ما هي البروتوكولات وكيف تعمل؟

27-02-2024

لإرسال البيانات إلى شخص ما على الشبكات الرقمية، فأنت بحاجة إلى عنوان IP الصحيح لتتم عملية الإرسال بشكل صحيح، لذلك يتم إعطاء حزم البيانات عنوان IP خاص، تماماً مثل كتابة عنوان السكن على ظرف الرسالة، بحيث تصل الرسالة إلى وجهتها الصحيحة.

تعريف بروتوكول الإنترنت:

بروتوكول الإنترنت بالإنجليزية "Internet Protocol" ، والمختصر إلىIP، هو بروتوكول غير متصل ويعتبر مكوناً مهماً في عائلة بروتوكول الإنترنت، أي مجموعة من حوالي 500 بروتوكول شبكة، وهو مسؤول عن معالجة وتجزئة الحزم في الشبكات الرقمية إلى جانب بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP).

لإرسال حزمة من المرسل إلى المستلم، يحدد بروتوكول الإنترنت بنية الحزمة التي تلخص البيانات المراد إرسالها وبالتالي، يحدد البروتوكول كيف يمكن وصف المعلومات حول مصدر ووجهة البيانات، ويوصف تنسيق الحزمة هذا أيضاً بأنه مخطط بيانات.

في عام 1974، نشر معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) بحثاً أجراه عالما الكمبيوتر الأمريكيان روبرت كان وفينت سيرف، اللذين وصفا نموذج بروتوكول لاتصال شبكة الحزمة المتبادلة على أساس شبكة الإنترنت السابقة ARPANET بالإضافة إلى بروتوكول نقلTCP ، يعد بروتوكول IP جزءاً من المكونات الرئيسية لهذا النموذج مما يسمح بمستوى معين من الاتصال بالشبكات المادية المختلفة، بعد ذلك تم ربط المزيد والمزيد من شبكات البحث بناءً على تركيبة البروتوكول هذه الموصوفة بـ "TCP / IP" ، والتي تم تحديدها أخيراً كمعيار في RFC 791 في عام 1981.

ما هي إصدارات IPv4 وIPv6:

الذين يتعاملون مع عنوان IP لجعل أجهزة الكمبيوتر على الشبكة المحلية قابلة للعنونة، يصادفون المتغيرين IPv4 و IPv6ومع ذلك، فإن هذه لا تشير إلى الجيلين الرابع والسادس من بروتوكول IP حتى لو خضع البروتوكول في الماضي لتغييرات جذرية.

IPv4 هو أول إصدار رسمي لبروتوكول الإنترنت، بينما رقم الإصدار مشتق فقط من حقيقة أن الجيل الرابع من بروتوكول TCP مستخدم، وبروتوكول IPv6 هو الخليفة المباشر لـIPv4، حيث تم تعليق تطوير بروتوكول IPv5 على الفور لأسباب اقتصادية.

على الرغم من عدم وجود إصدارات أخرى من IPv4 و IPv6 ، فقد تم إصلاح بروتوكول الإنترنت منذ عام 1974، كما ذكرنا سابقاً، عندما لم يكن موجوداً بعد كبروتوكول مستقل وكان لا يزال جزءاً من بروتوكول TCP.

بشكل أساسي كان التطوير يرتكز على تحسين الاتصال والعنونة، على سبيل المثال تم بالفعل زيادة طول البت لعناوين المضيف من 16 إلى 32 بتاً، والتي من خلالها تم توسيع مساحة العنوان إلى حوالي أربعة مليارات مجموعة ممكنة، ويسمح لك IPv6 المبتكر بالوصول إلى 340 مجموعة من العناوين المختلفة، أي إلى عدد مكون من 37 صفراً، وذلك بفضل توسيع مساحة العنوان إلى 128 بت.

كيف يتم تنظيم عنوان IP لمخطط البيانات

من خلال بروتوكول IP يتم إرسال مخططات للبيانات غير المتصلة، وتعمل طبقة IP على تغليف وفك مخططات البيانات، ويقسم مخطط بيانات IP إلى منطقتين، منطقة الرأس ومنطقة البيانات.

منطقة الرأس هي المسؤولة عن التحكم بالمعلومات من أجل تنفيذ عملية الإرسال الصحيح للبيانات عالية المستوى.

هيكل رأس IPv4
 

يبدأ كل رأس IP دائماً بمواصفات 4 بتات لرقم إصدار بروتوكول الإنترنت IPv4 أو IPv6 يتبع ذلك 4 بتات أخرى تتضمن معلومات عن طول الرأس ( طول رأس الإنترنت ).

عند إرسال البيانات في الشبكة يتم أولاً إرسال 0-7 بت، متبوعة بـ8-15 بت، ثم 16-23 بت، وأخيراً 24-31 بت، نظراً لأن جميع الأرقام الثنائية في عنوان بروتوكول TCP / IP مطلوبة ليتم تنفيذها بهذا الترتيب عند إرسالها في الشبكة يطلق عليها ترتيب بايت الشبكة.

قد تتضمن البتات من 8 إلى 15 ( نوع الخدمة ) إرشادات حول كيفية التعامل مع مخطط البيانات والأولوية التي يجب إعطاؤها له في هذه الحالة، يمكن للمضيف على سبيل المثال الإشارة إلى أهمية النقاط بالنسبة له، مثل الموثوقية والسعة والتأخير أثناء نقل البيانات .

يشير الطول الإجمالي إلى الحجم الكلي للحزمة وبعبارة أخرى، فإنه يضيف حجم بيانات الاستخدام إلى طول الرأس، ونظراً لأن الحقل يبلغ طوله 16 بت، فإن الحد الأقصى هو 65635 بايت بالإضافة إلى ذلك، ينص RFC 791 على أن كل مضيف يجب أن يكون قادراً على معالجة 576 بايت على الأقل، ويمكن تجزئة مخطط البيانات بأي شكل من الأشكال على المسار للوصول إلى المضيف والأجهزة الأخرى.

الحقول الأخرى في عنوان IPv4 لها المعنى التالي:

تحديد الهوية: جميع أجزاء مخطط البيانات لها نفس رقم التعريف الذي يتلقونه من المرسل، لكن من خلال مقارنة هذا الحقل ذو 16 بت، يمكن للمضيف تعيين الأجزاء الفردية إلى مخطط بيانات دقيق.

الإشارات: يتضمن كل رأس IP  3 بتات تتضمن معلومات وإرشادات لمتابعة التجزئة.

إزاحة الجزء: يعلم هذا الحقل مضيف الوجهة بالنقطة التي ينتمي إليها الجزء الفردي حتى يتمكن بسهولة من إعادة تكوين مخطط البيانات بالكامل.

Time to Live  :(TTL)لمنع حزمة في الشبكة من الانتقال من عقدة إلى عقدة لفترة غير محددة، يتم تزويدها بأقصى عمر في وقت الإرسال، أي وقت البقاء، ولكل عقدة شبكة يتم عبورها يتم تقليل مدة البقاء على الأقل بمقدار 1 وإذا تم الوصول إلى القيمة 0 فسيتم رفض الحزمة تلقائياً.

البروتوكول: يخصص حقل البروتوكول (8 بتات) بروتوكول النقل المعني للحزمة، على سبيل المثال ، تشير القيمة 6 إلى بروتوكول TCP أو القيمة 17 لبروتوكول UDP ومنذ عام 2002 تدار قائمة بجميع البروتوكولات الممكنة  من قبل Internet Assigned Numbers Authority (IANA)

المجموع الاختباري للرأس: يشمل حقل المجموع الاختباري المكون من 16 بت على المجموع الاختباري للرأس الذي يجب إعادته لكل عقدة شبكة، بسبب TTL المنخفض في كل محطة وسيطة.

عنوان المصدر والوجهة: 32 بت أي 4 بايت، مخصصة لعنوان IP لمضيف المصدر والوجهة، عادةً ما تتم كتابة عناوين IP هذه في شكل أرقام عشرية مفصولة بأربع نقاط وبالتالي، فإن أدنى عنوان هو 0.0.0.0 ، وأعلى عنوان هو 255.255.255.255.

هيكل رأس  IPv6

على عكس رأس IPv4، فإن رأس بروتوكول IPv6 له حجم ثابت يبلغ 320 بت، ويتم إرفاق المعلومات الإضافية التي نادراً ما تكون مطلوبة بشكل منفصل بين الرأس القياسي والحمولة.

يبدأ عنوان IP الفعلي برقم إصدار بروتوكول إنترنت 4 بت كما هو الحال معIPv4، ويعد حقل "فئة المرور" مكافئاً لعنصر "نوع الخدمة" في متغير البروتوكول السابق، وتقوم هذه البتات الثمانية بإبلاغ المضيف بالمعالجة النوعية لمخطط البيانات، والتي تنطبق عليها نفس القواعد في IPv6

توضح القائمة التالية المعلومات الأخرى الخاصة برأس بروتوكول IP المحسن:

طول الحمولة النافعة: يساوي IPv6 قيمة حجم حمل البيانات المنقولة، بما في ذلك رأس الامتداد، في الإصدار السابق كان لا بد من حساب هذه القيمة بشكل منفصل عن الطول الإجمالي عن طريق طرح طول الرأس.

الرأس التالي: حقل "الرأس التالي" المكون من 8 بتات هو المكافئ لمواصفات البروتوكول في الإصدار IPv4

حد القفزة: يحدد حد القفزة الحد الأقصى لعدد المحطات الوسيطة التي يمكن للحزمة المرور خلالها قبل رفضها، كما هو الحال في حقل TTL في IPv4، يتم تقليل القيمة بمقدار 1 على الأقل في كل عقدة.