشته است. در حالی که محدودیت‌های آن توسعه IPv6 را ضروری کرده است، طرح‌ها و مفاهیم اساسی آن همچنان از نیازهای ارتباطات دیجیتال فعلی ما پشتیبانی می‌کنند.
انتقال به IPv6 در حال انجام است، اما IPv4 بخش مهمی از ارتباطات شبکه برای آینده قابل پیش بینی باقی خواهد ماند.