پروتکل‌های شبکه‌های کامپیوتری چگونه کار می‌کنند؟

پروتکل‌ها به عنوان قوانین برای انتقال داده‌ها در میان دستگاه‌ها استفاده می‌شوند. پیکربندی کردن دستگاه‌های فیزیکی شبکه‌های کامپیوتری به خودی خود کافی نیست و دستگاه‌های متصل به شبکه نیز به یک استاندارد و روش ارتباطی نیاز دارند. این استاندارد‌های ارتباطی، پروتکل‌های شبکه نامیده می‌شوند.

هدف پروتکل‌های شبکه‌های کامپیوتری چیست؟ 

بدون پروتکل، دستگاه‌ها فاقد توانایی برای درک سیگنال‌های الکتریکی هستند که در یک شبکه به یکدیگر ارسال می‌کنند. در زمان  طراحی شبکه کامپیوتری  باید پروتکل ارتباطی را هم در نظر گرفت.

پروتکل‌های شبکه به این توابع پایه خدمت می‌کنند:

• ایجاد اطلاعات نشانی برای گیرنده‌ها در یک شبکه
• انتقال فیزیکی اطلاعات از منبع به مقصد، با حفاظت امنیتی در صورت نیاز
• دریافت پیام‌ها و ارسال به طور مناسب

یک سرویس پستی که با کاغذ سر و کار دارد را می‌توان مانند یک پروتکل شبکه در نظر گرفت. همان گونه که خدمات پستی، نامه‌های بسیاری را از منابع و مقاصد مختلف مدیریت می‌کند، یک پروتکل شبکه، باعث انتقال داده‌ها به طور مداوم در مسیرهای مختلف می‌شود.

بر خلاف پست فیزیکی، پروتکل‌های شبکه نیز برخی از قابلیت‌های پیشرفته‌ای مانند ارسال جریان ثابت پیغام‌ها به یک مقصد را فراهم می‌کنند و می‌توانند به طور خودکار از یک پیام کپی تهیه کرده و آن را به چندین مقصد در یک زمان ارسال کنند.

انواع متداول پروتکل‌های شبکه

پروتکلی وجود ندارد که تمام ویژگی‌ها و نیازهای شبکه‌های کامپیوتری را پشتیبانی کند، اما هر کدام به صورت تخصصی عمل کرده و یک دستگاه یا سرویس شبکه خاص را ایجاد می‌کند.

بسیاری از انواع مختلف پروتکل‌های شبکه، طی سال‌ها اختراع شده‌اند که هر کدام سعی دارند از انواع خاصی از ارتباطات شبکه پشتیبانی کنند. سه ویژگی اساسی که یک نوع پروتکل را از دیگری متمایز می‌کند عبارتند از:

۱. ارتباطات یک طرفه در مقابل ارتباطات دوطرفه: ارتباطات یک طرفه به یک دستگاه اجازه می‌دهد که روی یک شبکه به گیرنده متصل شده و اطلاعات را انتقال دهد. در مقابل، اتصالات شبکه دوطرفه به دستگاه‌ها اجازه ارسال و دریافت داده در یک پیوند فیزیکی را می‌دهد.

۲. ارتباط اتصال گرا در مقابل غیر اتصال گرا: در ارتباط اتصال گرا یک ارتباط ایجاد می‌شود و اطلاعات ارسال شده و تمام می‌شود. بعد از ارسال اطلاعات سرویس گیرنده می‌تواند یک تائیدیه ارسال کند یا نه.

در نوع ارتباط غیر اتصال گرا، پیام به چندین بخش تقسیم شده و ارسال می‌شود و ممکن است ترتیب رسیدن پیام‌ها متفاوت بوده و به نوبت نباشد. در حالت اول امنیت داده‌ها بالاتر بوده و سرعت پایین و در حالت دوم برعکس است.

۳. لایه: پروتکل‌های شبکه معمولا در گروه‌هایی به نام پشته کار می‌کنند زیرا نمودارها اغلب پروتکل‌ها را به عنوان جعبه‌هایی که روی هم چیده شده‌اند نشان می‌دهند.

برخی پروتکل‌ها در لایه‌های پایین‌تر به شدت وابسته به این هستند که چگونه انواع مختلف شبکه‌ها کار می‌کنند. برخی دیگر در لایه‌های بالاتر مرتبط با نحوه کار برنامه‌های کاربردی شبکه کار می‌کنند و برخی در لایه‌های میانی بین آن‌ها کار می‌کنند.

خانواده پروتکل اینترنت

رایج‌ترین پروتکل‌های شبکه‌های کامپیوتری برای استفاده عمومی، متعلق به اینترنت هستند. IP یک پروتکل پایه است که به خانه‌ها و دیگر شبکه‌های محلی در سرتاسر اینترنت امکان اتصال به یکدیگر را برای برقراری ارتباط می‌دهد.

IP برای انتقال پیام‌های فردی از یک شبکه به شبکه دیگر خوب عمل می‌کند، اما از ارتباطات دو طرفه پشتیبانی نمی‌کند (یک اتصال که در آن جریان پیام‌ها می‌توانند در یک یا هر دو جهت حرکت کنند).

پروتکل کنترل انتقال یا (TCP) پروتکل IP را به لایه بالاتر گسترش می‌دهد. به این دلیل که ارتباطات نقطه به نقطه در اینترنت بسیار ضروری هستند، دو پروتکل تقریبا همیشه با هم جفت شده و به عنوان TCP/IP شناخته می‌شوند.

هم TCP و هم IP  در لایه‌های میانی یک پروتکل شبکه عمل می‌کنند. کاربردهای محبوب در اینترنت گاهی پروتکل‌های خودشان را در بالای TCP/IP اجرا می‌کنند. پروتکل انتقال یا HyperText  توسط مرورگرهای وب و سرورها در سراسر جهان استفاده می‌شود.

TCP / IP، در عوض، در بالای تکنولوژی‌های شبکه پایین‌تر مانند اترنت اجرا می‌شود. دیگر پروتکل‌های محبوب شبکه در خانواده IP عبارتند از ARP، ICMP و FTP.

پروتکل‌های شبکه چگونه از بسته‌های شبکه استفاده می‌کنند؟

اینترنت و بسیاری از شبکه‌های داده با سازماندهی داده‌ها به قطعات کوچک به نام بسته کار می‌کنند. برای بهبود عملکرد ارتباط و قابلیت اطمینان، هر پیغام بزرگ‌تر ارسال شده بین دو دستگاه شبکه اغلب به بسته‌های کوچک‌تر از طریق سخت‌افزار و نرم‌افزار زیرین تقسیم می‌شود.

این شبکه‌ها نیاز به بسته‌هایی دارند که مطابق با پروتکل‌هایی که شبکه پشتیبانی می‌کند، باشند و به روش‌های خاصی سازماندهی شوند. این روش با تکنولوژی شبکه‌های مدرن به خوبی جواب می‌دهد چون همه داده‌ها به شکل بیت‌ها و بایت‌ها هستند.

هر پروتکل شبکه، قوانینی را برای چگونگی سازماندهی بسته‌ها تعریف می‌کند. از آنجا که پروتکل‌هایی همچون پروتکل اینترنت اغلب برای ارتباط با هم در لایه‌ها کار می‌کنند، برخی از داده‌ها که درون یک بسته تعبیه شده و مطابق با استاندارد یک پروتکل است را می‌توان در قالب یک پروتکل دیگر مرتبط کرد (به این روش، کپسوله سازی encapsulation می‌گویند).

پروتکل‌ها معمولا هر بسته را به سه قسمت تقسیم می‌کنند، سرتیتر یا هدر (header)، اطلاعات اصلی و پاورقی یا فوتر (footer).

برخی پروتکل‌ها نظیر IP، از فوترها استفاده نمی‌کنند، هدرها و فوترها حاوی اطلاعات زمینه‌ای مورد نیاز برای پشتیبانی از شبکه، از جمله آدرس ارسال و دریافت هستند، در حالی که اطلاعات اصلی، حاوی داده‌های واقعی است که باید منتقل شوند.

هدرها و فوترها اغلب شامل برخی اطلاعات خاص برای کمک به بهبود قابلیت اطمینان و یا عملکرد اتصالات شبکه مانند شماره‌اندازها هستند که در آن، پیام‌ها را ردیابی می‌کنند و به وسیله اطلاعات کنترلی به برنامه‌های شبکه کمک می‌کنند تا تغییر و یا دستکاری داده‌ها را شناسایی کنند.

نحوه استفاده از پروتکل‌ها

سیستم‌های عامل دستگاه‌های شبکه، شامل سخت افزار و نرم افزار پشتیبانی از پروتکل‌های شبکه سطح پایین هستند. برای مثال، کامپیوترهای خانگی از هر دو پروتکل اترنت و TCP/IP پشتیبانی می‌کنند.

در حالی که بسیاری از گوشی‌های هوشمند از بلوتوث و پروتکل‌های خانواده Wi – Fi استفاده و پشتیبانی می‌کنند. این پروتکل‌ها در نهایت به رابط‌های فیزیکی شبکه و یا پورت‌های اترنت و رادیوهای دارای وای فای یا بلوتوث متصل می‌شوند.

برنامه‌های شبکه به نوبه خود، از پروتکل‌های سطح بالاتر پشتیبانی می‌کنند که با سیستم‌عامل ارتباط برقرار می‌کنند. برای مثال، یک مرورگر وب قادر به ترجمه آدرس‌هایی مانند https://sainasoft.com به بسته‌های HTTP است که حاوی داده‌های ضروری بوده که یک سرور وب می‌تواند دریافت کرده و به نوبه خود صفحه صحیح را ارسال کند.

دستگاه دریافت کننده مسئول جمع‌آوری و ترکیب بسته‌های تکی و تبدیل به پیام اصلی با حذف هدر و فوتر و ترتیب درست بسته‌ها است.