اصول آدرس دهی IP شبکه

آدرس IP چیست و چه کاربردی دارد؟

آدرس IP یا پروتکل اینترنت (Internet Protocol) یک شناسه عددی منحصر به فرد است که به هر دستگاه متصل به شبکه کامپیوتری، مانند رایانه شخصی، تبلت، گوشی موبایل، یا حتی یک وب‌سایت، اختصاص داده می‌شود. این آدرس نرم‌افزاری، حکم «آدرس پستی» آن دستگاه در شبکه محلی (LAN) یا در سطح جهانی یعنی اینترنت را دارد و به آن اجازه می‌دهد که در شبکه شناسایی شده و با دستگاه‌های دیگر ارتباط برقرار کند.

IP می‌تواند به دو روش به دستگاه تخصیص داده شود:

1. پویا (Dynamic): معمولا توسط پروتکل DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) به‌طور خودکار تخصیص داده می‌شود. این رایج‌ترین روش است.
2. ثابت (Static): به صورت دستی توسط مدیر سیستم (System Admin) آدرس‌دهی می‌شود و همیشه ثابت می‌ماند.

برخلاف آدرس MAC (Media Access Control) که یک آدرس سخت‌افزاری است و با کارت رابط شبکه (NIC) مرتبط است، آدرس IP یک آدرس نرم‌افزاری است و بر روی سخت‌افزار دستگاه کدگذاری نمی‌شود و قابل تغییر است.

اصطلاحات کلیدی آدرس IP

برای درک بهتر ساختار آدرس IP، با اصطلاحات زیر آشنا می‌شویم:

بیت (Bit)

کوچک‌ترین واحد اطلاعات در محاسبات است که به صورت تک رقمی 0 یا 1 نمایش داده می‌شود.

بایت (Byte)

مجموعه‌ای از ۸ بیت است. یعنی 1 byte = 8 bits.

اکتت (Octet)

یک اکتت نیز شامل ۸ بیت یا ۱ بایت است. در آدرس‌دهی IP، هر قسمت از آدرس که با نقطه از هم جدا می‌شود، یک اکتت نام دارد.

نحوه ترسیم آدرس IP

یک آدرس IP به ۴ اکتت یا بایت تقسیم می‌شود. از آنجا که هر اکتت دارای ۸ بیت است، هر آدرس IP مجموعا ۳۲ بیت طول دارد. آدرس IP را می‌توان به سه روش نمایش داد:

1. اعشار نقطه‌ای (Dotted-decimal): این رایج‌ترین و قابل فهم‌ترین فرمت است. مثلا: 192.168.1.5.
2. باینری (Binary): نمایش آدرس در سیستم اعداد دودویی است. مثلا: 11000000.10101000.00000001.00000101.
3. هگزادسیمال (Hexadecimal): نمایش آدرس در سیستم اعداد پایه ۱۶. مثلا: c0.a8.01.05. این قالب کمتر برای نمایش آدرس‌های IP استفاده می‌شود و تمرکز ما بر روی قالب‌های اعشاری نقطه‌ای و باینری است.

انواع آدرس‌های IP: نسخه‌های IPv4 و IPv6

آدرس‌های IP به صورت کلی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند که نشان دهنده دو نسخه از پروتکل اینترنت هستند.

IPv4 Address (نسخه ۴ پروتکل اینترنت)

این نسخه، رایج‌ترین نوع آدرس IP است و یک عدد ۳۲ بیتی باینری است که به ۴ اکتت (هر کدام ۸ بیت) تقسیم می‌شود. آدرس IPv4 از دو بخش اصلی تشکیل می‌شود:

• شماره شبکه (NetID یا Network Identifier): بخش اول از سمت چپ است و شبکه یا زیرشبکه‌ای که دستگاه در آن قرار دارد را مشخص می‌کند.
• شناسه میزبان (HostID): بخش باقی مانده است و دستگاه خاصی (میزبان) را در آن شبکه مشخص می‌کند.

مثلا: 10.200.50.20 یا 172.16.0.20.

کلاس‌های IPv4

آدرس‌های IPv4 بر اساس اندازه شبکه به ۵ کلاس اصلی تقسیم می‌شوند: Class A، Class B، Class C، Class D و Class E. با این حال، تنها کلاس‌های A، B و C برای آدرس‌دهی سیستم‌های میزبان (Host) در شبکه‌های معمولی استفاده می‌شوند:

Class A:

• بزرگ‌ترین شبکه از نظر تعداد میزبان‌ها.
• اکتت اول شماره شبکه و سه اکتت باقیمانده تعداد میزبان‌ها را معین می‌کنند.
• رنج اولین اکتت: 1 تا 127.
• می‌تواند 16,777,214 سیستم را آدرس‌دهی کند.
• توجه: آدرس شروع با 127 برای Loopback Address (آدرس برگشتی) و تست سلامت کارت شبکه استفاده می‌شود و قابل استفاده به عنوان آدرس دستگاه نیست.

Class B:

• دو اکتت اول به عنوان Network و دو اکتت بعدی به عنوان Host در نظر گرفته می‌شود.
• رنج اولین اکتت: 128 تا 191.
• می‌تواند 65,534 سیستم را آدرس‌دهی کند.

Class C:

• سه اکتت اول به عنوان Network و اکتت آخر به عنوان Host در نظر گرفته می‌شود.
• رنج اولین اکتت: 192 تا 223.
• می‌تواند 254 سیستم را آدرس‌دهی کند.

Class D:

• برای کاربردهای خاص مانند Multicast (ارسال اطلاعات به گروهی از میزبان‌ها) استفاده می‌شود.

Class E:

• بیشتر برای اهداف تحقیقاتی و تجربی رزرو شده است.

IPv6 Address (نسخه ۶ پروتکل اینترنت)

به دلیل محدودیت و کمبود آدرس‌های موجود در IPv4، IPv6 به عنوان نسخه جدیدتر پروتکل اینترنت معرفی شد.

• آدرس IPv6 یک عدد 128 بیتی است (در مقایسه با ۳۲ بیت در IPv4).
• به ۸ قسمت تقسیم می‌شود که هر قسمت شامل ۴ عدد هگزادسیمال است و با علامت دونقطه (:) از هم جدا می‌شوند.
• نمونه: 2041:130f:0000:3f5d:0000:0000:875a:154b
• ساده‌سازی: برای کوتاه‌تر شدن، می‌توان صفرهای پیشرو (Leading Zeros) در هر قسمت را حذف کرد، و یک یا چند دنباله متوالی از صفرهای کامل (مانند 0000) را با دو دونقطه (::) جایگزین کرد (تنها یک بار در آدرس).
• نمونه ساده‌شده: 2041:130f:0:3f5d::875a:154b

آدرس‌های IP خصوصی (Private) در مقابل آدرس‌های IP عمومی (Public)

آدرس‌های IP در شبکه را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم کرد که در نحوه عملکرد و دسترسی به آن‌ها تفاوت‌های اساسی وجود دارد.

آدرس IP عمومی (Public IP Address)

این آدرس، همان شناسه جهانی است که توسط ارائه‌دهنده خدمات اینترنت (ISP) به شما تخصیص داده می‌شود. آدرس IP عمومی، شما را در شبکه جهانی اینترنت شناسایی می‌کند و برای برقراری ارتباط با وب‌سایت‌ها، سرورهای ایمیل و سایر سرویس‌های خارج از شبکه محلی شما ضروری است. این آدرس منحصر به فرد بوده و در هر لحظه تنها به یک دستگاه (معمولا روتر یا مودم اصلی شما) در کل اینترنت اختصاص داده می‌شود. پس از خرید و راه اندازی سرور مجازی، معمولا یک IP در اختیار شما قرار می‌گیرد که این آی پی ، همان آی پی عمومی سرور شماست و می‌توانید با استفاده از آن، به سرور متصل شوید.

آدرس IP خصوصی (Private IP Address)

آدرس IP خصوصی برای آدرس‌دهی دستگاه‌ها در یک شبکه محلی (LAN) یا خانگی استفاده می‌شود. این آدرس‌ها قابل روت شدن در اینترنت جهانی نیستند و بنابراین در شبکه‌های دیگر می‌توانند تکرار شوند. برای مثال، اکثر روترها از رنج‌های آدرس خصوصی برای تخصیص IP به گوشی، لپ‌تاپ و پرینترهای متصل به شبکه خانگی شما استفاده می‌کنند. هدف از این آدرس‌ها، برقراری ارتباط دستگاه‌ها با یکدیگر در داخل شبکه و برقراری ارتباط با روتر (گذرگاه) برای دسترسی به اینترنت است.

معمولا پس از خرید سرور اختصاصی سازمانی و شرکتی، شما باید شبکه داخلی شرکت خود را راه اندازی کرده و هر دستگاه متصل به این شبکه را با استفاده از IP خصوصی، تعیین کنید. پس از آن، روتر سرور، هر دستگاه متصل به سرور را به صورت اتوماتیک می‌شناسد.

رنج‌های معمول آدرس‌های IP خصوصی

سازمان IANA (Internet Assigned Numbers Authority) سه رنج اصلی از آدرس‌ها را برای استفاده خصوصی و غیرقابل روت در اینترنت رزرو کرده است:

کلاس A: از 10.0.0.0 تا 10.255.255.255
کلاس B: از 172.16.0.0 تا 172.31.255.255
کلاس C: از 192.168.0.0 تا 192.168.255.255

روش‌های تخصیص آدرس IP

همانطور که قبلا ذکر شد، تخصیص IP به دو صورت ثابت یا پویا انجام می‌شود، اما در شبکه‌های بزرگ از روش‌های سازماندهی خاصی استفاده می‌شود.

آدرس‌دهی دستی (Static Allocation)

در این روش، مدیر شبکه به صورت دستی یک آدرس IP خاص و دائمی را به یک دستگاه (مانند سرور، پرینتر شبکه یا دوربین امنیتی) اختصاص می‌دهد. مزیت این روش، ثبات آدرس است که برای سرویس‌هایی که باید همیشه در یک آدرس مشخص در دسترس باشند، حیاتی است. عیب آن نیاز به مدیریت و احتمال تداخل آدرس است.

آدرس‌دهی پویا (Dynamic Allocation)

این رایج‌ترین روش است که در آن آدرس‌های IP توسط سرویس DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) به طور خودکار به دستگاه‌های کلاینت (گوشی، لپ‌تاپ و…) تخصیص داده می‌شوند. این آدرس‌ها به صورت موقت (برای یک دوره اجاره مشخص) تخصیص داده می‌شوند و پس از پایان دوره، IP می‌تواند به دستگاه دیگری اختصاص یابد. این روش مدیریت شبکه را ساده می‌کند و از تداخل آدرس‌ها جلوگیری می‌نماید.

NAT (Network Address Translation)

NAT (Network Address Translation) یک مکانیسم حیاتی است که به چندین دستگاه در یک شبکه خصوصی اجازه می‌دهد تا با استفاده از یک آدرس IP عمومی مشترک به اینترنت دسترسی پیدا کنند. در واقع، روتر شما با استفاده از NAT، آدرس‌های خصوصی داخلی را به آدرس IP عمومی خود ترجمه می‌کند تا داده‌ها بتوانند به شبکه جهانی ارسال و دریافت شوند. این کار به حفظ آدرس‌های IPv4 کمک کرده و امنیت شبکه داخلی را بهبود می‌بخشد.

اهمیت آدرس IP در دنیای آنلاین

آدرس IP تنها یک شناسه فنی نیست، بلکه سنگ بنای تمام فعالیت‌های ما در اینترنت است:

• مسیریابی (Routing): آدرس‌های IP به روترها و سوییچ‌ها اجازه می‌دهند تا بسته‌های داده را از منبع به مقصد صحیح در سراسر جهان هدایت کنند. بدون IP، ترافیک داده نمی‌توانست مسیر خود را پیدا کند.
• شناسایی مکان (Geolocation): هر آدرس IP عمومی تقریبا با یک موقعیت جغرافیایی (شهر یا منطقه) مرتبط است. وب‌سایت‌ها از این اطلاعات برای شخصی‌سازی محتوا، نمایش تبلیغات محلی یا اعمال محدودیت‌های جغرافیایی استفاده می‌کنند.
• امنیت و فایروال (Security): فایروال‌ها و ابزارهای امنیتی از IP برای مجاز یا مسدود کردن دسترسی به یک شبکه یا سرور استفاده می‌کنند. آدرس‌های IP همچنین برای ردیابی فعالیت‌های مشکوک یا حملات سایبری حیاتی هستند.