پروتکل های لایه شبکه

پروتکل های لایه شبکه

هر کامپیوتر در شبکه یک آدرس آی پی دارد که این آدرس می تواند بصورت یک شماره منحصر بفرد بوده و آدرس دهی شود. یک آدرس آی پی در واقع آدرس منطقی در لایه شماره سه ( لایه شبکه) می باشد. این آدرس ممکن است بعد از هر بار روشن شدن سیستم تغییر کند. یک کامپیوتر می توا ند در هر لحظه از زمان یک آدرس آی پی داشته و در زمان های دیگر آدرس های دیگری داشته باشد.

 پروتکل تبدیل آدرس (ARP)

در زمان ارتباط، یک میزبان نیاز به آدرس فیزیکی (MAC) در ماشین مقصد است که متعلق به حوزه پخش و یا همان شبکه می باشد. آدرس MAC به صورت فیزیکی به کارت شبکه (NIC)  یک ماشین تعلق گرفته و هرگز تغییر نمی کند.
از سوی دیگر، آدرس IP در حوزه عمومی به ندرت تغییر می کند. اگر کارت شبکه (NIC) در صورت بروز خطا جایگزین شود، آدرس فیزیکی (MAC)  نیز تغییر می کند. به این ترتیب، برای جایگزین کردن ابزارهای ارتباطی لایه دو، یک نگاشت آدرس بین آنها نیاز است.

برای دانستن آدرس MAC  میزبان راه دور بر روی یک دامنه پخش بدین گونه عمل می شود که یک کامپیوتر با تمایل به برقراری ارتباط، یک پیام ARP بصورت پخش گسترده به شبکه ارسال کرده و تقاضا می کند که "چه کسی این آدرس IP را در اختیار دارد؟" از آنجایی که این درخواست بصورت پخش گسترده بوده، تمام میزبان ها در این بخش شبکه (حوزه پخش) این بسته را دریافت و پردازش می کنند. بسته ARP شامل آدرس IP میزبان مقصد و میزبان متقاضی گفتگو می باشد. هنگامی که میزبان یک بسته ARP  ارسال شده به خود را دریافت می کند، آن را با آدرس MAC خود پاسخ می دهد.
هنگامی که میزبان آدرس MAC مقصد را دریافت کند، می تواند با استفاده از پروتکل لایه دو با میزبان راه دور ارتباط برقرار کند. این تبدیلMAC  به IP  (تبدیل آدرس فیزیکی به آی پی) در سیستم ARP Cache هر دو میزبان فرستنده و گیرنده ذخیره می شود. دفعه بعد، اگر آنها نیاز به برقراری ارتباط با یکدیگر داشتند، می توانند به طور مستقیم بهARP cache  مربوط به خود مراجعه کنند.
ARP معکوس (Reverse ARP) نیز یک مکانیسم دیگر است که در آن میزبان آدرس MAC میزبان راه دور را می داند اما نیاز به دسترسی به آدرس IP  برای برقراری ارتباط دارد. یعنی دقیقا عمل ARP را به صورت معکوس انجام می دهد.

 پروتکل کنترل پیام اینترنت (ICMP)

ICMP  یک پروتکل تشخیص و گزارش خطا است. این پروتکل متعلق به پروتکل بسته IP بوده و ازIP  به عنوان پروتکل حامل استفاده می کند. پس از ساخت بسته  ICMP، آن را درون یک بسته IP بسته بندی می کنند. از آنجا که آی پی خود یک پروتکل غیر قابل اعتماد است، بنابراین تحتICMP  است.
هر گونه بازخورد در مورد شبکه به میزبان مبدا برگشت داده می شود. اگر برخی خطاها در شبکه رخ دهد، با استفاده از پروتکلICMP  گزارش می شود.  ICMP شامل تعداد زیادی پیام مربوط به تشخیص و گزارش خطاها است.
دو پیامICMP-echo  و ICMP-echo-reply شایع ترین پیام هایICMP  برای بررسی قابلیت دسترسی میزبان ها به یکدیگر بصورت انتها به انتها است. هنگامی که میزبان یک درخواست ICMP-echo  دریافت می کند، موظف به ارسال یک پیام ICMP-echo-reply  به عنوان پاسخ می باشد. در صورتی که هر گونه مشکل در شبکه انتقال ایجاد شود، پروتکلICMP  این مشکل را گزارش خواهد کرد.

 پروتکل اینترنت نسخه 4 (IPV 4)

آدرسIP نسخه 4 یک طرح آدرس دهی32 بیتی است که به عنوان مکانیزم آدرس دهی میزبان های TCP / IP استفاده می شود. آدرس آی پی هر میزبان در شبکه TCP / IP  را قادر می سازد  تا  بصورت منحصر به فرد قابل شناسایی باشد.
آدرسIP نسخه 4 یک طرح سلسله مراتبی آدرس دهی است و شبکه اصلی را به شبکه های فرعی تقسیم بندی می کند، هر کدام از زیر شبکه ها تعداد تعریف شده از میزبان را فراهم می کند. آدرس آی پی دارای چهار بخش می باشد که به هر کدام یک آکتت (octet) گفته می شود . هر آکتت دارای هشت بیت فضا می باشد. بر این اساس آدرس های IP به دسته هایی خاص تقسیم می شوند:
• کلاس A : در این روش اکتت اول برای آدرس شبکه و سه آکتت آخرین برای آدرس دهی میزبان ها استفاده می شود.
• کلاس B : در این روش از دو آکتت اول برای آدرس شبکه و دو آکتت دیگر برای آدرس دهی میزبان ها استفاده می شود.
• کلاس C : در این روش از سه octet اول برای آدرس شبکه و از آخرین آکتت برای آدرس دهی میزبان ها استفاده می شود.
• کلاس D : این کلاس یک مکانیزم تخت آدرسدهی در مقابل ساختار سلسله مراتبی فراهم می کند.
• کلاس E : این کلاس به صورت تجربی و آزمایشی استفاده می شود.
آدرسIP  همچنین دارای فضاهای خوبی برای تعریف آدرس به عنوان آدرس های خصوصی (در اینترنت قابل دسترسی نیست) و آدرس های عمومی (ارائه شده توسط ISP ها و قابل دسترسی در اینترنت) می باشد.
هر چند پروتکل IP قابل اعتماد نیست اما مکانیزم بهترین تلاش-تحویل (Best-Effort-Delivery) را فراهم می کند.

 پروتکل اینترنت نسخه 6 (IPV6)

فرسودگی پروتکل 4IPV  منجر به ظهور نسل بعدی پروتکل اینترنت نسخه 6 شده است. 6IPV  برای هر گره یک آدرس 128 بیتی اختصاص می دهد که این آدرس مقدار زیادی فضای آدرس برای آینده تامین می کند تا در کل سیاره زمین و یا فراتر از آن نیز استفاده شود.
IPV 6 یک روش آدرس دهی پخش همگانی (anycast) را معرفی و مفهوم پخش گسترده را حذف کرده است. IPV 6 دستگاه ها را قادر می سازد تا خودشان یک آدرس IPV 6 را به دست آورده و با زیر شبکه ارتباط برقرار کنند.  این شیوه پیکربندی خودکار در واقع وابستگی به سرور DHCP را از بین می برد. به این ترتیب، حتی اگر سرور DHCP درون زیر شبکه فعال نباشد، میزبان ها می توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
IPV 6 ویژگی های جدید از جمله سیار بودن را داراست. IPV 6 سیار، ماشین آلات قابل جابجایی و متحرک را به گونه ای مجهز می کند تا بتوانند بدون نیاز به تغییر آدرس IP فعالیت کنند.
IPV 6 هنوز در مرحله گذار و انتظار به سر می برد و انتظار می رود در سال های آینده به طور کامل جایگزین IPV 4 شود. در حال حاضر، تعداد کمی شبکه وجود دارند که با استفاده از IPV 6 کار می کنند. برخی از مکانیزم های انتقال موجود روی IPV 6 شبکه ها را قادر کرده است تا بر روی IPV 4 هم بتوانند به راحتی با شبکه های مختلف ارتباط برقرار کنند.این مکانیزمها عبارتند از:
• اجرای پشته دوگانه (Dual stack implementation)
• تونل (Tunneling)
• NAT-PT