بروتوكولات الأنترنت
بروتوكولات انترنت
Internet protocols -
البروتوكولات الأساسية الأخرى في طبقة الإنترنت
بروتوكولات الإنترنت (الإصدار السادس) Internet Protocol Version 6 (IPv6)
الإنترنت (الشابكة) internet شبكة عالمية تربط الحواسيب بوسائط نقل المعلومات المختلفة، تعود بدايتها إلى عام 1969 عندما طرحت وزارة الدفاع الأمريكية مشروعاً كان الغرض منه تبادل المعلومات.
كانت جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس من أوائل مراكز البحوث التي أنشأت هذه الشبكة، ثم أخذت الجامعات بعد عام 1971بربط حواسيبها بالجامعات الأخرى لكي يتمكن الباحثون والطلاب من تبادل المعلومات. وأدى ذلك إلى تطوّر الشبكات إلى درجة أصبح بمقدور الشركات والمراكز التجارية ربط مكاتبهم ومؤسساتهم وتبادل المعلومات عن طريقها.
فاق الإقبال على الإنترنت جميع التوقعات، وازداد عدد المشتركين في هذه الخدمة ليصل إلى نحو 900مليون مشترك في مطلع عام 2011، وأضاف المستخدمون ملايين صفحات المعلومات والإعلانات وألعاب التسلية.
تحتاج عملية النقل إلى وسائل قادرة على التعامل مع المعطيات بطريقة سليمة لنقلها بنجاح والحفاظ عليها كاملة، وهذه الوسائل تسمى مجموعة البروتوكولات protocols، تتولى مسؤولية نقل المعطيات عبر الشبكة وإصلاح أي خلل قد يحدث في أثناء نقلها.
لربط التجهيزات الحاسوبية قامت المنظمة الدولية للمقاييس International Organization for Standardization (ISO) بإعداد النموذج المرجعي لوصل الأنظمة المفتوحة Open Systems Interconnection model (OSI) المسؤول عن تخاطب البروتوكولات وتجهيزات الشبكات وعملها معاً. يقسِّم هذا النموذج المرجعي الاتصالات بين كل حاسوب وآخر إلى سبع طبقات layers، كل منها هو مجموعة من الوظائف تقدِّم خدمات للطبقة الأعلى منها، كما تستقبل خدمات من الطبقة الأدنى. وتُبنى كل طبقة عليا في هذا النموذج على وظائف الطبقة الأدنى منها. وفي هذا النموذج تُقسَّم عملية الاتصالات المعقّدة بين الحواسيب إلى سلسلة من المراحل؛ من الأدنى إلى الأعلى، حيث تؤلف جميعها ما يُطلق عليه مكدس وصل الأنظمة المفتوحة OSI stack.
تمثل كل طبقة في النموذج مستوى من فعاليات الشبكة، وهذه الطبقات موضوعة في ترتيب منطقي (الشكل 1). وبتقسيم اتصالات الشبكات إلى طبقات فإن نموذج وصل الأنظمة المفتوحة يسهِّل عملية تصميم بروتوكولات الشبكات.
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
| الشكل (١) النموذج المرجعي .OSI | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
يُعدّ هذا البروتوكول Internet Protocol من أهم البروتوكولات بسبب عنصر العنونة المستخَدم لإعطاء كل حاسوب على الشبكة رقماً خاصاً به، يسمى عنوان الإنترنت IP address، ويجري العمل حالياً بالإصدار الرابع (IPV4) Internet Protocol Version 4 الذي يتألف من 32 بت، وهو عنوان فريد unique في النطاق الشبكي، حيث تُقسّم الكلمة ذات 32 بت إلى أربعة بايتات.
مثال:
 |
واصطُلح على تقسيم العنوان إلى جزأين: جزء يمثل عنوان الشبكة والجزء الآخر يمثل عنوان المضيف host.
تم اعتماد ثلاثة صفوف لتحديد عناوين الإنترنت لتشير إلى كيفية تخصيص البتات الـبالغ عددها 32 للمضيف ضمن الشبكة، وهذه الصفوف هي:
أ- عناوين الصف A class: يتألف عنوان الصف A من عنوان شبكة بطول 8 بتات ومن عنوان مضيف بطول 24 بت كما يلي:
|
×××× . ×××× . ×××× . ×××× ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــ |
|
|
عنوان المضيف |
عنوان الشبكة |
ب - عناوين الصف B class: يُخصّص العنوان B بكل من عنوان الشبكة بطول 16 بت ومن عنوان مضيف بطول 16 بت كما يلي:
|
×××× . ×××× . ×××× . ×××× ـــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
|
| عنوان المضيف عنوان الشبكة |
ج- عناوين الصف C class: يتكون عنوان الصف C من عنوان شبكة بطول 24 بت ومن عنوان مضيف بطول 8 بتات كما يلي:
|
×××× ×××× . ×××× . ×××× ــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ |
|
|
عنوان المضيف |
عنوان الشبكة |
وللقيام بعملية تجزئة الشبكة إلى شبكات فرعية تجري تجزئة الجزء الخاص بعنوان المضيف إلى رقم الشبكة الفرعيةsubnet number ورقم المضيف host number.
يتميز البروتوكول IP بما يلي:
1- التسيير routing: يجري ذلك بفحص العنوان المذكور في الرزمة، ويعطيه إذاً التجوّل في أرجاء الشبكة، وهذا التصريح له مدة محدّدة Time To Live (TTL) فإذا انتهت هذه المدة؛ حُذفت الرزمة ولم تعد تسبّب أي ازدحام داخل الشبكة.
2- تجزئةالرزم وإعادة تجميعهاpackaging : تُستخدم هذه العملية في المواءمة بين أنواع الشبكات المختلفة؛ مثل شبكات حلقة العلّام token ring والإثرنت Ethernet .
إن البرتوكول IP مسؤول عن عملية تسيير مقاطع الرزم IP من شبكة إلى أخرى، حيث يمكن إعداد الحواسيب لتدعم إمكانية التسيير.
البروتوكولات الأساسية الأخرى في طبقة الإنترنت
تتوفر بعض البروتوكولات التي تعمل في طبقة الشبكة مع البروتوكول IP، أهمها:
أ- بروتوكول حلّ العناوين Address Resolution Protocol (ARP) : هو المسؤول عن تحويل العناوين IP إلى عناوين مادية (فيزيائية) MAC address؛ إذ يقوم بالبحث أولاً عن العنوان الفيزيائي في الذاكرة فإذا لم يجده يقوم بإرسال تعميم على الشبكة المحلية وينتظر الجواب الذي يحمل العنوان الفيزيائي. أما إذا كان الحاسوب بعيداً (في شبكة بعيدة)، فعندها يقوم البروتوكول IP باستدعاء البروتوكول ARP لتحويل العنوان IP للعبّارة المغتفلة default gateway إلى عنوان فيزيائي.
ب- بروتوكول رسالة التحكم في الإنترنت Internet Control Message Protocol (ICMP) : هو المسؤول عن معالجة تقارير الأخطاء والرسائل التي تتعلق بوصول رزم المعطيات IP إلى وجهتها الصحيحة؛ إذ يقوم بإرسال تحذيرات عند عدم إمكانية الوصول إلى الهدف. تُقسّم الرسائل ICMP إلى مجموعات، أهمها:
1- رسائل خطأ لعدم بلوغ الوجهة unreachable destination: يقوم البروتوكول ICMP بإصدار هذه الرسالة عند ضياع مقطع IP؛ أي عند عدم إمكان الوصول إلى الحاسوب الهدف.
2- إعادة التوجيه redirect: تُرسل فقط من المسيِّرات في البيئةTCP/IP وليس من قبل الحواسيب.
3- إخماد المصدر source quench: في بعض الحالات يجب على الحاسوب أو المسيِّر أن يقوم بإسقاط رزم المعطيات وتجاهلها؛ لأنه لا يستطيع استقبال جميع الرزم. في هذه الحالة يقوم الحاسوب أو المسيِّر بإرسال هذه الرسالة إلى المصدر ليبطئ من عملية النقل.
4- تجاوز الوقت اللازم time exceeded: تُرسل هذه الرسالة من المسيِّر عند إسقاط بعض الرزم وذلك بسبب انتهاء الوقت المخصّص TTL.
5- رسائل التشخيص: تُستخدم في التعليمة PING، وهي قد تكون لطلب الصدى echo request .أو رجوع الصدى echo reply.
ج- بروتوكول إدارة مجموعة الإنترنت Internet Group Management Protocol (IGMP): ويستعمل بروتوكول الإرسال المتعدد الوجهات من قبل مضيفي بروتوكول الإنترنت لإبلاغ مجموعة الأعضاء مباشرة عن أي مسارات مجاورة تفيد في الإرسال المتعدد multicast، والوظيفة الرئيسية لهذا البروتوكول هي تحديد الأجهزة التي تريد الانضمام إلى مخدمات الإرسال المتعدد. تُحجز عناوين بروتوكول الإنترنت المتعدد الوجهات ضمن نطاق الصف D class من 224,0,0,0 حتى 239,255,255,255، وقد تم حتى الآن إصدار ثلاث نسخ من البروتوكول IGMP (V1,V2,V3).
بروتوكولات الإنترنت (الإصدار السادس) Internet Protocol Version 6 (IPv6)
إن التطور التقني الذي حصل في العقدين الأخيرين والازدياد الهائل في عدد الأجهزة التي تعتمد الاتصال عبر شبكة الإنترنت- وخصوصاً الأجهزة النقالة من هواتف خلوية وحواسيب محمولة وأجهزة لاسلكية محمولة- أدى إلى ظهور طلب واسع وغير متوقع لعناوين الإنترنت IP. ولم تعد النسخة الحالية IPv4 (الإصدار الرابع) تتماشى مع التطورات الجديدة.
قامت لجنة عمل أداء هندسة الإنترنت Internet Engineering Task Force (IETF) بتطوير إصدار جديد من بروتوكول الإنترنت يحمل الاسمIPv6 ، ويسمى أحياناً بروتوكول الجيل التالي للإنترنت IP Next Generation (IPng).
ومن أهم التعديلات الأساسية التي تضمنها بروتوكول الإصدار السادس IPv6:
1- توسيع إمكانات العنونة expanded addressing capabilities: هو السبب الرئيسي لتطوير بروتوكول الإنترنت، فقد تم توسيع مجال العنونة بحيث يمكن استيعاب العدد المتزايد من الأجهزة المتصلة بالإنترنت، إضافةً إلى تصميم نظام العنونة بطريقة تسمح بمستويات متعددة من العنونة مع إمكان العنونة الفرعية؛ والفصل بين عناوين تجهيزات الشبكة الرئيسية والمسيِّرات وبين عناوين الأجهزة المضيفة، ويسرع ذلك عملية تسيير رزم المعطيات عبر الشبكة عموماً.
اختارت المنظمة IETF الطول 128 بتّا لعدم تكرار الخطأ الذي وقعت فيه سابقاً، ويوفر ذلك عدداً من العناوين قدره 3.4×1038، وهذا الرقم يفيض آلاف المرات عن حاجة سكان الأرض ولعدة آلاف من السنوات القادمة.
يُكتب العنوان في البروتوكول IPv6 على شكل ثمانية أعداد مفصولة بنقطتين، كل عدد منها مؤلف من 16 بتّا، وتُكتب الأعداد بالصيغة الست عشرية. مثلاً:
2001:db8:41:1:30a:95ff:fef5:246e.
كما يمكن اختصار كتابة العنوان عندما تتكرر مجموعة أصفار بشكل متصل حيث يُستعاض عنها بنقطتين مرتين متتاليتين، مثلاً: 2001:0:0:d5::a5b، وذلك في موضع واحد فقط من العنوان الواحد.
تبدأ العناوين العامة في الإنترنت بـ: fe80، في حين تبدأ العناوين في الشبكات المحلية بـ 001.
إن الفرق الأساسي في أنواع العناوين بين النسخة الرابعة والسادسة هو ظهور عنوان البث الى أي وجهة any cast في النسخة السادسة، واختفاء عنوان البث الشامل broadcastمن النسخة الرابعة؛ إذ استُعيض عنها بعنوان بث متعدد الوجهات في النسخة السادسة.
2- تبسيط بنية الترويسة header format simplification: تم الاستغناء عن بعض الحقول في الترويسة IPv4، وجُعلت بعض الحقول اختيارية وذلك بغية تخفيض تكاليف المعالجة لرزم المعطيات وتقليل حجم المعطيات المتداولة بالترويسة.
3- تحسين دعم الملحقات والخيارات: سمحت التغييرات في طريقة ترميز خيارات الترويسة لعنوان الإنترنت IP في الإصدار السادس بزيادة فعالية الإحالة forwarding؛ بقيود أقل صرامة على طول الخيارات options، كما وفّرت قدراً أكبر من المرونة لإدخال خيارات جديدة في المستقبل عند الحاجة.
4- قدرات إضافية في اللصاقات labeling: تمت إضافة إمكان جديد لوضع لصاقات للرزم التابعة لحركة تدفق معلومات معينة traffic flow، للطلب مثلاً بمعالجة خاصة من حيث جودة الخدمةquality of service (QoS) أو خدمات الزمن الحقيقي مثل مؤتمرات الفيديو وغيرها.
5- قدرات إضافية للاستيقان والخصوصية authentication and privacy: جرى الاهتمام بملحقات extensions خاصة لدعم الاستيقان وسلامة البيانات data integrity، كما تم تخصيص ملحقات اختيارية من أجل سرية المعطيات data confidentiality في هذه النسخة الجديدة.
6- ميزات إضافية: إضافةً إلى التعديلات السابقة ثمة ميزات إضافية مهمة لهذا الإصدار، منها:
أ- الضبط الآلي للعنوان والتحقّق من التميز: يتميز الإصدار السادس بقدرته على إعطاء عنوان إنترنت آلياً لأي جهاز يُضاف الى الشبكة شرط التوافق معها؛ إذ يُوفّر له الاتصال من دون تدخل يدوي، كما يمكن للجهاز الجديد تغيير هذا العنــوان في حال تبيّن له في أثناء التحقق أن هذا العنوان مستخدم من جهاز آخر.
ب- دعم الأجهزة النقالة mobile devices: يوفر الإصدار السادس دعماً ضمنيا ً كاملاً في بنيته الجديدة للبروتوكول MIPv6 الذي يتيح للأجهزة النقالة إمكانية الاتصال والتنقل بمرونة بين الشبكات من دون انقطاع الخدمة ومن دون الحاجة إلى تدخل يدوي. تسمح هذه الميزة ببناء شبكات نقالة بكفاءة عالية.
ج- تحسينات الأمان والسرية: هناك عدة أسباب تجعل من النسخة السادسة أكثر أماناً، أولها ما نتج من زيادة طول العنوان من 32 إلى 128 بتًّا، وهو ما جعلها أقل عرضة للأنشطة الضارة مثل عملية المسح الآلي لفضاء العناوين IP scanning الذي أصبح شبه مستحيل بسبب العدد الهائل من الاحتمالات الممكنة.
أما السبب الأهم الذي يجعل من النسخة السادسة أكثر أماناً؛ فهو أن نظام أمان بروتوكول الإنترنت IPSec أصبح مدمجاً ومدعوماً على نحو كامل في النسخة السادسة، وهو يحمي المعلومات من السرقة أو التعديل (السرية والسلامة)، كما يحقق المصداقية والتوثق بين الأطراف المتصلة. ولما كانت هذه الحماية متوفرة على طبقة الشبكة؛ فهي أيضاً متوفرة على الطبقات الأعلى.
إن التعديلات التي تمت على الإصدار السادس تجعل من غير الممكن أن يتصل طرف يستخدم IPv4 مع آخر يستخدم IPv6 إلا باستخدام وسيط بينهما. وإذا أراد طرفان يستخدمان IPv6 الاتصال عبر شبكة تستخدم IPv4؛ ظهرت الحاجة إلى الوسيط. وكذلك يلزم وسيط إذا أراد طرفان يستخدمان IPv4الاتصال عبر شبكة تستخدم IPv6 (الشكل 2).
 |
| الشكل (2): إمكانات الاتصال المختلفة بين الإصدارين الرابع والسادس. |
إن مرحلة الاختلاط هذه لن ُتتيح الاستفادة الكاملة من ميزات النسخة السادسة، ولكنها ضرورية في مرحلة الانتقال إلى شبكات محدَّثة. ويُتوقع الانتقال من الإصدار الرابع IPv4 إلى السادس IPv6 عالمياً خلال الأعوام العشرة القادمة.
يعكف المصمّمون على تصميم بروتوكولات جديدة للإنترنت تتمتع بالمرونة الكافية لمعــالجة بعض المشكلات الحالية مثل التأخير وتداخل البيانات وضياع أجزائها. ويجري البحث في الاتصال مع الفضاء الخارجي بالإنترنت، حيث يتمكن الإنسان في العقود القريبة القادمة من السفر في رحلات فضائية أو ربما الهبوط على الكواكب الأخرى. ويتطلع الباحثون إلى توفير الإنترنت الفضائي في كواكب المجموعة الشمسية وفي المركبات الفضائية لاستخدامها في عملية الاتصال.
وعلى الرغم من أن المشروع يعاني بعض الصعوبات مثل سرعة الضوء، وصيانة السواتل، واحتمال حدوث عمليات الاختراق والتخريب؛ لكن العلماء باشروا بمشروع يهدف إلى تحقيق الإنترنت بين الكواكب Inter Planetary Internet Network (IPN).
شارفت المرحلة الأولـى من المشـروع (مرحلة التفكير) على الانتهاء، وقد تم التركيز فيها على تعريف بنيان لمشروع الإنترنت الفضائي IPN وتعريف المفاهيم الأساسية للبروتوكولات المستخدمة في هذا المجال. أما المرحلة الثانية من المشروع فسوف يجري فيها اختبار المفاهيم الأساسية للبنيان بالعودة إلى التعاريف المفصلة والنموذج المخبري لبروتوكول الحزم، ووضع مخطط استراتيجي ليكون باستطاعة الأنظمة الفضائية الانخراط بسهولة في هذه الحزم في غضون العقد القادم.
|
مراجع للاستزادة: - B. Forouzan, TCP/IP Protocol Suite, McGraw- Hill, 2006. - J. Gaffin, Internet Protocol 6, Nova Publisher, 2007. - L. Peterson, B. Davie, Computer Networks: A System Approach, Elsevier, 2011. - W. Stallings, Computer Networking with Internet Protocols, Prentice Hall, 2003. |
- التصنيف : كهرباء وحاسوب - النوع : كهرباء وحاسوب - المجلد : المجلد الرابع مشاركة :
اخترنا لكم
المجلدات الصادرة عن موسوعة العلوم والتقانات
