IPv4 (Internet Protocol Version 4) چهارمین نسخه از پروتکل اینترنت (IP) است که پایه و اساس ارتباطات در اینترنت امروزی را تشکیل می دهد. این پروتکل وظیفه آدرس دهی به دستگاه ها و مسیریابی داده ها را بر عهده دارد. آدرس های IPv4 به صورت رشته ای از چهار عدد بین 0 تا 255 و جدا شده با نقطه، نشان داده می شوند. به عنوان مثال، 192.168.1.1 یک آدرس IPv4 رایج است. IPv4 نقش حیاتی در عملکرد اینترنت ایفا می کند. بدون آی پی، دستگاه ها نمی توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و وب سایت ها، ایمیل ها و سایر خدمات آنلاین قابل دسترسی نخواهند بود. IPv4 برای دهه ها به عنوان پروتکل اصلی اینترنت مورد استفاده قرار گرفته است و همچنان نقش مهمی در زیرساخت های شبکه امروزی ایفا می کند.
IPv4 به دلایل مختلفی از اهمیت بالایی برخوردار است:
پایه اینترنت: IPv4 برای دهه ها به عنوان پروتکل اصلی اینترنت مورد استفاده قرار گرفته و زیربنای اکثر زیرساخت های شبکه امروزی را تشکیل می دهد.
سادگی و سازگاری: IPv4 نسبتاً ساده و درک و پیاده سازی آن آسان است و دستگاه ها و نرم افزارهای زیادی از آن پشتیبانی می کنند.
چالش های IPv4
کمبود آدرس یکی از اصلی ترین چالش های این پروتکل است و فضای آدرس آن محدود و با رشد اینترنت، آدرس های IPv4 به سرعت در حال تمام شدن هستند. در برابر برخی از حملات امنیتی مانند جعل IP و حملات DDoS آسیب پذیر است و برای پشتیبانی از رشد آینده اینترنت به اندازه کافی مقیاس پذیر نیست.
ساختار آدرس IPv4
همانطور که گفته شد آدرس IPv4 به صورت رشته ای از چهار عدد بین 0 تا 255 و جدا شده با نقطه، نشان داده می شود. هر عدد یک بایت را نشان می دهد که 8 بیت دارد. به عنوان مثال:
192.168.1.1
در این مثال:
192 اولین بایت است و مقداری بین 0 تا 223 دارد.
168 دومین بایت است و مقداری بین 0 تا 255 دارد.
1 سومین بایت است و مقداری بین 0 تا 255 دارد.
1 چهارمین بایت است و مقداری بین 0 تا 255 دارد.
هر بایت در آدرس IPv4 را می توان به صورت باینری نیز نشان داد. به عنوان مثال، آدرس 192.168.1.1 را می توان به صورت زیر نشان داد:
11000000 10101000 00001000 0000000
انواع کلاس های IPv4
آدرس های IPv4 به پنج کلاس تقسیم می شوند:
کلاس A: اولین بایت بین 1 تا 127 است. این کلاس بزرگترین بلوک های آدرس را ارائه می دهد (حدود 16.8 میلیون آدرس) و برای شبکه های بزرگ مانند ISP ها استفاده می شود.
کلاس B: اولین بایت بین 128 تا 191 است. دومین بایت برای تعیین شبکه و بقیه بیت ها برای تعیین میزبان استفاده می شوند. این کلاس بلوک های آدرس متوسطی را ارائه می دهد (حدود 65 هزار آدرس) و برای شبکه های سازمانی استفاده می شود.
کلاس C: اولین بایت بین 192 تا 223 است. دو بایت اول برای تعیین شبکه استفاده می شوند و بقیه بیت ها برای تعیین میزبان استفاده می شوند. این کلاس بلوک های آدرس کوچکی را ارائه می دهد (حدود 256 آدرس) و برای شبکه های محلی (LAN) استفاده می شود.
کلاس D: اولین بایت بین 224 تا 239 است. این کلاس برای آدرس های چندپخشی استفاده می شود که برای ارسال داده ها به چندین گیرنده به طور همزمان استفاده می شود.
کلاس E: اولین بایت بین 240 تا 255 است. این کلاس برای اهداف آینده رزرو شده است.
آدرس های رزرو شده و خصوصی
برخی از آدرس های IPv4 برای اهداف خاص رزرو شده اند و نباید برای آدرس دهی به دستگاه ها استفاده شوند. این آدرس ها شامل موارد زیر هستند:
آدرس های 0.0.0.0 و 255.255.255.255 برای شبکه ها استفاده نمی شوند.
آدرس های حلقه برگشت 127.0.0.0 تا 127.255.255.255 که برای ارتباط با خود دستگاه استفاده می شوند.
آدرس های IPv4 خصوصی آدرس هایی هستند که برای استفاده در شبکه های خصوصی مانند شبکه های خانگی و اداری اختصاص داده شده اند و در اینترنت قابل مسیریابی نیستند. محدوده های آدرس های خصوصی IPv4 عبارتند از:
10.0.0.0 تا 10.255.255.255
172.16.0.0 تا 172.31.255.255
192.168.0.0 تا 192.168.255.25
جداول مسیریابی
جدول مسیریابی پایگاه داده ای است که در روترها استفاده می شود تا بهترین مسیر را برای ارسال بسته های داده به مقصدشان تعیین کند. هر ورودی در جدول مسیریابی شامل اطلاعات زیر است:
شبکه مقصد: شبکه ای که بسته به آن ارسال می شود.
Subnet Mask: برای مطابقت با آدرس IP مقصد استفاده می شود.
مسیر بعدی: آدرس IP روتر بعدی که بسته باید از طریق آن ارسال شود.
متریک: عددی که نشان دهنده ترجیح برای استفاده از این مسیر است.
روترها از جداول مسیریابی خود برای تعیین اینکه کدام رابط خروجی را برای ارسال بسته های داده انتخاب کنند، استفاده می کنند. روتر ابتدا آدرس IP مقصد را با تمام ورودی های موجود در جدول مسیریابی خود مطابقت می دهد و ورودی که شبکه مقصد و Subnet آن مطابقت داشته باشد، انتخاب می شود. سپس روتر از آدرس IP مسیر بعدی در آن ورودی برای ارسال بسته به روتر بعدی استفاده می کند.
پروتکل های رایج مسیریابی
چندین پروتکل مسیریابی مختلف وجود دارد که برای تبادل اطلاعات مسیریابی بین روترها استفاده می شود. برخی از رایج ترین پروتکل های مسیریابی عبارتند از:
RIP (Routing Information Protocol): یک پروتکل مسیریابی بردار فاصله است که از آن برای مسیریابی در شبکه های کوچک و متوسط استفاده می شود.
IGP (Interior Gateway Protocol): یکی از پروتکل های مسیریابی بردار فاصله است که سیسکو برای مسیریابی در شبکه های خود استفاده می کد.
EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol): یک پروتکل مسیریابی حالت پیوند که توسط سیسکو برای مسیریابی در شبکه های بزرگ استفاده می شود.
OSPF (Open Shortest Path First): از آن برای مسیریابی در شبکه های IP مورد استفاده قرار می گیرد.
BGP (Border Gateway Protocol): یک پروتکل مسیریابی بین دامنه ای که از آن برای تبادل اطلاعات مسیریابی بین شبکه های خودمختار (AS) استفاده می شود.
انتخاب پروتکل مسیریابی مناسب برای یک شبکه به عوامل مختلفی از جمله اندازه، توپولوژی و نیازهای خاص شبکه بستگی دارد.
محدودیت های IPv4
این محدودیت ها چالش های متعددی را برای اینترنت ایجاد می کند، که شامل موارد زیر می شود:
کمبود آدرس: فضای آدرس محدود IPv4 که از 32 بیت برای آدرس دهی استفاده می کند که در مجموع 4.3 میلیارد آدرس منحصر به فرد را فراهم می کند. با رشد اینترنت و افزایش تعداد دستگاه های متصل به شبکه، این فضای آدرس به سرعت در حال تمام شدن است. در کنار این ها آدرس های IPv4 به طور نابرابر توزیع شده اند و برخی سازمان ها بلوک های بزرگی از آدرس ها را در اختیار دارند در حالی که برخی دیگر با کمبود آدرس مواجه هستند.
مشکلات NAT (Network Address Translation): تکنیکی است که برای به اشتراک گذاشتن یک آدرس IP عمومی بین چندین دستگاه در یک شبکه خصوصی استفاده می شود. NAT به حفظ فضای آدرس IPv4 کمک می کند اما می تواند پیچیدگی و مشکلات امنیتی را نیز به همراه داشته باشد.
امنیت
پروتکل های قدیمی و آسیب پذیر: از پروتکل هایی مانند TCP استفاده می کند که در دهه 1980 طراحی شده و در برابر حملات امنیتی امروزی مانند جعل IP و حملات DDoS آسیب پذیر هستند.
راه حل های امنیتی
پروتکل های امن: پروتکل های امن مانند IPSec و HTTPS می توانند برای محافظت از ترافیک IP در برابر شنود و دستکاری استفاده شوند.
فایروال ها: فایروال ها می توانند برای کنترل ترافیک ورودی و خروجی به یک شبکه و مسدود کردن ترافیک مخرب استفاده شوند.
نرم افزارهای ضد بدافزار: نرم افزار آنتی ویروس و ضد بدافزار می تواند برای محافظت از دستگاه ها در برابر ویروس ها، بدافزارها و سایر تهدیدات امنیتی استفاده شود.
انتقال به IPv6
معرفی IPv6 و مزایای آن نسبت به IPv4
IPv6 (Internet Protocol Version 6) نسل بعدی پروتکل اینترنت (IP) است که برای جایگزینی IPv4 طراحی شده است. IPv6 فضای آدرس بسیار بزرگتر، امنیت بهتر و قابلیت مقیاس پذیری بیشتری را ارائه می دهد.
مزایای IPv6 نسبت به IPv4
فضای آدرس بزرگتر: IPv6 از 128 بیت برای آدرس دهی استفاده می کند که در مجموع 340 تریلیون آدرس منحصر به فرد را فراهم می کند که مشکل کمبود آدرسی را که IPv4 با آن مواجه است، حل می کند.
امنیت بهتر: IPv6 از IPsec به عنوان پروتکل امنیتی پیش فرض استفاده می کند که در برابر حملات امنیتی مانند جعل IP و حملات DDoS مقاوم تر است.
قابلیت مقیاس پذیری بیشتر: IPv6 برای پشتیبانی از رشد آینده اینترنت به اندازه کافی مقیاس پذیر است.
سادگی: ساختار آدرس IPv6 ساده تر از IPv4 است که می تواند پیکربندی و مدیریت شبکه را آسان تر کند.
ساختار آدرس IPv6
آدرس های IPv6 به صورت رشته ای از هشت عدد هگزادسیمال 16 بیتی، جدا شده با دو نقطه، نشان داده می شوند. به عنوان مثال:
2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:733
انواع آدرس های IPv6
یونی کست: برای شناسایی یک رابط شبکه منحصر به فرد استفاده می شوند.
چندپخشی: برای ارسال داده ها به چندین گیرنده به طور همزمان استفاده می شوند.
آدرس های Anycast: برای ارسال داده ها به نزدیکترین عضو یک گروه از میزبان ها استفاده می شوند.
حلقه برگشت: آدرس های حلقه برگشت برای ارتباط با خود دستگاه استفاده می شوند.
آدرس های رابط محلی: این آدرس ها برای ارتباط در یک شبکه محلی استفاده می شوند.
چالش های انتقال از IPv4 به IPv6
انتقال از IPv4 به IPv6 چالش های متعددی را به همراه دارد، از جمله:
هزینه: به روز رسانی زیرساخت های شبکه برای پشتیبانی از IPv6 می تواند پرهزینه باشد.
سازگاری: دستگاه ها و نرم افزارها باید برای پشتیبانی از IPv6 به روز شوند.
مهارت: برای مدیریت شبکه های IPv6 به تخصص جدیدی نیاز است.
آگاهی: آگاهی عمومی از IPv6 کم است که می تواند پذیرش آن را دشوار کند.
با وجود این چالش ها، انتقال به IPv6 ضروری است تا از ادامه رشد و نوآوری در اینترنت اطمینان حاصل شود.
