بروتوكول الإنترنت

بروتوكول الإنترنت (بالإنجليزية: Internet Protocol، اختصارًا: IP)‏ هوبروتوكول الاتصال الأساسي في حزمة بروتوكولات الإنترنت ويُشكّل الأساس الذي تعتمد عليه عمليّة توجيه الرزم (Routing) ضمن الشبكة، ويسمح ذلك بالاتصال بين الشبكات المُختلفة، وهذا هوجوهر شبكة الإنترنت.

يُعرِّف البروتوكول فضاءً من العناوين، يتمّ استعمالُها من قبل الطرفيّات والمُوجّهات، حيث يحتوي جميع منها على بطاقة شبكة (Network Interface Card NIC) واحدة على الأقل، تحصل هذه البطاقة على عناوين من فضاء بروتوكول الإنترنت. إنّ عمليّة امتلاك عنوان من فضاء العناوين تُسمّى استضافة العنوان (Hosting)، وتُسمّى بطاقة الشبكة عندها بالمُضيف (Host)، من الشائِع استخدام هذا المُصطلح للإشارة إلى الطرفيّة ككل وليس إلى بطاقة شبكة فقط. يمكن للمُضيف حتى يمتلك أكثر من عنوان بروتوكول إنترنت في نفس الوقت، ويُوصف حينها بأنّه مُتعدد الاستضافة (Multi-homed).

يُحدد البروتوكول بنية خاصة للرزم، تتألف من قسمين رئيسيين، هما الترويسة وقسم المُعطيات (Payload). تكون الترويسة مُقسّمة إلى عدد من الحقول (Field)، وتضمّ المعلومات اللازمة لعمل البروتوكول كرقم الإصدار وعنواني مصدر ووجهة الرزمة بالإضافة لمعلومات أخرى، أما قسم المُعطيات فيضمّ المُعطيات التي يتمّ تغليفها ضمن الرزمة.

تاريخيّاً، كان بروتوكول الإنترنت إحدى الخدمات التي تستخدم قنوات لا تتطلب تهيئة اتصال (Connection-less) المُقدّمة من قبل بروتوكول التحكّم بالنقل (TCP) الذي قام جميع من فينت سيرف وبوب خان بتطويره في عام 1974. لذلك فإن بروتوكول الإنترنت يعتمد على بروتوكول التحكّم بالنقل لضمان وجود اتصال مُسبق بين مختلف الأطراف، ولهذا تُوصف قنوات بروتوكول التحكّم بالنقل بأنّها تتطّلب تهيئة اتصال (Connection-oriented) ونتيجة لهذه العلاقة الوظيفية، غالباً ما يُشار إلى نموذج الإنترنت بالشكل (TCP/IP).

إنّ أول إصدار مُستقل من بروتوكول الإنترنت هوالإصدار الرابع، ويُشار له اختصاراً (IPv4)، وهوالبروتوكول الأساسي في شبكة الإنترنت، الإصدار اللاحق هوالإصدار السادس، ويُشار له اختصاراً (IPv6).

الوظيفة

إنّ بروتوكول الإنترنت مسؤول عن عنونة المُضيفين، ويُؤثّر ذلك بشكلٍ مباشر على عملية توجيه الرزم. تحتوي جميع رزمة عنوانين هما عنوان المصدر وعنوان الوجهة. يُعرّف بروتوكول الإنترنت بنية الرزمة ونظاماً خاصاً للعنونة يُمكّنه من تمييز المُضيفين بشكلٍ فريد.

بناء الرزمة

تغليف مُعطيات تطبيق أثناء مرورها بطبقات نموذج الإنترنت

تتألف كُل رزمة من قسمين: الترويسة وحمل، تحتوي ترويسة بروتوكول الانترنت على عنوان مصدر الرزمة وعنوان وجهتها بالإضافة لمعلومات أخرى تخصّ عمل البروتوكول، أما حمل فهوالمُعطيات التي تنقلها الرزمة. تسمى عملية إضافة الترويسات إلى الحمل بعملية تغليفها.

العنونة والتوجيه

يستلزم عمل بروتوكول الإنترنت وجود آليّة لتوزيع العناوين على منافذ المُضيفين. إنّ فضاءالعناوين مُقسّم إلى مجموعة من الشبكات القياسيّة التي يُمكن تقسيم كلٍ منها حسب الحاجة إلى شبكات فرعيّة أصغر، وقد تمّ تصميمُه بطريقةٍ هرميّة تتيح استخدام البادئات (Prefix) للإشارة إلى أكثر من شبكة في نفس الوقت، ولذلك أهميّة خاصّة في عملية التوجيه.

تقوم الطرفيّات والمُوجّهات بإنجاز عملية التوجيه اعتماداً على بنية العناوين السابقة، والتوجيه هوإيجاد المسار الذي يجب حتى تسلُكه الرزمة ضمن الشبكة من مصدرها إلى وجهتها، وتستخدِم المُوجّهات بروتكولات خاصة تُسمّى بروتوكولات التوجيه لإيجاد أفضل المسارات المُتاحة.

يمكن اعتماداً على بنية الفضاء السابقة تعريف نوعٍ خاص من التوجيه هوالتوجيه المجمُوعاتي (IP Multicating)، وفي هذا النوع تكون الوجهة مجموعة من المُضيفين بدلأً من مُضيفٍ واحد، ولكن ما يُميّز عناصر هذه المجموعة أنّها تستضيف عنواناً مُشهجراً يُسمّى عنوان المجموعة (Multicast address)، وينتج عن عملية البث المجمُوعاتي إرسال الرزمة إلى جميع المُضيفين الذين يمتلكون هذا العنوان.

نبذة تاريخيّة

إنّ الإصدارت المُوجودة حالياً للبروتوكول هي الإصدار الرابع (IPv4) والإصدار السادس (IPv6).

في شهر ماي من العام 1974م، نشر معهد مُهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) ورقةً بحثيّةً بعنوان: " بروتوكول للاتصال ضمن شبكات الرزم" (A protocol for Packet Network Interconnection). قدّم محررا البحث، فينت سيرف وبوب خان وصفاً لبروتوكولٍ يعمل بين الشبكات بهدف تشارك الموارد عن طريق تبديل الرزم (Packet Switching) بين عُقد الشبكة، كان برنامج التحكم بالنقل (Transmission Control Program) هوحجر الأساس في هذه العملية. لاحقاً تمّ تقسيم هذا البرنامج إلى وحدات بنيويّة هي بروتوكول التحكّم بالنقل (TCP) وبروتوكول رزم المُستخدم (User Datagram Protocol UDP) في طبقة النقل، وبروتوكول الإنترنت (IP) في طبقة الإنترنت. عُرف هذا النموذج بنموذج الانترنت الخاص بوزارة الدفاع (Department of Defense DoD)، أما اليوم فيُشار إليه بأنّه نموذج الإنترنت (TCP/IP).

إنّ الإصدارات ذوات الأرقام (0) حتى (3)، كانت إصدارات تجريبية استُخدمت العامين (1977) و(1979). فيما يلي وثائق المُلاحظات الخاصة بتجارب الإنترنت (Internet Experimental Note IEN) التي تصفّ إصدارات بروتوكول الإنترنت السابقة للإصدار الرابع (IPv4):

وثيقة المُلاحظات الخاصة بتجارب الإنترنت، رقم 2 (IEN 2): اتىت الوثيقة بعنوان: "تعليقات على بروتوكول الانترنت وبروتوكول التحكّم بالنقل (Comments on Internet Protocol and TCP) وهي مُؤرّخة في شهر أغسطس للعام 1977م، وتشدد على الحاجة للفصل بين وظائف بروتكول الانترنت (IP) ووظائف بروتوكول التحكّم بالنقل (TCP)، واقترحت الوثيقة الشكل البدائي للبروتوكول، واستخدم الرقم (0) للإشارة إلى رقم الإصدار في الترويسة المُقترحة الخاصة بالبروتوكول.
وثيقة المُلاحظات الخاصة بتجارب الانترنت، رقم 26 (IEN 26): اتىت الوثيقة بعنوان: "اقتراح لبنية جديدة لترويسة بروتوكول الإنترنت" (A proposed New Internet Header Format) وهي مُؤرّخة في شهر فبراير للعام 1978م، وتصف الإصدار الأول من البروتوكول (IPv1).
وثيقة المُلاحظات الخاصة بتجارب الانترنت، رقم 28 (IEN 28):اتىت الوثيقة بعنوان: "مسودّة توصيف الإصدار الثاني لبروتوكول الإنترنت" (Draft Internetwork Protocol Description Version 2) وهي مُؤرّخة في شهر فبراير للعام 1978م، وتصف الإصدار الثاني من البروتوكول (IPv2).
وثيقة المُلاحظات الخاصة بتجارب الإنترنت، رقم 41 (IEN 41): واتىت بعنوان: "محددات الإصدار الرابع من بروتوكول الانترنت" (Internet Protocol Specification Version 4) وهي مُؤرّخة في شهر يونيوللعام 1978م، وهي أول وثيقة وصفت الإصدار الرابع من البروتوكول، ولكنّ بنية الترويسة كانت مختلفة عن الشكل النهائي الذي تمّ اعتمادُه لاحقاً.
وثيقة المُلاحظات الخاصة بتجارب الإنترنت، رقم 44 (IEN 44): اتىت الوثيقة بعنوان: "أحدث بُنى الترويسات" (Latest Header Format) وهي مُؤرّخة في شهر يونيوللعام 1978م، هي تصفّ شكلاً مختلفاً للإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت، حيث ترويسة البروتوكول المستعملة مختلفة عن الشكل المُعتمد في الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت المُستخدم حالياً.
وثيقة المُلاحظات الخاصة بتجارب الإنترنت، رقم 54 (IEN 54): واتىت بعنوان: "مُحددات الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت" (Internet Protocol Specification Version 4) وهي مُؤرّخة في شهر سبتمبر للعام 1978م، وهي أول توصيف للإصدار الرابع من البروتوكول يتمّ فيه استخدام الترويسة المُعتمدة في الشكل النهائي للإصدار الرابع.

إنّ بروتوكول الإنترنت المُهيّمن على طبقة الإنترنت اليوم هوالإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت (IPv4)، والرقم أربعة هورقم الإصدار الذي يُوجد داخل حقل رقم الإصدار في ترويسة الرزمة في جميع رزم الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت. إنّ الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت موصُوف بالوثيقة (RFC 791).

طُوّر الإصدار الخامس (IPv5) تحت مُسمى بروتوكول التدفق في شبكة الإنترنت (Internet Streaming Protocol)، ولكنّه لم يتجاوز الفترة التجريبيّة.

إنّ الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت (IPv6) هووريث الإصدار الرابع (IPv4). ويختلفان عن بعضهما البعض بشكلٍ أساسي بحجم فضاء العناوين، ففي حين يستخدم الإصدار الرابع عناوين بطول من 32 بت، وهوما يخلق 4.3 مليار (4.3x10⁹) عنوان متاح في فضاء العناوين، فإنّ الإصدار السادس يستخدم عناوين بطول 128 بِت، ما يسمح بوجود (3.4x10³⁸) عنوان متاح في فضاء عناوينه. لكن الانتنطق إلى العمل بالإصدار السادس يسير بوتيرة أبطأ من المتسقط.

في 1 أبريل 1994م، نشرت مجموعة مُهندسي الإنترنت (IETF) تقريراً يُفيد بتطوير الإصدار التاسع من بروتكول الإنترنت (IPv9) ولكن الخبر برمّته كان كذبة أبريل.

الوثوقيّة

إنّ بروتوكول الإنترنت مُصمم ليدعم مفهوم العلاقة بين طرفيتين (End-to-End)، وبناءً على ذلك فإنّ بُنية الشبكة تعتبر غير موثُوقة (Unreliable) ويضم ذلك العُقد وأوساط النقل، كما تُوصف توافُريّة (Availability) العناصر السابقة بأنّها مُتغيّرة (Dynamic). لأغراض تتعلّق بتقليل تعقيد الشبكة، فإنّ البروتوكول لا يدعم أيّ آليّة المُراقبة وتعقّب حالة الشبكة.

نتيجةً للتصميم السابق، فإنّ بروتوكول الإنترنت غير موثُوقٍ، ويقدّم أفضل ما يمكن لتوصيل الرزم (Best-effort delivery)، دون ضمانٍ أكيد لذلك، لذا فهوبروتوكول لا يتّطلب عمله تهيئة الاتّصال (Connection-less Protocol)، ويعني ذلك أنّ وصُول رزم تالفة أومُكررة أوفقداناً للرزم أووصُولها بترتيبٍ مُغايرٍ لترتيب إرسالِها (Out-of-order Delivery) هي حالات مُمكنة. تنتج حالة الوصول بترتيبٍ مُغايرٍ لترتيب الإرسال بسبب عدم وجُود آليّة تُمكّن الشبكة من التعرّف على حالة المسار الذي سلكته الرزمة السابقة. ولهذا فقد يتمّ توجيه رزمتين مُتتاليتين أوأكثر بمسارين مُختلفين أوأكثر، ما ينتج عنه وصُولها إلى الهدف بأزمنة تأخير مُختلفة، بسبب اختلاف المسارات وبالتالي فإنّ ترتيب وصول الرزم سيكون مُختلفاً عن ترتيب إرسالها.

يُؤمّن بروتوكول الإنترنت آليّة لضمان خلوّ الترويسة من الأخطاء. يجب على جميع عقدة تدعم التوجيه حتى تقوم بحساب قيمة حقل التحقق الجمعيّ (Checksum) من أجل جميع الرزمة تردُها، ومُطابقته مع القيمة المَوجودة في الرزمة، إذا لم تتطابق القيمتان، فيجب حتى يتمّ التخلص من الرزمة. على الرغم من أنّ بروتوكول رسائل التحكّم في شبكة الانترنت (ICMP) يدعم إخطار المصدر بحصول هذا النوع من الأخطاء، فإنّ ذلك ليس لزاماً على العقدة التي تخلّصت من الرزمة. وعلى العكس من هذا تماماً، فإنّ ترويسة الإصدار السادس (IPv6) لا تحتوي على حقل التحقق الجمعيّ السابق، بهدف حمل أداء الشبكة، وذلك على افتراض أنّ طبقة الربط تُؤمّن آليّة فعّالة لكشف وُجود الأخطاء.

يجب حتى تقوم عقد الشبكة بمُعالجة هذه الأخطاء، وفي حزمة بروتوكولات الإنترنت (TCP/IP) فإنّ مُعالجة مشاكل الوثوقيّة هي من وظائف طبقة النقل.

سعة وسط النقل والإمكانيات المتاحة

إنّ طبيعة شبكة الإنترنت والتنوع الكبير في مُكوّناتها يعني أنّه لا يوجد ضمانة بأنّ مساراً مُحدداً قد يحدث قادراً على نقل المُعطيات أومُناسِباً لعمليّة النقل، حتّى ولوكان المسار مُتاحاً للاستخدام وموثُوقاً. إنّ حجم النقل الأعظميّ (Maximum Transmission Unit MTU) المُسموح في وسطٍ ما أحدُ القيود التقنيّة لعملية النقل عبرَ هذا الوسط، ولا يُمكن حتى يتمّ نقل رزم ذاتُ حجمٍ أكبر من حجم النقل الأعظميّ (MTU) للوسط، ويجب على التطبيقات التي تستخدم هذا الوسط مُراعاة هذا القيد.

في الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت (IPv4)، يدعم البروتوكول ميّزة التقطيع (Fragmentation)، وفيها يتمّ تقطيع رزم التي يتجاوز حجمُها حجم النقل الأعظميّ (MTU) للطبقة الشبكة إلى رزمتين أوأكثر، تُسمى القِطع (Fragments)، جميعها بحجم أقل من الحد الأعظميّ المسمُوح، ويُؤمّن بروتوكول الإنترنت آليّة لإعادة تجميع (Reassembly) البتر وترتيبها في الوجهة، خاصةً أنّ وصُولها بالترتيب السليم غيرُ مضمُونٍ.

أمّا في الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت (IPv6)، فجرى تطوير آليّات أخرى تسمح باكتشاف حجم النقل الأعظميّ (MTU) قبل بدء الإرسال، وبالتالي يتمّ تجنّب تجاوزه عند تغليف الرزم.

الأمن والحماية

في المراحل التصميميّة لشبكة الأربانت (APRANET) وعند بناء الشكل البدائيّ لشبكة الإنترنت، لم يتمّ أخذ المنظور الأمني ولا الاستخدام العام أوالدوليّ للشبكة بالحسبان. نتيجة لذلك، فإنّ الكثير من بروتوكولات الإنترنت تضمّنت ثغرات تمّ اكتشافُها بعد تعرّض الشبكة لهجمات أوبعد تقييم أمنيّ لاحق. في عام 2011 م، تمّ نُشر تقريرٍ أمنيّ تام تضمّن تقييماً أمنيّاً واقتراحاتٍ للتخفيف من أثر الثغرات الموجُودة.

انظر أيضاً

حزمة بروتوكولات الإنترنت(TCP/IP).
الإصدار الرابع من بروتكول الإنترنت (IPv4).
الإصدار السادس من بروتكول الإنترنت (IPv6).
شبكات الجيل المقبل

المراجع

^ Socolofsky, T.; Kale, C. (يناير1991). "RFC 1180, A TCP/IP Tutorial". The Internet Society (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 21 سبتمبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 14 يوليو2017. صيانة CS1: التاريخ والسنة (link)
^ Postal, J. (سبتمبر 1981). "RFC 793, Transmission control protocol, DARPA internet program,protocol specification". The Internet Society (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل فيتسعة سبتمبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 13 يوليو2017. صيانة CS1: التاريخ والسنة (link)
^ Postel, J. (سبتمبر 1981). "RFC 791, Internet Protocol, DARPA Internet Program Protocol Specification". The Internet Society (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل فيستة أغسطس 2019. اطلع عليه بتاريخ 13 يوليو2017. صيانة CS1: التاريخ والسنة (link)
^ Deering, S.; Hinden, R. (ديسمبر 1998). "RFC 2460, Network Working Group: versionستة of the Internet Protocol (IPv6)". The Internet Society (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 27 سبتمبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 13 يوليو2017. صيانة CS1: التاريخ والسنة (link)
^ Deering, S. (أغسطس 1989). "RFC 1112, Host Extensions for IP Multicasting". The Internet Society (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 08 مارس 2016. اطلع عليه بتاريخ 13 يوليو2017. صيانة CS1: التاريخ والسنة (link)
^ Vinton, G. Cerf; Robert, E. Khan (ماي 1974). "A Protocol for Packet Network Intercommunication". Institute of Electrical and Electronic Engineers (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 24 أكتوبر 2017. اطلع عليه بتاريخ 14 يوليو2017. صيانة CS1: التاريخ والسنة (link)
^ Postal, J. (أغسطس 1980). "RFC 768, User Datagram Protocol". The Internet Society (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 17 سبتمبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 14 يوليو2017. صيانة CS1: التاريخ والسنة (link)
^ Delgrossi, L.; Berger, L. (أغسطس 1995). "RFC 1819, Internet Stream Protocol Version 2 (ST2), Protocol Specification - Version ST2+". The Internet Society (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 06 نوفمبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 14 يوليو2017. صيانة CS1: التاريخ والسنة (link)
^ Onions, J. (أبريل 1994). "RFC 1606, A Historical Perspective On The Usage Of IP Version 9". The Internet Society (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 11 أغسطس 2019. اطلع عليه بتاريخ 14 يوليو2017. صيانة CS1: التاريخ والسنة (link)
^ Saltzer, J. H.; Reed, D. P.; Clark, D. D. (1984). "End-to-end arguments in system design". ACM Transactions on Computer Systems (TOCS). ACM. 2 (4): 277-288.
^ Postal, J. (أغسطس 1981). "RFC 792, Internet Control Message protocol, DARPA internet program,protocol specification". The Internet Society (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 06 نوفمبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 14 يوليو2017. صيانة CS1: التاريخ والسنة (link)
^ Partridge, C.; Kastenholz, F. (ديسمبر 1994). "RFC 1726, Technical Criteria for Choosing, IP The Next Generation (IPng) - Section 6.2". The Internet Society (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 31 أكتوبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 14 يوليو2017. صيانة CS1: التاريخ والسنة (link)
^ Siuyn, Karanjit (1997). Inside TCP/IP [في عمق حزمة بروتوكولات الإنترنت (TCP/IP)] (باللغة الإنجليزية). New Riders Publishing. ISBN .
^ Cerveny, Bill (11 يوليو2011). "IPv6 Fragmentation". arbornetorks (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 15 ديسمبر 2017. اطلع عليه بتاريخ 14 يوليو2017. صيانة CS1: التاريخ والسنة (link)
^ Gont, F. (أبريل 2011). "Security Assessment of the Internet Protocol version 4, draft-ietf-opsec-ip-security-07". Internet Socity (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل فيعشرة يوليو2017. اطلع عليه بتاريخ 14 يوليو2017. صيانة CS1: التاريخ والسنة (link)