Πρωτόκολλο Διαδικτύου

Λειτουργία

Το Πρωτόκολλο Διαδικτύου μεταφέρει πληροφορίες από έναν υπολογιστή-πηγή σε έναν υπολογιστή-προορισμό. Αποστέλλει αυτές τις πληροφορίες με τη μορφή πακέτων.

Υπάρχουν δύο εκδόσεις του πρωτοκόλλου Διαδικτύου που χρησιμοποιούνται σήμερα: IPv4 και IPv6, με το IPv4 να είναι η έκδοση που χρησιμοποιείται περισσότερο. Το IP δίνει επίσης στους υπολογιστές μια διεύθυνση IP για να αναγνωρίζουν ο ένας τον άλλον, όπως μια τυπική φυσική διεύθυνση.

Το IP είναι το πρωταρχικό πρωτόκολλο στο επίπεδο Διαδικτύου της σουίτας πρωτοκόλλων Διαδικτύου, η οποία είναι ένα σύνολο πρωτοκόλλων επικοινωνίας που αποτελείται από επτά επίπεδα αφαίρεσης (βλέπε μοντέλο OSI),

Ο κύριος σκοπός και η αποστολή της IP είναι η παράδοση των χρονοδιαγραμμάτων από τον κεντρικό υπολογιστή προέλευσης (source computer) στον κεντρικό υπολογιστή προορισμού (receiving computer) με βάση τις διευθύνσεις τους. Για να επιτευχθεί αυτό, το IP περιλαμβάνει μεθόδους και δομές για την τοποθέτηση ετικετών (πληροφορίες διευθύνσεων, οι οποίες αποτελούν μέρος των μεταδεδομένων) μέσα στα datagrams. Η διαδικασία τοποθέτησης αυτών των ετικετών στα datagrams ονομάζεται ενθυλάκωση (encapsulation) Σκεφτείτε μια αναλογία με το ταχυδρομικό σύστημα. Το IP είναι παρόμοιο με το ταχυδρομικό σύστημα των ΗΠΑ στο ότι επιτρέπει σε ένα πακέτο (ένα datagram) να απευθυνθεί (ενθυλάκωση) και να τεθεί στο σύστημα (το Διαδίκτυο) από τον αποστολέα (host προέλευσης). Ωστόσο, δεν υπάρχει άμεση σύνδεση μεταξύ αποστολέα και παραλήπτη. 

Το πακέτο (datagram) χωρίζεται σχεδόν πάντα σε κομμάτια, αλλά κάθε κομμάτι περιέχει τη διεύθυνση του παραλήπτη (host προορισμού). Τελικά, κάθε κομμάτι φτάνει στον παραλήπτη, συχνά μέσω διαφορετικών διαδρομών και σε διαφορετικούς χρόνους. Αυτές οι διαδρομές και οι χρόνοι καθορίζονται επίσης από το ταχυδρομικό σύστημα, το οποίο είναι η IP. Ωστόσο, το Ταχυδρομικό Σύστημα (στα επίπεδα μεταφοράς και εφαρμογής) συναρμολογεί ξανά όλα τα κομμάτια πριν από την παράδοση στον παραλήπτη (host προορισμού).

Σημείωση: Το IP είναι στην πραγματικότητα ένα πρωτόκολλο χωρίς σύνδεση, πράγμα που σημαίνει ότι το κύκλωμα προς τον παραλήπτη (host προορισμού) δεν χρειάζεται να δημιουργηθεί πριν από τη μετάδοση (από τον source host). Συνεχίζοντας την αναλογία, δεν χρειάζεται να υπάρχει άμεση σύνδεση μεταξύ της φυσικής διεύθυνσης επιστροφής στην επιστολή/συσκευασία και της διεύθυνσης του παραλήπτη πριν από την αποστολή της επιστολής/συσκευασίας.

Αρχικά, η IP ήταν μια υπηρεσία datagram χωρίς σύνδεση σε ένα πρόγραμμα ελέγχου μετάδοσης που δημιουργήθηκε από τον Vint Cerf και τον Bob Kahn το 1974. Όταν εφαρμόστηκαν η μορφή και οι κανόνες για να επιτραπούν οι συνδέσεις, δημιουργήθηκε το Πρωτόκολλο Ελέγχου Μετάδοσης με προσανατολισμό στη σύνδεση. Και τα δύο μαζί αποτελούν τη σουίτα πρωτοκόλλων Διαδικτύου, που συχνά αναφέρεται ως TCP/IP.

Η έκδοση 4 του πρωτοκόλλου Διαδικτύου (IPv4) ήταν η πρώτη μεγάλη έκδοση του IP. Πρόκειται για το κυρίαρχο πρωτόκολλο του Διαδικτύου. Ωστόσο, το iPv6 είναι ενεργό και σε χρήση και η ανάπτυξή του αυξάνεται σε όλο τον κόσμο.

Η διευθυνσιοδότηση και η δρομολόγηση είναι οι πιο σύνθετες πτυχές της IP. Ωστόσο, η νοημοσύνη στο δίκτυο βρίσκεται στους κόμβους (σημεία διασύνδεσης του δικτύου) με τη μορφή δρομολογητών που προωθούν τα πακέτα δεδομένων στην επόμενη γνωστή πύλη στη διαδρομή προς τον τελικό προορισμό. Οι δρομολογητές χρησιμοποιούν πρωτόκολλα εσωτερικής πύλης (IGPs) ή πρωτόκολλα εξωτερικής πύλης (EGPs) για να βοηθήσουν στη λήψη αποφάσεων δρομολόγησης. Οι διαδρομές καθορίζονται από το πρόθεμα δρομολόγησης μέσα στα datagrams. Συνεπώς, η διαδικασία δρομολόγησης μπορεί να γίνει πολύπλοκη. Αλλά με την ταχύτητα του φωτός (ή σχεδόν έτσι) η νοημοσύνη δρομολόγησης καθορίζει την καλύτερη διαδρομή και τα κομμάτια του datagram και το datagram φτάνουν τελικά όλα στον προορισμό τους

Πακέτα IP

Τα πακέτα IP ή datagram έχουν δύο μέρη. Το πρώτο μέρος είναι η επικεφαλίδα, η οποία είναι σαν μια ετικέτα σε ένα φάκελο. Το δεύτερο μέρος είναι το ωφέλιμο φορτίο, το οποίο είναι σαν το γράμμα μέσα σε ένα φάκελο. Η επικεφαλίδα περιέχει τις διευθύνσεις IP πηγής και προορισμού και κάποιες επιπλέον πληροφορίες. Αυτές οι πληροφορίες ονομάζονται μεταδεδομένα και αφορούν το ίδιο το πακέτο. Η τοποθέτηση δεδομένων σε ένα πακέτο με επικεφαλίδα είναι η ενθυλάκωση.

Δρομολόγηση

Κάθε υπολογιστής σε ένα δίκτυο κάνει κάποιου είδους δρομολόγηση. Οι αποκλειστικοί υπολογιστές συνομιλούν μεταξύ τους για να υπολογίσουν πού θα στείλουν τα πακέτα. Αυτοί οι υπολογιστές ονομάζονται δρομολογητές και μιλούν χρησιμοποιώντας πρωτόκολλα δρομολόγησης.

Σε κάθε διαδρομή ενός πακέτου, ένας υπολογιστής διαβάζει την επικεφαλίδα. Ο υπολογιστής βλέπει τη διεύθυνση IP προορισμού και υπολογίζει πού να στείλει το πακέτο.

Αξιοπιστία

Το ARPANET, ο πρώιμος πρόγονος του διαδικτύου, σχεδιάστηκε για να επιβιώσει σε έναν πυρηνικό πόλεμο. Εάν ένας υπολογιστής καταστρεφόταν, η επικοινωνία μεταξύ όλων των άλλων υπολογιστών θα εξακολουθούσε να λειτουργεί. Τα δίκτυα υπολογιστών εξακολουθούν να ακολουθούν τον ίδιο σχεδιασμό.

Οι υπολογιστές που συνομιλούν μεταξύ τους αναλαμβάνουν τις "έξυπνες" λειτουργίες για την απλούστευση των δικτύων υπολογιστών. Οι τελικοί κόμβοι θα ελέγχουν για σφάλματα αντί για μια κεντρική αρχή. Η διατήρηση των "έξυπνων" πραγμάτων στους τελικούς υπολογιστές ή κόμβους ακολουθεί την αρχή end-to-end.

Το Πρωτόκολλο Διαδικτύου στέλνει πακέτα χωρίς να διασφαλίζει την ασφαλή άφιξή τους. Αυτή είναι η παράδοση με τη μεγαλύτερη δυνατή προσπάθεια και είναι αναξιόπιστη. Τα πακέτα μπορεί να μπερδευτούν, να χαθούν, να αντιγραφούν ή να παραληφθούν με λάθος σειρά. Πρωτόκολλα υψηλότερου επιπέδου, όπως το Πρωτόκολλο Ελέγχου Μετάδοσης (TCP), διασφαλίζουν την ορθή παράδοση των πακέτων. Το IP είναι επίσης χωρίς σύνδεση, οπότε δεν παρακολουθεί τις επικοινωνίες.

Το πρωτόκολλο Internet Protocol Version 4 (IPv4) χρησιμοποιεί ένα άθροισμα ελέγχου για τον έλεγχο σφαλμάτων στην επικεφαλίδα IP. Κάθε άθροισμα ελέγχου είναι μοναδικό για έναν συνδυασμό πηγής/προορισμού. Ένας κόμβος δρομολόγησης παράγει ένα νέο άθροισμα ελέγχου όταν λαμβάνει ένα πακέτο. Εάν το νέο άθροισμα ελέγχου είναι διαφορετικό από το παλιό, ο κόμβος δρομολόγησης γνωρίζει ότι το πακέτο είναι κακό και το απορρίπτει. Το IPv6 υποθέτει ότι ένα άλλο πρωτόκολλο θα ελέγξει για σφάλματα και παραλείπει το άθροισμα ελέγχου. Αυτό γίνεται για να βελτιωθεί η απόδοση.

Ιστορία

Το 1974, το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών δημοσίευσε ένα έγγραφο με τίτλο "A Protocol for Packet Network Intercommunication". Το έγγραφο περιέγραφε έναν τρόπο με τον οποίο οι υπολογιστές μπορούσαν να συνομιλούν μεταξύ τους χρησιμοποιώντας τη μεταγωγή πακέτων. Ένα μεγάλο μέρος αυτής της ιδέας ήταν το "Πρόγραμμα ελέγχου μετάδοσης". Το Transmission Control Program ήταν πολύ μεγάλο, οπότε χωρίστηκε σε TCP και IP. Αυτό το μοντέλο ονομάζεται τώρα Μοντέλο Διαδικτύου και Σουίτα Πρωτοκόλλου Διαδικτύου του Υπουργείου Άμυνας ή Μοντέλο TCP/IP.

Οι εκδόσεις 0 έως 3 της ΟΠ ήταν πειραματικές και χρησιμοποιήθηκαν μεταξύ 1977 και 1979.

Οι διευθύνσεις IPv4 θα εξαντληθούν, επειδή ο αριθμός των δυνατών διευθύνσεων είναι πεπερασμένος. Για να το διορθώσει αυτό, η IEEE δημιούργησε το IPv6, το οποίο είχε ακόμη περισσότερες διευθύνσεις. Ενώ το IPv4 έχει 4,3 δισεκατομμύρια διευθύνσεις, το IPv6 έχει 340 undecillion από αυτές. Αυτό σημαίνει ότι δεν θα ξεμείνουμε ποτέ από διευθύνσεις IPv6. Το IPv5 προοριζόταν για το Internet Stream Protocol, το οποίο χρησιμοποιήθηκε μόνο πειραματικά.