โปรโตคอลอินเทอร์เน็ต (IP): วิธีการทำงานและเหตุใดจึงมีความสำคัญ

เมื่อคุณเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตจากโทรศัพท์มือถือ แล็ปท็อปที่บ้าน หรือคอมพิวเตอร์ที่ทำงาน ข้อมูลทั้งหมดที่คุณส่งและรับจะเดินทางตามชุดโปรโตคอล กฎที่เข้มงวดมากที่เรียกว่าโปรโตคอลอินเทอร์เน็ต (IP)แม้ว่าคุณอาจมองไม่เห็น แต่ทุกเว็บไซต์ที่คุณเข้าชม ทุกอีเมลที่คุณส่ง หรือทุกการสนทนาทางวิดีโอที่คุณทำ ล้วนขึ้นอยู่กับระบบนี้เพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลจะไปถึง (ไม่มากก็น้อย) จุดที่ควรจะไป

ระบบทรัพย์สินทางปัญญา (IP) ไม่ใช่สิ่งมหัศจรรย์ แต่เป็นระบบที่คิดมาอย่างรอบคอบซึ่งผสมผสานหลายสิ่งเข้าด้วยกัน การกำหนดแอดเดรส การกำหนดเส้นทางแพ็กเก็ต และการแบ่งส่วนข้อมูล เพื่อให้อุปกรณ์ต่างๆ ที่มีระบบปฏิบัติการต่างกันและเชื่อมต่อกันด้วยเครือข่ายที่หลากหลาย สามารถสื่อสารกันได้ราวกับว่าพวกมันเป็นส่วนหนึ่งของเครือข่ายระดับโลกเดียวกัน เราจะอธิบายทีละขั้นตอนเพื่อให้คุณเข้าใจว่ามันทำอะไร ทำงานอย่างไร และทำไมมันจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเครือข่ายในปัจจุบัน

โปรโตคอลอินเทอร์เน็ต (IP) คืออะไร และมีหน้าที่อะไร?

โปรโตคอลอินเทอร์เน็ต หรือเรียกสั้นๆ ว่า โปรโตคอลอินเทอร์เน็ต IP (อินเทอร์เน็ตโปรโตคอล)โปรโตคอลนี้เป็นหัวใจหลักของชุดโปรโตคอล TCP/IP หน้าที่ของมันคือการจัดการการส่งข้อมูลในรูปแบบแพ็กเก็ตระหว่างอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกัน โดยไม่จำเป็นต้องสร้างการเชื่อมต่อล่วงหน้า และไม่รับประกันว่าข้อมูลทุกอย่างจะมาถึงอย่างสมบูรณ์แบบ

ในทางปฏิบัติ ทรัพย์สินทางปัญญาทำหน้าที่เสมือนเป็นชนิดหนึ่ง ดาตาแกรม “บริษัทขนส่งพัสดุ”อุปกรณ์นี้รับข้อมูลเป็นบล็อก (ดาตาแกรม) เพิ่มส่วนหัวที่มีข้อมูลควบคุม (ส่วนใหญ่เป็นที่อยู่ต้นทางและปลายทาง) แล้วส่งต่อไปยังเครือข่ายเพื่อให้ข้อมูลเหล่านั้นส่งต่อจากเราเตอร์หนึ่งไปยังอีกเราเตอร์หนึ่งจนกว่าจะถึงเครื่องปลายทาง หากทุกอย่างเป็นไปด้วยดี

คุณลักษณะสำคัญประการหนึ่งคือ มันเป็นโปรโตคอล ไม่เน้นการเชื่อมต่อและใช้ความพยายามอย่างเต็มที่หมายความว่าไม่มีการสนทนาล่วงหน้าระหว่างต้นทางและปลายทางเพื่อ "เจรจา" การสื่อสาร และ IP จะพยายามอย่างเต็มที่ในการส่งแพ็กเก็ต แต่ไม่รับประกันอะไรทั้งสิ้น: แพ็กเก็ตอาจสูญหาย มาถึงซ้ำ มาถึงผิดลำดับ หรือเสียหายได้

ระบบ IP ไม่ได้ให้ความน่าเชื่อถือ การควบคุมการไหล หรือการกู้คืนข้อผิดพลาด แต่... โปรโตคอลระดับสูง เช่น TCPIP มีข้อจำกัดในการให้บริการส่งข้อมูลแบบดาต้าแกรมพื้นฐานผ่านเครือข่ายที่มีความหลากหลายในระดับกายภาพสูง (เช่น ไฟเบอร์, WiFi, อีเธอร์เน็ต, การเชื่อมต่อไร้สายทุกประเภท ฯลฯ)

นอกจากนี้ IP ยังช่วยซ่อนความซับซ้อนของเครือข่ายทางกายภาพอีกด้วยสิ่งนี้ทำให้โปรโตคอลระดับบนสุดมองเห็นภาพรวมของ "เครือข่ายเสมือน" ได้อย่างเป็นเอกภาพ ส่งผลให้แอปพลิเคชันและบริการไม่จำเป็นต้องรู้ว่ามีเราเตอร์สิบตัวหรือหนึ่งร้อยตัวอยู่ระหว่างต้นทางและปลายทาง หรือแต่ละส่วนใช้เทคโนโลยีอะไร

IP ภายใน TCP/IP และความสัมพันธ์กับโปรโตคอลอื่นๆ

ในโลกอินเทอร์เน็ต ผู้คนมักพูดถึงกลุ่มต่างๆ อยู่เสมอ TCP / IPเนื่องจากในบริการหลายอย่างมีการใช้งานร่วมกัน: IP ในเลเยอร์เครือข่ายและ TCP ในเลเยอร์การขนส่ง อย่างไรก็ตาม ชุดโปรโตคอลอินเทอร์เน็ตนั้นกว้างกว่ามาก: มีมากกว่า โปรโตคอลที่แตกต่างกันหนึ่งร้อยแบบที่อยู่ร่วมกัน และพวกเขาพึ่งพาทรัพย์สินทางปัญญา

IP ได้รับการกำหนดมาตรฐานดังนี้ สท. 5ข้อกำหนดนี้ยังรวมถึง ICMP (Internet Control Message Protocol ซึ่งใช้สำหรับข้อความแสดงข้อผิดพลาดและการวินิจฉัย เช่น ข้อความ ping) และ IGMP (Internet Group Management Protocol ซึ่งใช้สำหรับการจัดการกลุ่มมัลติแคสต์) สถานะของมันคือ "จำเป็น" ซึ่งหมายความว่าสแต็ก TCP/IP ที่ใช้งานได้จริงจะต้องนำไปใช้งาน

ในบรรดาเอกสารที่กำหนดนิยามของทรัพย์สินทางปัญญา เอกสารต่อไปนี้มีความโดดเด่นเป็นพิเศษ: RFC 791, 950, 919 และ 922พร้อมกับการอัปเดตเพิ่มเติมในภายหลัง ตัวอย่างเช่น ใน RFC 1349 สำหรับฟิลด์ประเภทบริการ (TOS) RFC เหล่านี้อธิบายรูปแบบของดาตาแกรม วิธีการจัดการการแบ่งส่วน ความหมายของฟิลด์ส่วนหัว เป็นต้น

โปรโตคอลการขนส่งที่เกี่ยวข้องมากที่สุดซึ่งอาศัย IP ได้แก่ TCP (Transmission Control Protocol) และ UDP (User Datagram Protocol)TCP เป็นช่องทางการสื่อสารที่เชื่อถือได้และเน้นการเชื่อมต่อ เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการความสมบูรณ์ของข้อมูล (เช่น เว็บไซต์หรืออีเมล) ในทางกลับกัน UDP มีน้ำหนักเบาและขาดการควบคุมข้อผิดพลาดในระดับการขนส่ง ทำให้มีการใช้งานอย่างแพร่หลายสำหรับ... แอปพลิเคชันแบบเรียลไทม์ (เสียง วิดีโอ เกมออนไลน์) หรือโปรโตคอล เช่น DNS และเครื่องมือวัด เช่น iperf3 ในโหมดมัลติเธรด เครื่องมือเหล่านี้ช่วยให้คุณประเมินประสิทธิภาพของเครือข่ายได้

นอกจาก TCP และ UDP แล้ว IP ยังสามารถห่อหุ้มโปรโตคอลอื่นๆ ได้อีกด้วย เช่น SCTP (โปรโตคอลการส่งข้อมูลควบคุมสตรีม)ซึ่งใช้ในบริบทขั้นสูงบางอย่าง (เช่น การส่งสัญญาณหรือบริการโทรคมนาคมบางประเภท) และยังมีคุณลักษณะการขนส่งที่เชื่อถือได้ แต่มีความสามารถในการรับส่งข้อมูลหลายเส้นทางหรือหลายสตรีม

เวอร์ชันโปรโตคอล IP: IPv4 และ IPv6

เวอร์ชันที่รู้จักกันดีที่สุดและแพร่หลายมากที่สุดในเชิงประวัติศาสตร์คือ IPv4ซึ่งใช้แอดเดรสแบบ 32 บิต ทำให้สามารถรองรับแอดเดรสตามทฤษฎีได้มากกว่าสี่พันล้านแอดเดรส ซึ่งเป็นจำนวนที่ไม่เพียงพอเมื่อหลายปีก่อนเนื่องจากการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกัน

เพื่อเอาชนะข้อจำกัดนี้ จึงได้มีการออกแบบระบบขึ้นมา IPv6ซึ่งเป็นรุ่นต่อจาก IPv4 ที่ใช้ที่อยู่แบบ 128 บิต ซึ่งเป็นพื้นที่ขนาดใหญ่มากที่สามารถเก็บข้อมูลได้จำนวนมาก จำนวนโหนดที่แทบไม่มีวันหมดนอกจากนี้ IPv6 ยังนำเสนอการปรับปรุงต่างๆ เช่น การกำหนดค่าอัตโนมัติแบบไร้สถานะ รูปแบบส่วนหัวที่เรียบง่ายและขยายได้มากขึ้น การสนับสนุนด้านความปลอดภัยที่ดีขึ้น และความสามารถใหม่ๆ ในการควบคุมการไหลของข้อมูลและคุณภาพของบริการ

ในประวัติศาสตร์ของ IP เวอร์ชัน 0 ถึง 3 นั้นถูกสงวนไว้หรือไม่ได้ถูกนำมาใช้งานจริง ในขณะที่ 5 รุ่น มันถูกใช้สำหรับขั้นตอนการทดลอง มีการกำหนดหมายเลขเวอร์ชันอื่นให้กับโครงการวิจัย แต่ มีเพียง IPv4 และ IPv6 เท่านั้นที่แพร่หลาย เป็นพื้นฐานของอินเทอร์เน็ต

ปัจจุบันทั้งสองระบบอยู่ร่วมกัน: เครือข่ายทั่วโลกส่วนใหญ่ยังคงใช้งาน IPv4 โดยอาศัยเทคนิคต่างๆ เช่น NAT (การแปลที่อยู่เครือข่าย)แม้ว่าการใช้งาน IPv6 จะค่อยเป็นค่อยไป โดยเฉพาะในผู้ให้บริการเครือข่าย บริษัทขนาดใหญ่ และบริการคลาวด์

ที่อยู่ IP ประเภท และแนวคิดที่เกี่ยวข้อง

Una ที่อยู่ IP หมายเลข IP (IP address) คือตัวระบุตัวเลขที่กำหนดให้กับแต่ละอินเทอร์เฟซเครือข่ายของอุปกรณ์ภายในเครือข่ายที่ใช้โปรโตคอลอินเทอร์เน็ต หมายเลขนี้ไม่ได้ระบุตัวอุปกรณ์ทั้งหมด แต่ระบุเฉพาะอินเทอร์เฟซเท่านั้น เช่น หากอุปกรณ์เปิดใช้งานทั้งอีเธอร์เน็ตและไวไฟ แต่ละอินเทอร์เฟซจะมีหมายเลข IP ของตัวเอง

สิ่งสำคัญคืออย่าสับสนระหว่างที่อยู่ IP กับ ที่อยู่ MACที่อยู่ MAC เป็นตัวระบุทางกายภาพที่ผู้ผลิตสลักไว้บนการ์ดเครือข่าย และโดยทั่วไปจะไม่เปลี่ยนแปลงตลอดอายุการใช้งาน ในทางกลับกัน ที่อยู่ IP เป็นค่าเชิงตรรกะและสามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อเปลี่ยนเครือข่าย รีสตาร์ทเราเตอร์ หรือกำหนดค่าโครงสร้างพื้นฐานใหม่

โดยทั่วไป ที่อยู่ IP จะแบ่งออกเป็นสองส่วน: ส่วนเครือข่ายและส่วนโฮสต์ส่วนเครือข่ายจะระบุว่าอุปกรณ์นั้นอยู่ในเครือข่ายใด (และอุปกรณ์เหล่านั้นใช้โปรโตคอลการเชื่อมต่อใดร่วมกันบนสื่อทางกายภาพนั้น) ในขณะที่ส่วนโฮสต์จะแยกแยะเครื่องแต่ละเครื่องภายในเครือข่ายนั้น

ในทางปฏิบัติแล้ว มีอยู่หลายประการ ที่อยู่ IP สาธารณะและที่อยู่ IP ส่วนตัวที่อยู่ IP สาธารณะ คือที่อยู่ IP ที่เผยแพร่บนอินเทอร์เน็ต และทำให้สามารถระบุตำแหน่งเครือข่ายภายในบ้านหรือเซิร์ฟเวอร์ของคุณได้จากทุกที่บนเครือข่ายทั่วโลก ในทางกลับกัน ที่อยู่ IP ส่วนตัว ใช้ภายในเครือข่ายท้องถิ่น (เช่น เครือข่ายภายในบ้านหรือเครือข่ายภายในของบริษัท) และไม่สามารถส่งต่อไปยังปลายทางโดยตรงผ่านทางอินเทอร์เน็ตได้

นอกจากนี้ ที่อยู่ยังสามารถเป็นได้ดังนี้ สถิตหรือไดนามิกเมื่อคุณเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตที่บ้าน ผู้ให้บริการของคุณมักจะกำหนดที่อยู่ IP สาธารณะให้คุณโดยอัตโนมัติโดยใช้โปรโตคอล เช่น DHCP (โปรโตคอลการกำหนดค่าโฮสต์แบบไดนามิก)ที่อยู่ IP นั้นอาจเปลี่ยนแปลงได้ระหว่างการเชื่อมต่อใหม่ ในทางตรงกันข้าม บริการที่ต้องพร้อมใช้งานตลอดเวลา (เว็บเซิร์ฟเวอร์ เซิร์ฟเวอร์อีเมล เซิร์ฟเวอร์ DNS เซิร์ฟเวอร์ FTP สาธารณะ ฯลฯ) มักใช้ที่อยู่ IP แบบคงที่ ซึ่งทำให้ระบบอื่น ๆ ค้นหาได้ง่ายขึ้นโดยไม่มีปัญหา

เพื่อให้ชีวิตง่ายขึ้นสำหรับมนุษย์ซึ่งไม่ค่อยเก่งในการจดจำตัวเลขยาวๆ ที่อยู่ IP จึงสามารถเชื่อมโยงกับ... ชื่อโดเมนระบบชื่อโดเมน (DNS) จะแปลงชื่อโดเมน เช่น "example.com" ให้เป็นที่อยู่ IP ที่เกี่ยวข้อง เครื่องคอมพิวเตอร์ต้องการเพียงแค่ตัวเลขเท่านั้น เราจึงนิยมใช้คำที่จำง่ายกว่า

แนวคิดที่เกี่ยวข้องอีกประการหนึ่งคือ หน้ากากเครือข่ายซับเน็ตมาสก์คือค่าที่ระบุว่าส่วนใดของที่อยู่ IP ตรงกับเครือข่ายและส่วนใดตรงกับโฮสต์ ด้วยซับเน็ตมาสก์ อุปกรณ์ต่างๆ สามารถตัดสินใจได้ว่าควรส่งแพ็กเก็ตภายในเครือข่ายท้องถิ่นหรือส่งต่อไปยังเราเตอร์เพื่อไปยังเครือข่ายภายนอก

ตัวเครื่องเองก็มีส่วนประกอบต่างๆ ด้วยเช่นกัน อินเทอร์เฟซลูปแบ็กภายใน (ลูปแบ็ก) ซึ่งใน IPv4 จะแสดงด้วยที่อยู่ 127.0.0.1 ช่วยให้คอมพิวเตอร์สามารถสื่อสารกับตัวเองได้โดยใช้โปรโตคอลเดียวกันกับที่ใช้ในการสื่อสารกับเครื่องอื่น ซึ่งมีประโยชน์มากสำหรับการทดสอบ การพัฒนา และการแก้ไขข้อผิดพลาด

วิธีการทำงานของ IP: ดาตาแกรม การแบ่งส่วนข้อมูล และการกำหนดเส้นทาง

เมื่อแอปพลิเคชันต้องการส่งข้อมูลผ่านเครือข่าย (เช่น เว็บเบราว์เซอร์) โปรโตคอลการขนส่งที่แอปพลิเคชันนั้นใช้โดยทั่วไปจะเป็น... TCPแบ่งข้อมูลนั้นออกเป็น ส่วนเล็ก ๆ และส่งต่อไปยังเลเยอร์เครือข่ายเพื่อบรรจุเป็นแพ็กเก็ตข้อมูล IP

IP กำหนด รูปแบบดาตาแกรมส่วนหัวที่มีฟิลด์ควบคุมหลายฟิลด์และส่วนข้อมูลที่บรรจุเนื้อหาของโปรโตคอลระดับสูง (TCP, UDP, ICMP เป็นต้น) แตกต่างจากโปรโตคอลอื่นๆ IP ไม่จำเป็นต้องมีการแลกเปลี่ยนข้อความควบคุมก่อนที่จะส่งข้อมูลหลัก

หากขนาดของดาตาแกรมมีขนาดใหญ่กว่า MTU (หน่วยส่งกำลังสูงสุด) ได้รับการยอมรับโดยการเชื่อมโยงทางกายภาพที่ต้องใช้ในการหมุนเวียน IP อาจ ชิ้นส่วน ข้อมูลดาตาแกรมนั้นจะถูกแบ่งออกเป็นชิ้นเล็กๆ หลายชิ้น แต่ละชิ้นจะเดินทางผ่านเครือข่ายพร้อมกับส่วนหัว IP ของตัวเอง และเมื่อถึงปลายทาง ชิ้นส่วนเหล่านั้นจะถูกประกอบเข้าด้วยกันอีกครั้งเพื่อสร้างดาตาแกรมเดิมขึ้นมาใหม่

การแบ่งส่วนนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในหลายจุดตลอดเส้นทาง ไม่ใช่แค่ที่ต้นทางเท่านั้น เราเตอร์แต่ละตัวที่พบลิงก์ที่มีค่า MTU ต่ำกว่าสามารถทำการแบ่งส่วนใหม่ได้ โดยคำนึงถึงข้อมูลระบุตัวตนและค่าชดเชยของส่วนย่อย อย่างไรก็ตาม การประกอบส่วนใหม่จะดำเนินการในภายหลัง เฉพาะบนโฮสต์ปลายทางเท่านั้น เพื่อหลีกเลี่ยงการทำให้เราเตอร์ทำงานหนักเกินไปจากงานระหว่างดำเนินการ

หากส่วนใดส่วนหนึ่งสูญหาย ข้อมูลทั้งหมดก็จะถือว่าสูญหายไปด้วย เนื่องจาก IP ไม่รองรับการยืนยันการรับหรือการส่งซ้ำโปรโตคอลการขนส่ง (โดยปกติคือ TCP) จะตรวจจับช่องว่างในลำดับข้อมูลและร้องขอข้อมูลที่ขาดหายไปอีกครั้ง

ตลอดการเดินทางนี้ แพ็กเก็ตข้อมูล IP แต่ละแพ็กเก็ตจะเดินทางผ่านเครือข่ายระดับกลางหลายเครือข่ายและพบเจอกับสิ่งต่างๆ เราเตอร์อุปกรณ์เหล่านี้มีความเชี่ยวชาญในการรับแพ็กเก็ตผ่านอินเทอร์เฟซ ตรวจสอบที่อยู่ IP ปลายทาง และส่งต่อแพ็กเก็ตเหล่านั้นผ่านอินเทอร์เฟซขาออกที่ดีที่สุดที่มีอยู่ โดยอิงตามตารางการกำหนดเส้นทางของอุปกรณ์

ส่วนหัวของดาตาแกรม IP และฟิลด์หลัก

แพ็กเก็ตข้อมูล IP ประกอบด้วย ส่วนหัวที่มีขนาดขั้นต่ำ 20 ไบต์ ข้อมูลนี้จะเข้ารหัสข้อมูลทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับเราเตอร์และโฮสต์ปลายทางในการประมวลผลอย่างถูกต้อง ฟิลด์ที่สำคัญที่สุดบางส่วนได้แก่:

• เวอร์ชัน: ระบุว่าดาตาแกรมนั้นเป็น IPv4 หรือ IPv6
• ความยาวของส่วนหัว: ระบุจำนวนคำ 32 บิตที่ส่วนหัวใช้ไป โดยไม่นับรวมข้อมูล
• ประเภทของบริการ (TOS) / DSCP: ใช้เพื่อแสดงคุณภาพและข้อกำหนดด้านการให้บริการ (ความล่าช้า ประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ ต้นทุน ฯลฯ) ของปริมาณการจราจร
• ความยาวรวม: ความยาวทั้งหมดของดาตาแกรม (ส่วนหัว + ข้อมูล) ในหน่วยไบต์
• ID: หมายเลขที่ใช้สำหรับจัดกลุ่มส่วนย่อยที่อยู่ในดาตาแกรมเดียวกัน
• ธงและค่าชดเชยส่วนย่อย: พวกเขามีอำนาจควบคุมว่าอนุญาตให้มีการแตกชิ้นส่วนหรือไม่ และแต่ละชิ้นส่วนจะถูกวางไว้ในตำแหน่งใด
• ระยะเวลาการใช้งาน (TTL): ตัวนับที่จะลดลงทุกครั้งที่เราเตอร์เปลี่ยนเส้นทาง เพื่อป้องกันไม่ให้แพ็กเก็ตหมุนเวียนไปเรื่อยๆ อย่างไม่มีที่สิ้นสุด
• โปรโตคอล: ระบุว่าควรส่งข้อมูลไปยังโปรโตคอลระดับสูงใด (TCP, UDP, ICMP, OSPF เป็นต้น)
• ผลรวมตรวจสอบส่วนหัว: ค่าตรวจสอบความถูกต้อง (checksum) ที่ใช้ตรวจสอบความสมบูรณ์ของส่วนหัวของข้อมูล
• ที่อยู่ IP ต้นทางและปลายทาง: พวกเขาระบุผู้ส่งและผู้รับที่ตั้งใจไว้ของดาตาแกรม
• ตัวเลือกและวิธีการเติม: ช่องข้อมูลที่มีความยาวแปรผันได้ (ไม่บังคับ) สำหรับฟังก์ชันขั้นสูง ตามด้วยไบต์เติมเพื่อจัดเรียงส่วนหัวให้ตรงกับ 32 บิต

El ฟิลด์โปรโตคอล นี่คือสิ่งที่ทำให้ IP สามารถส่งเนื้อหาไปยังโมดูลที่เหมาะสมในเลเยอร์การขนส่งหรือเลเยอร์ควบคุมได้ ตัวอย่างเช่น ค่า 6 สงวนไว้สำหรับ TCP, 17 สำหรับ UDP, 1 สำหรับ ICMP, 89 สำหรับ OSPF (Open Shortest Path First) และอื่นๆ ตามรายการหมายเลขโปรโตคอลที่กำหนดไว้อย่างเป็นทางการ

El ผลรวมตรวจสอบส่วนหัว ค่าตรวจสอบความถูกต้องคำนวณจากค่าส่วนเติมเต็มหนึ่งของผลรวมของคำ 16 บิตทั้งหมดในส่วนหัว โดยสมมติว่าฟิลด์ตรวจสอบความถูกต้องมีค่าเป็นศูนย์ในระหว่างการคำนวณ หากผลลัพธ์ไม่ตรงกันเมื่อได้รับดาตาแกรม จะถือว่าอย่างน้อยหนึ่งบิตในส่วนหัวเสียหายและแพ็กเก็ตจะถูกทิ้ง

El TTLแม้ว่าในทางทฤษฎีแล้วจะแสดงถึงอายุการใช้งานสูงสุดในหน่วยวินาที แต่ในทางปฏิบัติแล้วจะถูกจัดการในลักษณะตัวนับจำนวนฮอป: เราเตอร์แต่ละตัวจะลดค่าลงทีละหนึ่ง และหากค่าถึงศูนย์ เราเตอร์จะทิ้งแพ็กเก็ตนั้นและโดยปกติจะส่งข้อความแสดงข้อผิดพลาด ICMP ไปยังต้นทาง วิธีนี้จะช่วยป้องกันไม่ให้ลูปการกำหนดเส้นทางที่ตั้งค่าไม่ถูกต้องทำให้เครือข่ายเต็มไปด้วยปริมาณการรับส่งข้อมูลที่ไม่สิ้นสุด

ลา ตัวเลือก IP ตัวเลือกต่างๆ ช่วยให้คุณสามารถขยายโปรโตคอลได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงโครงสร้างพื้นฐาน ตัวเลือกแต่ละตัวมีรูปแบบที่มีประเภท ความยาว และข้อมูล และสามารถควบคุมแง่มุมต่างๆ เช่น การบันทึกเส้นทาง การประทับเวลา ความปลอดภัย หรือการจัดการแพ็กเก็ตบางประเภทเป็นพิเศษ ระบบบางระบบอาจไม่สร้างตัวเลือก แต่ทุกระบบต้องสามารถประมวลผลตัวเลือกเหล่านั้นได้หากปรากฏขึ้น

การกำหนดเส้นทาง ตารางกำหนดเส้นทาง และตัวชี้วัด

แต่ละโฮสต์และแต่ละเราเตอร์ที่เข้าร่วมในเครือข่าย IP จะเก็บรักษาข้อมูลบางอย่างไว้ ตารางเส้นทางตารางนี้บันทึกความสัมพันธ์ระหว่างเครือข่ายปลายทางและจุดเชื่อมต่อถัดไปที่จำเป็นในการเข้าถึงเครือข่ายเหล่านั้น อาจประกอบด้วย:

• เส้นทางตรง: เครือข่ายที่อุปกรณ์เชื่อมต่อทางกายภาพอยู่
• เส้นทางอ้อม: เครือข่ายที่เข้าถึงได้ผ่านเราเตอร์ตัวกลางหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้น
• เส้นทางเริ่มต้น: ทางออกทั่วไปสำหรับจุดหมายปลายทางใดๆ ที่ไม่ตรงกับเส้นทางข้างต้น

กระบวนการเลือกสถานที่ที่จะส่งดาตาแกรมไปนั้นเรียกว่าอะไร การกำหนดเส้นทางทุกครั้งที่ทีมต้องส่งต่อพัสดุ พวกเขาจะตรวจสอบที่อยู่ปลายทาง ปรึกษาตารางเส้นทาง และตัดสินใจเลือกตัวเลือกที่ดีที่สุดที่มีอยู่

ในการประเมินว่าเส้นทางนั้น “ดี” เพียงใด โปรโตคอลการกำหนดเส้นทางจะใช้แนวคิดของ ตัวชี้วัดตามระเบียบวิธีวิจัย ตัวชี้วัดนี้สามารถพิจารณาจากระยะทาง (จำนวนฮอป) ความล่าช้า ต้นทุน แบนด์วิดท์ที่มีอยู่ ความน่าเชื่อถือของลิงก์ หรือการผสมผสานแบบถ่วงน้ำหนักของหลายปัจจัย

เป้าหมายที่เหมาะสมคือการบรรลุ การกำหนดเส้นทางที่เหมาะสมที่สุดกล่าวคือ การเลือกเส้นทางที่ลดค่าตัวชี้วัดที่เลือกไว้ (ระยะทาง ค่าใช้จ่าย ความล่าช้า ฯลฯ) ให้เหลือน้อยที่สุด ในทางปฏิบัติ เครือข่ายมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา และโปรโตคอลการกำหนดเส้นทาง (เช่น RIP, IGRP, EIGRP, OSPF ฯลฯ) มีหน้าที่ในการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างเราเตอร์เพื่อปรับตารางการกำหนดเส้นทางให้เข้ากับสภาพแวดล้อมจริง

กระบวนการทั้งหมดนี้เป็นการโต้ตอบกัน: เราเตอร์แต่ละตัว อัลกอริทึมการกำหนดเส้นทางที่ใช้กับที่อยู่ IP ปลายทางจะถูกนำมาใช้ซ้ำกับดาตาแกรมขณะที่มันเคลื่อนที่ผ่าน และจะมีการตัดสินใจส่งต่อใหม่ จนกว่าแพ็กเก็ตจะไปถึงโฮสต์เป้าหมายในที่สุด ซึ่งจะถูกส่งต่อไปยังเลเยอร์การขนส่งหรือแอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้อง

การเชื่อมต่อแบบไร้สถานะ การห่อหุ้ม และบริการแบบพยายามอย่างเต็มที่

IP ถือเป็นโปรโตคอล ไร้รัฐหมายความว่าเครือข่ายไม่ได้เก็บรักษาข้อมูลถาวรเกี่ยวกับ "เซสชัน" หรือ "การเชื่อมต่อ" ระหว่างปลายทางสองจุด: แต่ละแพ็กเก็ตจะได้รับการประมวลผลอย่างอิสระ โดยใช้เฉพาะข้อมูลที่อยู่ในส่วนหัวของแพ็กเก็ตเท่านั้น

ด้วยการออกแบบที่ไม่ต้องเก็บสถานะ ทำให้ IP สามารถปรับขนาดได้อย่างดีเยี่ยม: ไม่จำเป็นต้องบันทึกบริบทสำหรับการสื่อสารทุกครั้งวิธีนี้ช่วยลดหน่วยความจำและความซับซ้อนในเราเตอร์และอุปกรณ์ระดับกลาง แต่ข้อเสียคือความรับผิดชอบในการจัดลำดับ การรักษาความปลอดภัย และการตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูลจะตกไปอยู่ที่เลเยอร์ที่สูงกว่า

IP ให้บริการด้านใด สุดความพยายาม (ความพยายามอย่างเต็มที่): พยายามส่งแพ็กเก็ต แต่ไม่มีการรับประกันความสำเร็จ ลำดับ หรือการไม่ซ้ำซ้อน อาจมีการสูญหาย ข้อผิดพลาด ความล่าช้าที่แปรผันได้ ฯลฯ นั่นเป็นเหตุผลที่โปรโตคอลการขนส่งเช่น TCP จัดการการเพิ่มการยืนยัน การควบคุมการไหล การส่งซ้ำส่วนที่สูญหาย ฯลฯ

คุณลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งของแบบจำลองแบบหลายชั้นคือ การห่อหุ้มข้อมูลที่สร้างขึ้นโดยแอปพลิเคชันจะถูกห่อหุ้มไว้ในหน่วยของชั้นการขนส่ง (เช่น เซ็กเมนต์ TCP หรือดาตาแกรม UDP) ก่อน จากนั้นจึงถูกห่อหุ้มไว้ในดาตาแกรม IP อีกที และดาตาแกรมเหล่านี้จะถูกรวมอยู่ในเฟรมของชั้นการเชื่อมโยง (เช่น อีเธอร์เน็ต) ก่อนที่จะถูกแปลงเป็นสัญญาณทางกายภาพในชั้นล่างสุดในที่สุด

กลไกการห่อหุ้มนี้ช่วยให้ เราเตอร์จะสนใจเฉพาะส่วนหัวของที่อยู่ IP เท่านั้น เพื่อตัดสินใจเรื่องการกำหนดเส้นทางโดยไม่จำเป็นต้องเข้าใจแอปพลิเคชันหรือโปรโตคอลการขนส่งพื้นฐาน แต่ละเลเยอร์จะมุ่งเน้นไปที่ความรับผิดชอบของตนเอง ทำให้ระบบมีความเป็นโมดูลาร์และพัฒนาต่อยอดได้ง่ายขึ้น

ทรัพย์สินทางปัญญา การใช้งานบนอุปกรณ์พกพา และการสนับสนุนบริการสมัยใหม่

ความแพร่หลายของโปรโตคอล IP ทำให้มันกลายเป็นพื้นฐานสำหรับบริการที่หลากหลาย เช่น การท่องเว็บ อีเมล VoIP การสตรีมมิ่ง หรือการส่งข้อความโต้ตอบแบบทันทีHTTP และ HTTPS สร้างขึ้นบนโปรโตคอล TCP/IP เพื่อให้บริการเว็บเพจ; SMTP, IMAP หรือ POP3 จัดการอีเมล; SIP และ RTP ห่อหุ้มเสียงและวิดีโอผ่าน IP สำหรับการโทรและการประชุมทางวิดีโอ; XMPP, WebSocket หรือ โปรโตคอล MQTT ระบบนี้ช่วยให้สามารถส่งข้อความแบบเรียลไทม์ได้

ในโลกปัจจุบันที่อุปกรณ์ต่างๆ สลับเครือข่ายอยู่ตลอดเวลา (มือถือ, Wi-Fi ที่บ้าน, Wi-Fi ที่ทำงาน…) IP ยังได้รวมกลไกและโปรโตคอลเสริมต่างๆ ที่ช่วยอำนวยความสะดวกอีกด้วย การเคลื่อนไหวเทคนิคเหล่านั้นได้แก่ Mobile IP (MIP) และเทคนิคการแปลงที่อยู่ เช่น NAT...หรือโปรโตคอลการค้นหาเพื่อนบ้านและการจัดการที่อยู่ IPv6 เช่น NDP และผู้ให้บริการที่บูรณาการเข้าด้วยกัน 5G และ IoT สำหรับบริการขั้นสูง

นอกจากนี้ กลไกและโปรโตคอลบางอย่าง (เช่น SCTP หรือส่วนขยาย IPv6 บางอย่าง) ยังอนุญาตให้... เปลี่ยนเส้นทางหรืออินเทอร์เฟซโดยที่การเชื่อมต่อยังคงใช้งานอยู่วิธีนี้ช่วยปรับปรุงประสบการณ์การใช้งานบนอุปกรณ์เคลื่อนที่และในสถานการณ์ที่มีลิงก์หลายรายการ

ด้านความปลอดภัยก็มีความสำคัญมากขึ้นเช่นกัน: ส่วนขยายต่างๆ เช่น IPsec ระบบเหล่านี้ให้การตรวจสอบสิทธิ์ ความสมบูรณ์ และการเข้ารหัสในระดับเครือข่าย ในขณะที่ความสามารถในการควบคุมการไหลและการทำเครื่องหมายการรับส่งข้อมูลใน IPv6 ช่วยให้คุณภาพการบริการดีขึ้นสำหรับการสื่อสารที่ไวต่อความหน่วงแฝง เช่น เสียงหรือวิดีโอ

กล่าวโดยสรุป โปรโตคอล IP ได้พัฒนาจากดีไซน์ที่เรียบง่าย ไม่น่าเชื่อถือ แต่มีความยืดหยุ่นสูง ไปสู่... โครงสร้างพื้นฐานที่แข็งแกร่ง ปรับขนาดได้ และจำเป็น ซึ่งรองรับการสื่อสารดิจิทัลสมัยใหม่แทบทุกรูปแบบ ตั้งแต่การสื่อสารที่สำคัญที่สุดในธุรกิจและศูนย์ข้อมูล ไปจนถึงการสื่อสารในชีวิตประจำวันในบ้านของเรา