رأس حزمة IP: التنسيق، الحقول

⚡ ملخص ذكي

رأس IP هو البيانات الوصفية التي توضع في بداية كل حزمة IP، ويحمل حقولًا مثل الإصدار، وطول الرأس، والطول الإجمالي، ووقت البقاء، والبروتوكول، والمجموع الاختباري، وعناوين المصدر والوجهة التي تقرأها أجهزة التوجيه لتسليم البيانات.

🧭 الغرض: يخزن رأس بروتوكول الإنترنت تفاصيل التوجيه والتسليم بحيث تصل كل حزمة إلى الوجهة الصحيحة عبر الشبكات.
📏 المقاس : يتراوح حجم رأس IPv4 من 20 إلى 60 بايت، ويتم التحكم فيه بواسطة حقل طول رأس الإنترنت.
🧱 الحقول الرئيسية: تشمل الحقول الأساسية الإصدار، وIHL، ونوع الخدمة، والطول الإجمالي، وTTL، والبروتوكول، والمجموع الاختباري، والعناوين.
🔀 تجزئة: تتيح خاصية تحديد الهوية، والعلامات، وإزاحة الأجزاء تقسيم وإعادة تجميع حزم البيانات الكبيرة بشكل صحيح.
؟؟؟؟ IPv4 مقابل IPv6: يستبدل بروتوكول IPv6 الرأس المتغير برأس ثابت بحجم 40 بايت ويحذف حقل المجموع الاختباري.
🤖 مساعدة الذكاء الاصطناعي: تقوم محللات حزم الذكاء الاصطناعي بتحليل رؤوس بروتوكول الإنترنت تلقائيًا لتحديد الحالات الشاذة وتسريع عملية استكشاف الأخطاء وإصلاحها.

اقرأ المزيد

ما هو رأس IP؟

رأس بروتوكول الإنترنت هو معلومات وصفية في بداية حزمة بروتوكول الإنترنت. يعرض معلومات مثل إصدار بروتوكول الإنترنت، وطول الحزمة، والمصدر، والوجهة.

يتراوح طول رأس بروتوكول IPv4 بين 20 و60 بايت، ويحتوي على المعلومات اللازمة للتوجيه والتسليم. ويتكون من حقول مثل الإصدار، وطول الرأس، والطول الإجمالي، والتعريف، والعلامات، ومجموع التحقق، وعنوان IP المصدر، وعنوان IP الوجهة. وتوفر هذه الحقول مجتمعة البيانات الأساسية اللازمة لـ transmit نقل الحزمة بشكل موثوق من مضيف إلى آخر.

مكونات/حقول رأس IPv4

يوضح الرسم البياني أدناه تنسيق رأس IPv4 الكامل، مع رسم كل حقل في موضعه الصحيح وعرض البت الخاص به:

فيما يلي المكونات/الحقول المختلفة لرأس حزمة بروتوكول الإنترنت (IP):

الاسم: يُعدّ حقل رأس بروتوكول الإنترنت الأول مؤشرًا للإصدار، ويتكون من 4 بتات. في بروتوكول IPv4، تُضبط قيمة هذه البتات الأربعة على 0100، ما يُشير إلى الرقم 4 بالنظام الثنائي. إذا كان جهاز التوجيه لا يدعم الإصدار المُحدد، فسيتم إسقاط الحزمة.
طول رأس الإنترنت: يبلغ طول رأس الإنترنت، المعروف اختصارًا بـ IHL، 4 بتات. ويُطلق عليه أيضًا اسم HELEN (طول الرأس). يُشير هذا المكون من بروتوكول الإنترنت إلى عدد الكلمات المكونة من 32 بت الموجودة في الرأس.
نوع الخدمة: يُطلق على نوع الخدمة أيضًا اسم الخدمات المتميزة Code نقطة، أو DSCP. يوفر هذا الحقل خصائص متعلقة بجودة الخدمة لبث البيانات أو مكالمات VoIP. تمثل البتات الثلاث الأولى بتات الأولوية. كما يحدد كيفية معالجة حزمة البيانات.
الطول الاجمالي: يُقاس الطول الإجمالي بالبايت. الحد الأدنى لحجم حزمة بيانات بروتوكول الإنترنت هو 20 بايت، والحد الأقصى هو 65,535 بايت. يمكن استخدام كل من HELEN والطول الإجمالي لحساب حجم الحمولة. يجب أن تكون جميع الأجهزة قادرة على قراءة حزم البيانات التي يبلغ حجمها 576 بايت. مع ذلك، إذا كانت حزمة البيانات كبيرة جدًا بالنسبة للأجهزة في الشبكة، يُستخدم أسلوب التجزئة على نطاق واسع.
تحديد الهوية: حقل التعريف هو حقل يُستخدم لتمييز أجزاء حزمة بيانات بروتوكول الإنترنت (IP) بشكل فريد. وقد أوصى البعض باستخدام هذا الحقل لأغراض أخرى، مثل إضافة معلومات للحزمة. tracجي.
أعلام IP: يُعدّ حقل Flags حقلاً ثلاثي البتات يُساعدك على التحكم في أجزاء البيانات وتحديدها. التكوينات الممكنة هي: البت 0 محجوز ويجب ضبطه على الصفر؛ البت 1 يعني عدم التجزئة؛ والبت 2 يعني المزيد من الأجزاء.
إزاحة الجزء: يمثل إزاحة الجزء عدد بايتات البيانات التي تسبق جزءًا معينًا في حزمة البيانات المحددة. ويتم تحديدها بوحدات 8 بايتات، وقيمتها القصوى 65,528 بايتًا.
وقت العيش: هذا حقلٌ ذو 8 بتات يُشير إلى أقصى مدة بقاء حزمة البيانات في نظام الإنترنت. في كل مرة تُعالَج فيها حزمة البيانات، تُنقص قيمة TTL بمقدار واحد. وعندما تصل قيمة TTL إلى الصفر، تُهمل حزمة البيانات لمنع استمرار تسليم الحزم بلا نهاية. تتراوح قيمة TTL بين 0 و255.
بروتوكول: يشير حقل رأس IPv4 هذا إلى بروتوكول الإنترنت المستخدم في الجزء الأخير من حزمة البيانات. على سبيل المثال، يُستخدم الرقم 6 للدلالة على بروتوكول TCP، بينما يُستخدم الرقم 17 للدلالة على بروتوكول UDP.
المجموع الاختباري للرأس: المكون التالي هو حقل التحقق من صحة رأس الحزمة (checksum) ذو 16 بت، والذي يُستخدم للتحقق من وجود أي أخطاء في رأس الحزمة. تتم مقارنة رأس بروتوكول الإنترنت (IP) بقيمة التحقق من صحته. في حال عدم تطابق التحقق من صحة رأس الحزمة، يتم تجاهلها.
عنوان المصدر: عنوان المصدر هو عنوان 32 بت للمصدر المستخدم لحزمة IPv4.
عنوان الوجهة: يبلغ حجم عنوان الوجهة أيضًا 32 بتًا ويخزن عنوان جهاز الاستقبال.
خيارات IP: هذا حقل اختياري في ترويسة IPv4، يُستخدم عندما تكون قيمة IHL (طول ترويسة الإنترنت) أكبر من 5. يحتوي على قيم وإعدادات متعلقة بالأمان، ومسار السجل، والطابع الزمني، وخيارات مشابهة. عادةً ما تنتهي قائمة الخيارات بعلامة نهاية قائمة الخيارات (EOL).
تاريخ: يخزن هذا الحقل البيانات من طبقة البروتوكول التي سلمت البيانات إلى طبقة IP.

كيفية حساب طول رأس IPv4

يُحدد حقل طول رأس الإنترنت (IHL) لجهاز التوجيه طول الرأس بدقة، مما يُمكّنه من معرفة نهاية الرأس وبداية البيانات. ولأن عرض الحقل 4 بتات فقط، فإنه لا يُخزن الطول بالبايتات مباشرةً، بل يحسب الرأس بكلمات 32 بت، حيث تُساوي كل كلمة 4 بايتات.

لتحويل قيمة IHL إلى بايتات، اضربها في 4:

الحد الأدنى: أصغر قيمة قانونية لـ IHL هي 5، لذا 5 × 4 = 20 بايت. هذا رأس بيانات بدون خيارات.
الحد الأقصى: أكبر قيمة لـ IHL هي 15، لذا فإن 15 × 4 = 60 بايت. أما الـ 40 بايت الإضافية فتُستخدم لحقول اختيارية.

لنأخذ مثالًا عمليًا. إذا وصلت حزمة بيانات بقيمة IHL تساوي 6، فإن طول الترويسة هو 6 × 4 = 24 بايت، أي أن هناك 4 بايت من الخيارات بعد الترويسة القياسية التي يبلغ طولها 20 بايت. لإيجاد حجم الحمولة، اطرحtracاحسب طول الترويسة من حقل "الطول الإجمالي". إذا كان الطول الإجمالي 1,500 بايت وكانت الترويسة 24 بايت، فإن حجم البيانات سيكون 1,500 - 24 = 1,476 بايت.

تُعدّ هذه الحسابات مهمة أثناء عملية التجزئة، لأن جهاز التوجيه يجب أن يعرف حجم رأس الحزمة لتحديد مقدار البيانات التي يمكن أن تحملها كل حزمة دون تجاوز الحد الأقصى للشبكة. Transmission الوحدة (MTU).

رأس IPv4 مقابل رأس IPv6

أُعيد تصميم رأس بروتوكول IPv6 ليكون أبسط وأسرع في المعالجة من رأس بروتوكول IPv4. يستخدم رأس IPv6 طولًا ثابتًا، وينقل الخيارات قليلة الاستخدام إلى رؤوس امتداد منفصلة، مما يسمح لأجهزة التوجيه بإعادة توجيه الحزم بسرعة الخط. يقارن الجدول أدناه بين رأسي البروتوكولين حقلًا بحقل:

الميزات	رأس IPv4	رأس IPv6
حجم رأس الصفحة	من 20 إلى 60 بايت (متغير)	40 بايت (ثابتة)
عدد الحقول	13 حقلاً بالإضافة إلى خيارات	8 حقلاً
طول العنوان	مصدر ووجهة 32 بت	مصدر ووجهة 128 بت
مجموع التحقق من رأس الملف	حاضر	إزالة
حقول التجزئة	في رأس الصفحة الأساسي (التعريف، العلامات، الإزاحة)	تم نقلها إلى رأس امتداد Fragment
مزيد من الخيارات	يُحمل داخل رأس الصفحة	رؤوس التمديد المحمولة
حقول الطول	الطول الإجمالي (العنوان بالإضافة إلى البيانات)	طول الحمولة (الحمولة فقط)

لأن بروتوكول IPv6 يتخلى عن المجموع الاختباري وخيارات الطول المتغير، فإن رأسه يحتوي على عدد أقل من الحقول ويمكن معالجته في الأجهزة دون إعادة حساب لكل قفزة.

لماذا يُعدّ رأس بروتوكول الإنترنت (IP) مهمًا؟

كل حقل في رأس بروتوكول الإنترنت (IP) موجود لتمكين أجهزة التوجيه والمضيفين من نقل حزمة بيانات عبر شبكات متعددة دون الحاجة إلى اتصال دائم بينها. رأس البروتوكول هو ما يجعل عملية تحويل الحزم تعمل.

التوجيه: يخبر عنوان الوجهة كل جهاز توجيه بمكان إعادة توجيه الحزمة، بينما يسمح عنوان المصدر بعودة الردود ورسائل الخطأ.
منع التكرار: يتم إنقاص حقل "وقت البقاء" في كل قفزة، لذلك يتم تجاهل الحزمة التي تم توجيهها بشكل خاطئ بدلاً من أن تدور حول الإنترنت إلى الأبد.
التسليم وفقًا للبروتوكول الصحيح: يحدد حقل البروتوكول للمضيف المستقبل ما إذا كان سيتم تسليم الحمولة إلى TCP أو UDP أو بروتوكول آخر.
Integrity وإعادة التجميع: يحمي المجموع الاختباري رأس البيانات من التلف، وتتيح حقول التعريف والعلامات وإزاحة الجزء إعادة بناء مخطط البيانات المجزأ بالترتيب الصحيح.

بالنسبة لمهندسي الشبكات، فإن قراءة هذه الحقول في TCP / IP غالباً ما تكون عملية التقاط البيانات أسرع طريقة لتشخيص فقدان الحزم، وحلقات التوجيه، والتكوين الخاطئ عناوين الانترنت بروتوكول.

الأسئلة الشائعة

يقيس طول الرأس (IHL) الرأس فقط، بوحدات 32 بت، ويتراوح بين 20 و60 بايت. أما الطول الإجمالي فيقيس حزمة البيانات بأكملها - الرأس بالإضافة إلى البيانات - بالبايت، ويصل إلى 65,535 بايت.tracيؤدي ربط أحدهما بالآخر إلى تحديد حجم الحمولة.

التجزئة تقسم حزمة البيانات التي يزيد حجمها عن الحد الأقصى للرابط Transmission يتم تقسيم الوحدة إلى أجزاء أصغر. تسمح حقول التعريف، والعلامات، وإزاحة التجزئة للوجهة بإعادة تجميع الأجزاء بالترتيب. يحدث هذا عندما يتعين على حزمة بيانات عبور شبكة ذات وحدة نقل قصوى (MTU) أصغر.

يحتوي رأس بروتوكول IPv4 على 13 حقلاً ثابتاً: الإصدار، وIHL، ونوع الخدمة، والطول الإجمالي، والتعريف، والعلامات، وإزاحة التجزئة، وTTL، والبروتوكول، ومجموع التحقق، وعنوان المصدر، وعنوان الوجهة، بالإضافة إلى حقل اختياري للخيارات. أما قسم البيانات الذي يليه فهو الحمولة، وليس حقلاً من حقول الرأس.

لا. يغطي مجموع التحقق من رأس IPv4 حقول الرأس فقط، وليس الحمولة. تحمل بروتوكولات الطبقات العليا، مثل TCP وUDP، مجموعات تحقق خاصة بها لحماية البيانات. ولأن قيمة TTL تتغير في كل قفزة، تعيد أجهزة التوجيه حساب مجموع التحقق من الرأس في كل عملية إعادة توجيه.

عندما يصل وقت البقاء (TTL) إلى الصفر، يقوم جهاز التوجيه بإسقاط الحزمة وإرسال رسالة ICMP Time Exceeded إلى المصدر. هذا يمنع الحزم من الظهورping إلى الأبد في حلقة توجيه. traceroute تعتمد الأداة على هذا السلوك لرسم خريطة لكل قفزة على طول المسار.

يُحدد حقل البروتوكول بروتوكول الطبقة العليا الذي يجب أن يستقبل البيانات في الوجهة. القيم الشائعة هي 6 لبروتوكول TCP، و17 لبروتوكول UDP، و1 لبروتوكول ICMP. يقرأ المضيف المُستقبِل هذا الرقم لتمرير البيانات إلى المُعالج المُناسب.

تقوم أدوات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي بتحليل رؤوس بروتوكول الإنترنت (IP) الملتقطة للكشف عن حالات شاذة مثل عناوين المصدر المزيفة، وقيم TTL غير الطبيعية، أو هجمات التجزئة. وتصنف هذه الأدوات حركة البيانات وتحدد التهديدات بشكل أسرع من الفحص اليدوي، مع ذلك، لا يزال المهندس يتحقق من النتائج قبل اتخاذ أي إجراء.

مساعد الطيار جيثب يمكن صياغة Python أو كود C يقوم بفك تشفير حقول رأس IP، وفك تشفير العلامات، والتحقق من صحة المجاميع الاختبارية من تعليق قصير. Revراجع منطق إخفاء البتات المُولّد بعناية، لأن الإزاحات بمقدار واحد هي مصدر شائع لأخطاء التحليل.