پروتکل های لایه شبکه – راهنمای جامع

هر کامپیوتری در شبکه یک آدرس IP دارد که به وسیله آن به صورت یکتایی شناسایی و آدرس‌دهی می‌شود. آدرس IP همان آدرس منطقی لایه 3 یعنی لایه شبکه است. این آدرس ممکن است در طی زمان و هنگامی که رایانه ری‌استارت می‌شود تغییر یابد. یک رایانه می‌تواند در هر زمان یک IP داشته باشد و در زمان دیگری می‌توان IP دیگری برای آن تنظیم کرد. در این مقاله به بررسی پروتکل های لایه شبکه می پردازیم. برای مطالعه بخش قبلی این مجموعه مقالات آموزشی به لینک زیر رجوع کنید:

پروتکل تفکیک آدرس

«پروتکل تفکیک آدرس» (Address Resolution Protocol) به اختصار ARP نامیده می‌شود. در زمانی که یک میزبان در حال برقراری ارتباط است نیازمند یک آدرس لایه 2 (MAC) از ماشین مقصد است که متعلق به همان دامنه یا شبکه انتشار باشد. آدرس MAC به صورت فیزیکی روی کارت رابط شبکه (NIC) هر دستگاه حک شده است و هرگز تغییر نمی‌یابد.

• مقاله پیشنهادی: انواع پروتکل های ارتباطی شبکه که باید بشناسید — راهنمای جامع و کاربردی

در سمت دیگر آدرس IP روی دامنه عمومی به ندرت تغییر می‌یابد. اگر NIC در صورت بروز نوعی خطا تغییر یابد، آدرس MAC نیز تغییر پیدا می‌کند. بدین طریق برای برقراری ارتباط لایه 2 نیازمند برقراری نوعی نگاشت بین دو دستگاه هستیم.

برای دانستن آدرس MAC مربوط به میزبان ریموت روی یک دامنه «انتشار» (Broadcast)، رایانه‌ای که می‌خواهد آغازگر ارتباط باشد، یک پیام انتشار ARP ارسال می‌کند و می‌پرسد: «این آدرس IP متعلق به چه کسی است؟» از آنجا که این پیام انتشار است، همه میزبان‌های روی شبکه (دامنه انتشار) آن بسته را دریافت کرده و پردازش می‌کنند. بسته ARP شامل آدرس IP میزبان مقصد است که میزبان قصد دارد با آن ارتباط بگیرد و زمانی که یک میزبان بسته ARP ارسال شده را دریافت می‌کند، به وسیله آدرس MAC خود به آن پاسخ می‌دهد.

زمانی که میزبان آدرس MAC مقصد را دریافت می‌کند، می‌تواند با استفاده از پروتکل لینک لایه 2، با میزبان ریموت اتصال بگیرد. این نگاشت MAC به IP در کش ARP مربوط به هر دو میزبان فرستنده و گیرنده ذخیره می‌شود. دفعه بعد اگر آن‌ها بخواهند با هم ارتباط بگیرند می‌توانند مستقیماً به کش ARP همدیگر اشاره کنند.

ARP معکوس سازوکاری است که در آن میزبان آدرس MAC میزبان ریموت را می‌داند و می‌خواهد آدرس IP آن را بداند تا با آن ارتباط بگیرد.

پروتکل پیام کنترل اینترنت (ICMP)

ICMP یک پروتکل عیب‌یابی و گزارش‌دهی خطای شبکه است. ICMP به مجموعه پروتکل IP تعلق دارد و از IP به عنوان پروتکل حامل استفاده می‌کند. پس از ساختن بسته ICMP، درون بسته IP کپسوله می‌شود. از آنجا که IP خود یک پروتکل غیر پایدار مبتنی بر بیشترین تلاش است، ICMP نیز چنین است.

فیلم ICMP در شبکه چیست؟ + کاربرد در عیب‌ یابی (فیلم آموزش رایگان) در فرادرس

کلیک کنید

هر بازخوردی در مورد شبکه به میزبان اصلی بازمی‌گردد. اگر خطایی در شبکه رخ بدهد، به وسیله ICMP گزارش می‌شود. ICMP شامل ده‌ها پیام عیب‌یابی و گزارش‌دهی خطا است.

ICMP-echo و ICMP-echo-reply دو مورد از پیام‌های ICMP هستند که بیشترین استفاده را دارند و برای بررسی دسترس‌پذیری میزبان‌ها به همدیگر استفاده می‌شوند. زمانی که یک میزبان درخواست ICMP-echo را دریافت می‌کند، باید یک پیام ICMP-echo-reply بازگشت دهد. اگر هر مشکلی در شبکه میانی وجود داشته باشد، ICMP آن مشکل را گزارش می‌کند.

پروتکل اینترنت نسخه 4 (IPv4)

IPv4 یک طرح آدرس‌دهی 32 بیتی است که از سوی سازوکار آدرس‌دهی میزبان TCP/IP مورد استفاده قرار می‌گیرد. آدرس‌دهی IP به هر میزبانی روی شبکه TCP/IP امکان می‌دهد که به صورت یکتایی قابل شناسایی باشد.

IPv4 طرح آدرس‌دهی سلسله مراتبی را ارائه می‌کند که امکان تقسیم شبکه به شبکه‌های فرعی را می‌دهد و هر یک از این شبکه‌های فرعی چند میزبان خوش‌تعریف دارند. آدرس‌های IP به چند دسته تقسیم می‌شوند:

• کلاس A – این آدرس‌ها از بخش اول برای آدرس‌های شبکه و از سه بخش دیگر برای آدرس‌دهی میزبان استفاده می‌کنند.
• کلاس B - این آدرس‌ها از دو بخش اول برای آدرس‌دهی شبکه و از دو بخش بعدی برای آدرس‌دهی میزبان استفاده می‌کنند.
• کلاس C – این آدرس‌ها از سه بخش اول آدرس برای آدرس‌دهی شبکه و از یک بخش آخر برای آدرس‌دهی میزبان بهره می‌گیرند.
• کلاس D – این روش یک طرح آدرس‌دهی IP ساده است که برخلاف سه طرح ساختاردهی سلسله مراتبی فوق است.
• کلاس E – این طرح آدرس‌دهی به صورت آزمایشی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

IPv4 فضاهای آدرس خوش‌تعریفی نیز دارد که به عنوان آدرس‌های خصوصی مورد استفاده قرار می‌گیرند و روی اینترنت قابل مسیریابی نیستند. همچنین آدرس‌های عمومی وجود دارند که از سوی ISP-ها ارائه می‌شوند و روی اینترنت قابل مسیریابی هستند.

اگر چه IP یک ساختار «پایدار» (Reliable) نیست، اما از سازوکار «تحویل با بیشترین تلاش» (Best-Effort-Delivery) بهره می‌گیرد.

پروتکل اینترنت نسخه 6 (IPv6)

تمام شدن آدرس‌های IPv4 موجب شد که نسل بعدی پروتکل اینترنت یعنی نسخه 6 عرضه شود. آدرس‌های IPv6 دارای عرض 125 بیت هستند و فضای آدرس بسیار گسترده‌ای عرضه می‌کنند که می‌تواند در آینده از سوی کل دنیا و حتی فراتر از آن مورد استفاده قرار گیرد.

IPv6 آدرس‌دهی Anycast را معرفی کرده، اما مفهوم broadcasting را حذف کرده است. broadcasting به دستگاه‌ها امکان می‌دهد که خودشان یک آدرس IPv6 بگیرند و درون subnet ارتباط برقرار سازند. این فرایند خود-پیکربندی وابستگی به سرورهای «پروتکل پیکربندی میزبان دینامیک» (DHCP) را از میان برداشته است. بدین ترتیب حتی اگر سرور DHCP در آن subnet خاموش باشد، میزبان‌ها می‌توانند با یکدیگر ارتباط بگیرند.

IPv6 قابلیت جدید تحرک‌پذیری را معرفی کرده است. منظور از broadcasting متحرک این است که دستگاه‌های مجهز به IPv6 می‌توانند بدون نیاز به تغییر دادن آدرس‌های IP خود جابجا شوند.

IPv6 همچنان در مرحله گذار قرار دارد و انتظار می‌رود که در سال‌های آتی به طور کامل جایگزین IPv4 شود. در حال حاضر، شبکه‌های کمی هستند که روی IPv6 کار می‌کنند. برخی سازوکارهای گذار برای شبکه‌هایی که IPv6 را فعال کرده‌اند وجود دارند که با استفاده از آن می‌توانند با شبکه‌های مختلفی که روی IPv4 قرار دارند به سهولت ارتباط برقرار کنند. این ساز و کارها شامل موارد زیر هستند:

• پیاده‌سازی پشته دوگانه
• تونل زدن
• NAT-PT

برای مطالعه بخش بعدی این سری مقالات به لینک زیر مراجعه کنید:

• معرفی لایه انتقال در شبکه های کامپیوتری --- راهنمای جامع

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

• مجموعه آموزش‌های شبکه‌های کامپیوتری
• گنجینه آموزش‌های شبکه‌های کامپیوتری
• مجموعه آموزش‌های دروس علوم و مهندسی کامپیوتر
• انواع شبکه‌های کامپیوتری — راهنمای جامع
• لایه شبکه چیست؟ — به زبان ساده

==