پروتکل اینترنت (Internet Protocol (IP)) چیست؟

برای اینکه رایانه‌های مختلف بتوانند از طریق هر نوع شبکه‌ای با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، باید یک زبان مشترک یا پروتکل مشترک میان آن‌ها وجود داشته باشد. در حوزه‌ی شبکه، واژه‌ی پروتکل (Protocol) به مجموعه‌ای از قوانین و مقرراتی اشاره دارد که نحوه‌ی برقراری ارتباط و تبادل داده را تعیین می‌کند. پروتکل‌ها برای رایانه‌ها همان نقشی را دارند که زبان برای انسان‌ها دارد. همان‌طور که برای درک این کتاب باید بتوانید به زبان انگلیسی بخوانید، برای اینکه دو دستگاه در شبکه بتوانند با یکدیگر ارتباط موفقی برقرار کنند، هر دو باید از یک پروتکل مشترک پیروی کرده و آن را درک کنند [1]. پروتکل اینترنت (Internet Protocol (IP)) یک سیستم ارتباطی است [2]. اصطلاح اینترنت (Internet) معمولاً به شبکه‌ی جهانی از رایانه‌هایی اشاره دارد که از طریق پروتکل اینترنت (IP) به یکدیگر متصل شده ‌اند. با این حال، می‌توان یک شبکه‌ی مجزا و مستقل ایجاد کرد که به اینترنت جهانی متصل نباشد اما همچنان از پروتکل اینترنت (IP) استفاده کند [3]. برای درک بهتر مفهوم IP، یک ارتباط تلفنی را در نظر بگیرید. در یک ارتباط تلفنی، یک ارتباط پیوسته بین فرستنده و گیرنده برقرار می‏شود. پروتکل اینترنت (IP) به جای برقراری یک ارتباط پیوسته (مانند تماس تلفنی)، تمام اطلاعات را به بخش‌های کوچکی به نام بسته‌ها (Packets) تقسیم می‌کند. هر بسته نیز از دو بخش تشکیل می‏شود [2]:

• سربرگ (Header)، مانند یک پاکت نامه است که شامل آدرس فرستنده و گیرنده می‌باشد.
• داده (Data) که مانند محتوای پیام داخل بسته است.

هر بسته می‌تواند از مسیر متفاوتی در شبکه عبور کند، و همه‌ی بسته‌ها وقتی به مقصد می‌رسند دوباره در کنار هم قرار می‌گیرند تا پیام اصلی بازسازی شود [2].

پروتکل اینترنت (IP) در دهه‌ی ۱۹۷۰ برای پشتیبانی از شبکه‌سازی اولیه‌ی رایانه‌ها با سیستم‌عامل یونیکس (Unix) ایجاد شد. امروزه، IP به استانداردی برای تمام سیستم ‌عامل‌های شبکه‌ای نوین تبدیل شده است تا بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. بسیاری از پروتکل‌های پرکاربرد سطح بالاتر مانند HTTP و TCP به IP وابسته هستند. بطور کلی، پروتکل اینترنت (IP) روشی را برای شناسایی و دسترسی به یک رایانه هدف در شبکه تعریف می‌کند. در دنیای IP، رایانه‌ها توسط شماره‌های منحصربه‌فردی که به آن‌ها آدرس آی.پی  (IP Address) گفته می‌شود، شناسایی می‌شوند [1].

انواع نسخه‏‏ های پروتکل اینترنت (Versions of IP)

امروزه دو نسخه از پروتکل اینترنت (IP) در استفاده‌ی عملی وجود دارد. نسخه‌ی نخست IPv4 نام دارد. این نسخه از ۳۲ بیت تشکیل شده است، اما برای خوانایی بیشتر توسط انسان، به‌صورت چهار بخش ده ‌دهی (octet) که با نقطه (dot) از هم جدا می‏‌شوند، نوشته می ‌شود؛ این روش نمایش را نشانه‌گذاری ده‌دهی نقطه‌دار (dot-decimal notation) می‌نامند. بیشتر شبکه‌ها از IPv4 استفاده می‌کنند، اما از آن‌جا که IPv4 تنها حدود ۴.۳ میلیارد آدرس ممکن (۲⁶⁴) دارد، این تعداد برای میزان بسیار زیاد دستگاه‌های متصل به اینترنت کافی نیست. به همین دلیل، تعداد رو‌به‌افزایشی از شبکه‌های آموزشی و پژوهشی، نسخه‌ی نسل جدید یعنی IPv6 را پذیرفته‌اند. در نسخه‌ی IPv6، تعداد آدرس‌های ممکن آن‌قدر زیاد است که بیش از هر تعداد دستگاه قابل تصور با فناوری امروزی را می‌توان پوشش داد [1].

نمادگذاری آدرس‌دهی IPv4

رایج‌ترین نوع آدرس IP، IPv4 است که از ۴ بایت (۳۲ بیت (Bits)) تشکیل شده است. این بایت‌ها (Bytes) با نام اکتت ‌ها (Octets) نیز شناخته می‌ شوند. برای سهولت در خواندن، انسان‌ها معمولاً از نشانه ‌گذاری ده‌ دهی (decimal notation) استفاده می ‌کنند که در آن، هر اکتت (octet) با نقطه (period) از دیگری جدا می‌شود. برای مثال، آدرس IP زیر را در نظر بگیرید [1].

11000000.10101000.1100110.1011010

آدرس بالا حاوی 4 اکتت یا 4 بایت است. دو اکتت اول از سمت چپ (یعنی 11000000 و 10101000) هر یک 8 رقم دارند و دو اکتت بعدی (یعنی 1100110 و  1011010) هر یک 7 رقم دارند. از آن جایی که هر اکتت 8 بیت است، لذا به ازای هر اکتت 7 بیتی یک صفر در ابتدای آن قرار می دهیم. لذا آدرس IP جدید به صورت زیر تبدیل می شود.

11000000.10101000.01100110.01011010

حال برای تبدیل آدرس نمایش داده ‌شده در سیستم دودویی (binary system)، به معادل نمایش ده دهی (Decimal representation)، به قرار زیر عمل می کنیم.

در نتیجه آدرس IP مورد نظر در نمایش ده دهی برابر خواهد بود با:

192.168.102.90

حداقل مقدار آدرس IP زمانی رخ می دهد که تمامی بیت ها برابر با صفر باشند و حداکثر مقدار ممکن زمانی رخ می دهد که تمامی ارقام در حالت دودویی برابر با 1 باشند. حال حداکثر مقدار ممکن در حالت ده دهی را محاسبه می کنیم.

پس بازه قابل قبول برای هر اکتت بین صفر تا 255 خواهد بود. لذا هر اکتت می تواند در نمایش ده دهی 256 مقدار به خود اختصاص دهد. بنابراین، دامنه‌ی کامل آدرس‌های IP در قالب IPv4 از 0.0.0.0 تا 255.255.255.255 است. در نتیجه تعداد کل آدرس های ممکن برابر خواهد بود با:

نمادگذاری آدرس‌دهی IPv6

اگرچه این شیوه‌ی آدرس ‌دهی هنوز به ‌طور گسترده رواج نیافته است، اما بی ‌تردید شبکه ‌های آینده از آن استفاده خواهند کرد. آدرس ‌های IPv6 به‌جای ۴ بایت (۳۲ بیت) در IPv4، دارای ۱۶ بایت (۱۲۸ بیت) طول هستند. این مقدار باعث می شود تا ظرفیتی معادل  یا  مقدار ممکن برای آدرس دهی ایجاد شود [1]. تعداد آدرس های ممکن برابر با عدد 39 رقمی زیر خواهد بود با:

340282366920938463463374607431768211456

این در حالی است که تعداد کل آدرس های ممکن در IPv4 ده رقمی خواهد بود که 29 رقم کمتر از IPv6 است.

نسخه‌ی چهارم پروتکل اینترنت (IP version 4 یا IPv4) امروزه به‌طور گسترده در حال استفاده است. سال‌هاست که تمایل به جایگزینی IPv4 با IPv6 وجود دارد، اما پیچیدگی در مدیریت این تغییر بزرگ باعث شده است که استفاده‌ی گسترده از IPv6 هنوز به‌طور کامل انجام نشود. در IPv6 چند ویژگی جدید معرفی شده است که مهم‌ترین آن، گسترش طول آدرس از ۳۲ بیت به ۱۲۸ بیت است. این تغییر باعث ساده‌تر شدن مدیریت آدرس‌ها می‌شود و نیاز به تخصیص آدرس‌های موقت خصوصی برای دستگاه‌ها را از بین می‌برد [4].

منابع

V. Damjanovski, “11 – Networking in CCTV”, V. B. T.-C. (Third E. Damjanovski, Red Boston: Butterworth-Heinemann, 2014, bll 410–477. doi:.https://doi.org/10.1016/B978-0-12-404557-6.50011-2

 S. Dhanani en M. Parker, “Chapter 18 – Video over IP”, S. Dhanani en M. B. T.-D. V. P. for E. Parker, Reds Oxford: Newnes, 2013, bll 169–179. doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-415760-6.00018-0.

M. Wolf, “Chapter 8 – Internet-of-Things Systems”, in The Morgan Kaufmann Series in Computer Architecture and Design, M. B. T.-C. as C. (Fifth E. Wolf, Red Morgan Kaufmann, 2023, bll 411–436. doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85128-2.00008-6.

 W. Ciciora, J. Farmer, D. Large, en M. Adams, “Chapter 5 – Cable Networking Protocols”, in The Morgan Kaufmann Series in Networking, W. Ciciora, J. Farmer, D. Large, en M. B. T.-M. C. T. T. (Second E. Adams, Reds San Francisco: Morgan Kaufmann, 2004, bll 183–228. doi: https://doi.org/10.1016/B978-155860828-3/50007-2.