IPv4: bu nima?

Internet ma'lumotlar almashinuvi uchun mo'ljallangan tarmoqdir. Ensiklopedik maqolalar, musiqa, videolar, filmlarni qidirish, xabarlarni qabul qilish va yuborish - bularning barchasi ma'lumot almashish imkoniyatlari. Zamonaviy dunyoni Internetsiz tasavvur qilib bo'lmaydi, ammo har bir foydalanuvchi ham uning qanday ishlashi va tuzilishi haqida taxminiy tasavvurga ega emas.

Ma'lumotlar ma'lum bir qurilmaga, xoh u smartfon yoki kompyuterga muvaffaqiyatli etib borishi uchun maxsus protokollar qo'llaniladi, ulardan eng keng tarqalgani IPv4. U qanday va qachon paydo bo'lgan? Operatsion printsipi nima? Asosiy xususiyatlar qanday?

Qisqacha tarix

Zamonaviy Internetning salafi ARPAnet bo'lib, uning tashabbuskori AQSh Mudofaa vazirligi edi. U 1969 yilda paydo bo'lgan, 4 ta xost o'rtasida ma'lumotlar almashinuvi amalga oshirilgan bo'lsa-da, 1981 yilga kelib ularning soni 213 taga etdi. Tarmoq kengaydi, guruhlar va segmentlarga bo'lindi, tuzilmaning murakkabligi barcha tuzilmalar o'rtasida samarali o'zaro aloqani o'rnatish yo'lini izlash tobora dolzarb bo'lib ketishiga olib keldi.

Mutaxassislarning asosiy vazifasi aniq formuladan iborat edi - ular bilan bog'langan mijozlarning samarali o'zaro ta'sirini ta'minlagan holda barcha tarmoqlarning boshlang'ich heterojenligini saqlab qolish. Yechim Vinton Serf va Robert Xon tomonidan taklif qilingan. Bu IPv4 protokoliga aylandi. 1981 yilda u tarqala boshladi va 1983 yilga kelib ARPAnet tarmog'ida qo'llaniladigan NCP ni siqib chiqardi.

Ishlash printsipi

IPv4 - bu tarmoq va tarmoq qatlamlarida ishlaydigan protokol. Uning eng muhim vazifasi turli qurilmalar, serverlar, kompyuterlar bo'lgan ma'lumotlar paketlarini jo'natuvchilardan qabul qiluvchilarga uzatishdir. Agar kerak bo'lsa, protokol ikkilamchi vazifalarni ham bajaradi:

Axborotning parchalanishi;
Ma'lumotlarni siqish.

Kengaytirilgan funksionallik miqyosdan va ularga ulangan qurilmalardan qatʼi nazar, har qanday tarmoqlar oʻrtasida samarali oʻzaro aloqani oʻrnatish imkonini beradi.

Yuborilayotgan ma'lumotlar paketi bo'lgan datagramda noyob sarlavha va foydali yuk bo'lishi kerak. Sarlavha jo'natuvchi va oluvchi manzillarini shifrlash uchun kerak, foydali yuk esa asosiy ma'lumot sifatida tushuniladi. IPv4 ni to'g'ridan-to'g'ri aloqa protokollaridan ajratib turadigan xususiyat paketli uzatish usuli bo'lib, u hatto bitta kommutatsiya moduli ishlamay qolsa, ulanish uzilishini bartaraf etadi. Usul paketlarni yo'qotishga ham chidamli bo'lib, ularni qayta tiklash uchun takroriy so'rovlar uchun yordam ko'rsatiladi.

IPv4 protokoli bo'yicha ishlaydigan har bir qurilma o'ziga xos IP-manzilga ega bo'lib, u ma'lumot uzatishning aniqligini ta'minlaydi va kommutatsiyani sozlashda keraksiz asoratlar va kechikishlarni bartaraf etadi. Manzillar ikkita asosiy toifada taqdim etilgan: xususiy va ommaviy. Ommaviy bo'lganlar noyobdir va ko'p hollarda o'zgarmasdir, katta serverlarga tegishli, xususiylar tarmoqqa qayta ulanadigan har bir qurilmaga tayinlanadi va shuning uchun o'zgarishi mumkin, doimiy bog'lanish yo'q.

IP-manzil tarkibi

IPv4 da manzil 32 bit ma'lumotdan iborat bo'lib, bu muvaffaqiyatli identifikatsiya qilish uchun etarli. Uning yozuvi 4 ta sonli guruh bo'lib, ularning har biri maksimal 3 ta raqam bilan tuzilishi mumkin. Yozishning aniq misoli "172.16.254.1." bo'lishi mumkin, minimal manzil nuqta bilan ajratilgan 4 ta nol, maksimal "255.255.255.255", ya'ni "255" raqamidan oshib ketish qabul qilinishi mumkin emas.

Manzil tasnifi

IPv4 protokoli bo'yicha ishlaydigan tarmoqlarda bir nechta sinflarning manzillari qo'llaniladi:

A - mumkin bo'lgan qiymatlar - "0.0.0.0" dan "127.255.255.255" gacha. Bu turkum yirik tarmoqlarga qaratilgan.
B – yirik va oʻrta miqyosli tarmoqlar, qiymatlar – “128.0.0.0” dan “191.255.255.255” gacha.
C – ruxsat etilgan diapazon “192.0.0.0” dan “223.255.255.255” gacha, bu mahalliy tarmoqlar bilan ideal muvofiqlikni taʼminlaydi.

Shuningdek, maxsus D va E sinflari mavjud. Birinchisi, bir vaqtning o'zida bir nechta manzillarga paketlarni yuborishni o'z ichiga olgan dasturiy ta'minotga qaratilgan, ikkinchisi eksperimentaldir.

Manzillash rejimlari

IPv4 protokoli bir nechta manzillash sxemalarini qo'llab-quvvatlaydi:

Unicast. Ushbu formatda axborot bitta tarmoq moduliga uzatiladi, u ham jo'natuvchi, ham qabul qiluvchi rolini o'ynashi mumkin. Aksariyat hollarda rejim ulanish protokoliga kirish jarayonida qo'llaniladi.
Efir. Ushbu sxema mos keladigan tarmoqqa ulangan har bir qurilma uzatiladigan ma'lumotlar paketlari bilan o'zaro aloqada bo'lishi mumkinligini anglatadi. Format maxsus identifikatsiya kodini qo'shish orqali amalga oshiriladi.
Multicast. Ushbu sxema yuqorida tavsiflangan formatlarni birlashtiradi va eng universal va funktsional hisoblanadi.

IPv4 paket tuzilishi

O'tkazilayotgan ma'lumotlar paketi nafaqat asosiy ma'lumotlar to'plamini, balki kommutatsiyaning aniqligini, barqarorligini, etkazib berish va jo'natishning o'z vaqtidaligini ta'minlaydigan yordamchi ma'lumotlarni ham o'z ichiga oladi. Eng muhim tarkibiy qismlar quyidagilardir:

Umr vaqti. U inglizcha "TTL" qisqartmasi bilan belgilanadi. To'g'ri belgilangan xizmat muddati paketning aylanishi va cheksiz uzatilishi xavfini yo'q qiladi. Bitta qurilma uni qabul qilishi TTLni bir marta kamaytiradi, u nolga yetganda, uzatish to‘xtaydi.
Internet protokoli. Ma'lumot IPv4 ko'lamini kengaytiradigan yuqori darajadagi protokolga ishora qiladi.
Yuborganning manzili. Paketni yaratgan qurilmaning noyob identifikatori.
Qabul qiluvchining manzili. Ma'lumot yetkazilishi kerak bo'lgan qurilma identifikatori. U tarqatish formatidan qat'iy nazar, unicastdan translyatsiyaga qadar tayinlanadi.
Ma'lumotlar. Yuboruvchi va qabul qiluvchi oʻrtasida uzatiladigan maʼlumotlarning asosiy toʻplami “Maʼlumotlar” atamasi bilan belgilanadi.

OSI tarmoq ma'lumot modelidagi protokol holati

OSI modeli tarmoqqa ulangan uskunalarning o'zaro ta'sirini aniq ifodalash uchun maxsus yaratilgan. U qat'iy ierarxiyaga asoslangan va jismoniydan tortib to amaliygacha bo'lgan 7 darajadan iborat.

IPv4 protokoli umumiy ierarxik tuzilmada uchinchi o'rinni egallagan tarmoq qatlamiga tegishli. Ushbu darajaning asosiy vazifasi axborotni uzatishning optimal yo'nalishlarini aniqlash, maksimal tezlikni, etkazib berish barqarorligini ta'minlash, butun tarmoq va har bir alohida qurilmaning joriy yukini hisobga olgan holda, nosozliklar va ma'lumotlar yo'qolishini bartaraf etadi.

Tarmoq darajasida tarjima bilan bog'liq vazifalar ham amalga oshiriladi; mantiqiy tarmoq manzillari jismoniy manzillarga aylantiriladi yoki teskari transformatsiya sodir bo'ladi. Uchinchi daraja - to'rtinchi darajadan ma'lumotlarni qabul qiluvchi, uni qismlarga ajratadigan va ikkinchi darajaga muvaffaqiyatli uzatish uchun yordamchi ma'lumotlarni qo'shadigan vositachi.

Afzalliklar va kamchiliklar

IPv4 protokolining asosiy kuchli tomonlari quyidagilardan iborat:

Universallik, turli o'lchamdagi tarmoqlar bilan moslik, barcha tarmoq qurilmalarida, xoh marshrutizatorlar, xoh kompyuterlar, xoh smartfonlarda ishonchli ishlash.
Tarmoqni amalga oshirish, uni asosiy sozlash va keyingi boshqarish, konfiguratsiyani soddalashtiradigan topologiyaning soddaligi.
IP manzillarining qisqacha yozilishi, yozib olishni soddalashtirish. Agar kerak bo'lsa, siz hatto raqamlarni eslab qolishingiz mumkin; format mobil telefon raqamidan murakkabroq emas.
Ma'lumotlarni uzatish xavfsizligini oshiradigan shifrlash algoritmlarini qo'llab-quvvatlash, ushlashni foydasiz qiladi va kodlashni bilmasdan shifrni ochish mumkin emas.
Multicast qo'llab-quvvatlash, ayniqsa audio va video oqim xizmatlari uchun muhim.

IPv4 ning asosiy kamchiligi mavjud manzillar sonining cheklanganligidir. Ularning soni 4 milliarddan oshadi, ammo doimiy ravishda o'sib borayotgan obunachilar sonini hisobga olsak, bu etarli emasdek tuyuladi. Internet-kommunikatsiya sohasini ifodalovchi nufuzli tashkilotlar yaqin orada ushbu segmentda bepul manzillar qolmaydi degan fikrda bir ovozdan; yangi obunachilar nafaqat ularni sotib olishlari, balki ular mavjud bo'lishini kutishlari kerak.

Ikkinchi salbiy nuqta - IPsec yordamining dastlabki etishmasligi. Faollashtirish mumkin, ammo uni yangi manzildan qilish ancha oson.

Texnologiyani rivojlantirish

Internet protokolining IPv4 kamchiliklaridan xoli zamonaviyroq versiyasi IPv6 hisoblanadi. Uning yaratilishi 1995 yilga borib taqaladi. IPv6 doirasida mavjud manzillar soni mohiyatan cheksiz bo'lib, deyarli 80 oktillionni tashkil etadi, bu IPv4 ning asosiy kamchiligini – abonentlarning real ehtiyojlariga mos kelmaydigan identifikatorlar sonini hal qiladi. Yangilangan versiyaning boshqa afzalliklari quyidagilardan iborat:

Marshrutlash jadvali tuzilmasini soddalashtirish, umumiy barqarorlik, aniqlik va ishlash tezligini yaxshilash imkonini beruvchi marshrutlash samaradorligi ortdi.
Sarlavhalarni optimallashtirish hisobiga axborot paketlari bilan oʻzaro ishlash samaradorligini oshirish.
QoS texnologiyasi uchun asosiy yordam, ma'lumotlarni uzatishdagi kechikishlarni bartaraf etish.
IoT texnologiyasini qo'llab-quvvatlash. Soddalashtirilgan axborot tuzilmasi va paketlarni yanada samarali qayta ishlash tufayli yangi protokol kam hisoblash quvvati va kam energiya sarflaydigan tarmoq uskunalarini ulash uchun ko‘proq mos keladi.

IPv6 ning afzalliklariga qaramay, ko'p foydalanuvchilar IPv4 manzillarida qolishadi. Qabul qilish texnik va moliyaviy omillar bilan cheklangan, ammo yangi protokol uchun foydalaniladigan manzillar soni barqaror o'sib bormoqda. Kelajakda IPv4 to'liq 6-versiyaga almashtirilishini kutish mumkin.