IPv4 چیست؟

IPv4 (Internet Protocol version 4) چهارمین نسخه از پروتکل اینترنت است که پایه و اساس ارتباطات شبکه در سراسر جهان را تشکیل می‌دهد. این پروتکل که در سال ۱۹۸۳ معرفی شد، هنوز هم هسته اصلی اینترنت مدرن محسوب می‌شود.

IPv4 چیست؟ — بررسی کامل اولین پروتکل اینترنت + ساختار و محدودیت‌ها

در این مطلب قصد داریم IPv4 را بصورت که اولین پروتکل اینترنت است به صورت کامل بررسی و ساختار و محدودیت‌ها تحلیل کنیم .

IPv4 چیست و چگونه کار می‌کند؟

IPv4 یک پروتکل لایه شبکه است که از سیستم آدرس‌دهی ۳۲ بیتی استفاده می‌کند. این پروتکل مسئول مسیریابی بسته‌های داده در شبکه و اطمینان از رسیدن آن‌ها به مقصد صحیح است.

ساختار آدرس IPv4

• طول: 32 بیت (4 بایت)
• فرمت: چهار عدد دسیمال جدا شده با نقطه
• محدوده هر بخش: 0 تا 255
• مثال: 192.168.1.1

اجزای تشکیل‌دهنده آدرس IPv4

1. Network ID (شناسه شبکه)

• بخشی از آدرس که شبکه خاص را شناسایی می‌کند
• برای مسیریابی بین شبکه‌های مختلف استفاده می‌شود

2. Host ID (شناسه میزبان)

• بخشی از آدرس که دستگاه خاص در شبکه را شناسایی می‌کند
• در هر شبکه باید منحصر به فرد باشد

در کل منظور از شبکه و میزبان :

میزبان (Host): هر دستگاهی که به شبکه وصل میشه (مثل موبایل، لپ‌تاپ، چاپگر). هر میزبان یک آدرس منحصربه‌فرد داره.

شبکه (Network): مجموعه‌ای از دستگاه‌ها (میزبان‌ها) که می‌تونن با هم ارتباط برقرار کنن. مثل یک خیابان که چندین خانه داره.

تشبیه:

• شبکه = یک خیابان (مثلاً “خیابان 192.168.1”)
• میزبان = خانه‌های روی این خیابان (مثلاً “پلاک 10″، “پلاک 20”)

کلاس‌های مختلف آدرس IPv4

کلاس A

• محدوده: 1.0.0.0 تا 126.255.255.255
• Network/Host:  هشت بیت برای شبکه، 24 بیت برای میزبان
• تعداد میزبان: 16,777,214 در هر شبکه
• کاربرد: سازمان‌های بسیار بزرگ

کلاس B

• محدوده: 128.0.0.0 تا 191.255.255.255
• Network/Host:  شانزده بیت برای شبکه، 16 بیت برای میزبان
• تعداد میزبان: 65,534 در هر شبکه
• کاربرد: دانشگاه‌ها و شرکت‌های بزرگ

کلاس C

• محدوده: 192.0.0.0 تا 223.255.255.255
• Network/Host: بیست و چهار بیت برای شبکه، 8 بیت برای میزبان
• تعداد میزبان: 254 در هر شبکه
• کاربرد: شبکه‌های کوچک و خانگی

کلاس D و E

• کلاس D: 224.0.0.0 تا 239.255.255.255 ( Multicast)
• کلاس E: 240.0.0.0 تا 255.255.255.255 (آزمایشی)

آدرس‌های IPv4 خصوصی (Private IP)

این آدرس‌ها برای استفاده در شبکه‌های داخلی رزرو شده‌اند:

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

Subnet Mask و Subnetting

Subnet Mask (ماسک زیرشبکه) چیست؟

ماسک زیرشبکه مانند یک نقشه راهنما یا هایلایتر برای یک آدرس IP عمل می‌کند. کار اصلی آن تشخیص دادن بخش شبکه از بخش میزبان در یک آدرس IP است. فرض کنید آدرس IP شما 192.168.1.50 است. ماسک زیرشبکه (مثلاً 255.255.255.0) مشخص می‌کند که کدام قسمت از این آدرس متعلق به “نام خیابان” (بخش شبکه) است و کدام قسمت “شماره پلاک” (بخش میزبان) شماست. در این مثال، 255.255.255.0 به روتر می‌گوید که سه بخش اول آدرس (192.168.1) شناسه شبکه هستند و بخش آخر (50) شناسه دستگاه شما در آن شبکه است. این اطلاعات برای مسیریابی صحیح داده‌ها در شبکه ضروری است.

• یک عدد 32 بیتی که Network ID را از Host ID جدا می‌کند
• مثال: 255.255.255.0 برای کلاس C

مزایای Subnetting

زیرشبکه‌بندی فرآیند شکستن یک شبکه بزرگ به چند شبکه کوچک‌تر و کارآمدتر است. تصور کنید یک شبکه کلاس B دارید که می‌تواند حدود ۶۵,۰۰۰ دستگاه را در خود جای دهد. اگر شما فقط ۲۰۰ دستگاه داشته باشید، اختصاص این شبکه عظیم به شما باعث هدررفت فاحش آدرس‌های IP می‌شود. با زیرشبکه‌بندی، شما این شبکه بزرگ را به چندین زیرشبکه کوچک‌تر (مثلاً با ۲۵۰ آدرس هر کدام) تقسیم می‌کنید. این کار مزایای بزرگی دارد: کاهش ترافیک شبکه (با محدود کردن Broadcastها)، افزایش امنیت (جداسازی بخش‌های مختلف یک سازمان از یکدیگر) و مدیریت آسانتر شبکه. در واقع Subnetting به شما امکان می‌دهد یک بلوک آدرس IP را به اندازه‌های دقیقاً مورد نیازتان برش دهید.

• بهینه‌سازی آدرس‌ها
• کاهش ترافیک شبکه
• افزایش امنیت
• مدیریت آسان‌تر شبکه

مشکل اصلی IPv4: کمبود آدرس

چرا آدرس‌های IPv4 تمام شدند؟

• فضای آدرس محدود: فقط 4,294,967,296 آدرس منحصر به فرد
• رشد انفجاری دستگاه‌ها: موبایل، IoT، کامپیوترها
• تخصیص ناکارآمد: آدرس‌های بزرگ به سازمان‌های کوچک

راه‌حل‌های موقت برای کمبود IPv4

1. NAT (Network Address Translation)

NAT (ترجمه آدرس شبکه) مثل یک منشی هوشمند برای شبکه شما عمل می‌کند .تمام دستگاه‌های داخل شبکه شما (مثل موبایل و لپ‌تاپ) با آدرس‌های خصوصی (مثل ۱۹۲.۱۶۸.۱.۲) با روتر ارتباط برقرار می‌کنند.

• وقتی می‌خواهید به اینترنت وصل شوید، روتر آدرس خصوصی شما را به آدرس عمومی خودش تغییر می‌دهد.
• وقتی پاسخ از اینترنت برمی‌گردد، روتر دوباره آن را به آدرس خصوصی دستگاه شما برمی‌گرداند.

نتیجه: همه دستگاه‌های خانه شما با یک آدرس عمومی در اینترنت دیده می‌شوند که هم در IP صرفه‌جویی می‌کند و هم امنیت را افزایش می‌دهد.

• ترجمه آدرس‌های خصوصی به آدرس عمومی
• امکان استفاده چندین دستگاه با یک IP عمومی
• مثال: مودم خانگی شما از NAT استفاده می‌کند

2. CIDR (Classless Inter-Domain Routing)

CIDR (مسیریابی بین‌دامنی بدون کلاس) یک سیستم مدرن برای اختصاص آدرس‌های IP است که جایگزین سیستم قدیمی کلاس‌ها (A, B, C) شد.در CIDR دیگر محدود به سایزهای ثابت شبکه نیستیم و می‌توانیم شبکه‌ها را به اندازه‌های دقیق و مورد نیازمان تقسیم کنیم.

• با استفاده از نماد Slash (مثل ۱۹۲.۱۶۸.۱.۰/۲۴) مشخص می‌کند که چند بیت اول آدرس مربوط به شناسه شبکه است.
• این روش باعث کاهش هدررفت آدرس‌های IP و کارآمدتر شدن مسیریابی در اینترنت شده است.

• حذف سیستم کلاس‌بندی قدیمی
• تخصیص کارآمدتر آدرس‌ها
• کاهش اتلاف آدرس

3. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

DHCP (پروتکل پیکربندی پویای میزبان) مانند یک “میزبان مهمانی” خودکار برای شبکه شما عمل می‌کند.وقتی دستگاهی به شبکه وصل می‌شود، به طور خودکار به آن یک آدرس IP اختصاص می‌دهد.

• علاوه بر IP، تنظیمات ضروری مانند Subnet Mask، Gateway پیش‌فرض و آدرس DNS را نیز ارائه می‌کند.
• این کار باعث می‌شود نیاز نباشد به صورت دستی برای هر دستگاه IP وارد کنید و مدیریت شبکه آسان‌تر شود.

نتیجه: اتصال دستگاه‌های جدید به شبکه کاملاً خودکار و بدون نیاز به تنظیمات دستی انجام می‌شود.

• تخصیص پویای آدرس IP
• استفاده مجدد از آدرس‌ها
• مدیریت خودکار شبکه

IPv4 در مقابل IPv6

سوالات متداول درباره IPv4

آیا IPv4 هنوز استفاده می‌شود؟

بله، بیش از 60% ترافیک اینترنت جهان هنوز از IPv4 استفاده می‌کند.

چه زمانی IPv4 کاملاً جایگزین می‌شود؟

جایگزینی کامل سال‌ها طول خواهد کشید. در حال حاضر از Dual-Stack (پشتیبانی همزمان از IPv4 و IPv6) استفاده می‌شود.

چگونه می‌توانم بفهمم از IPv4 استفاده می‌کنم؟

• در Command Prompt دستور ipconfig را وارد کنید
• در خط IPv4 Address می‌توانید آدرس خود را ببینید

آیا می‌توان همزمان از IPv4 و IPv6 استفاده کرد؟

بله، این قابلیت Dual-Stack نام دارد و در بیشتر سیستم‌های عامل مدرن پشتیبانی می‌شود.

آینده IPv4

با وجود معرفی IPv6، IPv4 هنوز:

• در بسیاری از شبکه‌های enterprise استفاده می‌شود
• برای Legacy Systems ضروری است
• در بازار آزاد خرید و فروش می‌شود
• به عنوان fallback برای IPv6 عمل می‌کند

برای یادگیری بیشتر:

• IPv6 چیست؟ — نسل آینده آدرس‌های اینترنتی
• آدرس‌های شبکه چیست؟ — راهنمای کامل IP و MAC Address به زبان ساده
• Subnetting چیست؟