مونتاژ قطعات فیزیکی یک شبکه کامپیوتری به خودی خود برای عملکرد آن کافی نیست. دستگاه های متصل نیز به یک روش ارتباطی نیاز دارند. به این زبان های ارتباطی پروتکل های شبکه می گویند.
هدف پروتکل های شبکه
بدون پروتکل ها، دستگاه ها توانایی درک سیگنال های الکترونیکی را که از طریق اتصالات شبکه به یکدیگر ارسال می کنند، ندارند. پروتکل های شبکه این توابع اساسی را انجام می دهند:
- آدرس داده ها به گیرندگان صحیح.
- انتقال فیزیکی داده ها از منبع به مقصد، با حفاظت امنیتی در صورت نیاز.
- دریافت پیام و ارسال پاسخ مناسب.
مقایسه بین پروتکل‌های شبکه با نحوه مدیریت پست‌های کاغذی فیزیکی توسط یک سرویس پستی را در نظر بگیرید. همانطور که سرویس پستی نامه‌ها را از منابع و مقصدهای بسیاری مدیریت می‌کند، پروتکل‌های شبکه نیز داده‌ها را در مسیرهای بسیاری به‌طور پیوسته در جریان می‌گذارند.
برخلاف ایمیل فیزیکی، پروتکل های شبکه قابلیت های پیشرفته ای را ارائه می دهند. اینها شامل تحویل یک جریان ثابت از پیام‌ها به یک مقصد (به نام جریان) و کپی کردن خودکار یک پیام برای تحویل به چندین مقصد در یک زمان (به نام پخش) است.
انواع رایج پروتکل های شبکه
هیچ پروتکلی وجود ندارد که از تمام ویژگی هایی که هر شبکه کامپیوتری نیاز دارد پشتیبانی کند. با این حال، هر کدام به عنوان کلیدی عمل می کنند که یک دستگاه یا سرویس شبکه معین را باز می کند. پروتکل‌های شبکه‌ای مختلف در طول سال‌ها ابداع شده‌اند که هر کدام سعی در پشتیبانی از انواع خاصی از ارتباطات شبکه دارند.
سه ویژگی اساسی که یک نوع پروتکل را از دیگری متمایز می کند عبارتند از:
- Simplex در مقابل duplex: اتصال سیمپلکس فقط به یک دستگاه اجازه می دهد در شبکه ارسال شود. اتصالات شبکه دوطرفه به دستگاه‌ها امکان می‌دهد داده‌ها را از طریق پیوند فیزیکی یکسانی ارسال و دریافت کنند.
- اتصال گرا یا بدون اتصال: یک پروتکل شبکه اتصال گرا اطلاعات آدرس را بین دو دستگاه مبادله می کند (فرآیندی به نام دست دادن) که به آنها امکان می دهد مکالمه را ادامه دهند (به نام یک جلسه). پروتکل‌های بدون اتصال، پیام‌های فردی را بدون توجه به پیام‌های مشابه ارسال شده قبل یا بعد (و بدون اینکه بدانند پیام‌ها با موفقیت دریافت شده‌اند یا خیر) را از یک نقطه به نقطه دیگر تحویل می‌دهند.
- لایه: پروتکل‌های شبکه معمولاً در گروه‌ها با هم کار می‌کنند (به آنها پشته گفته می‌شود زیرا نمودارها اغلب پروتکل‌ها را به صورت جعبه‌هایی که روی هم چیده شده‌اند نشان می‌دهند).برخی از پروتکل‌ها در لایه‌های پایین‌تر عمل می‌کنند و به نحوه عملکرد فیزیکی انواع مختلف کابل‌کشی بی‌سیم یا شبکه بستگی دارد. برخی دیگر در لایه‌های بالاتر مرتبط با نحوه عملکرد برنامه‌های شبکه کار می‌کنند، و برخی نیز در لایه‌های میانی کار می‌کنند.
خانواده پروتکل اینترنت
پروتکل های شبکه رایج در استفاده عمومی متعلق به خانواده پروتکل اینترنت هستند. IP پروتکل اساسی است که به شبکه های خانگی و دیگر شبکه های محلی در سراسر اینترنت امکان می دهد با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
IPبرای انتقال پیام های فردی از یک شبکه به شبکه دیگر به خوبی کار می کند. از مفهوم مکالمه پشتیبانی نمی کند (ارتباط که جریانی از پیام می تواند در یک یا هر دو جهت حرکت کند). پروتکل کنترل انتقال (TCP) IP را با این قابلیت لایه بالاتر گسترش می دهد. از آنجایی که اتصالات نقطه به نقطه در اینترنت ضروری است، این دو پروتکل با هم جفت می شوند و به عنوان TCP/IP شناخته می شوند.
هر دو TCP و IP در لایه های میانی پشته پروتکل شبکه عمل می کنند.برنامه های محبوب در اینترنت گاهی اوقات پروتکل های خود را در بالای TCP/IP پیاده سازی می کنند. پروتکل انتقال ابرمتن توسط مرورگرها و سرورهای وب در سراسر جهان استفاده می شود. TCP/IP به نوبه خود بر روی فناوری های شبکه سطح پایین تر مانند اترنت اجرا می شود. دیگر پروتکل های شبکه محبوب در خانواده IP عبارتند از ARP، ICMP و FTP.
چگونه پروتکل های شبکه از بسته ها استفاده می کنند
اینترنت و اکثر شبکه های داده دیگر با سازماندهی داده ها در قطعات کوچک به نام بسته ها کار می کنند. برای بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان ارتباط، هر پیام بزرگی که بین دو دستگاه شبکه ارسال می شود، اغلب توسط سخت افزار و نرم افزار زیربنایی به بسته های کوچکتر تقسیم می شود. این شبکه های سوئیچینگ بسته نیاز دارند که بسته ها به روش های خاصی مطابق با پروتکل هایی که شبکه پشتیبانی می کند سازماندهی شوند. این رویکرد با فناوری شبکه‌های مدرن به خوبی کار می‌کند، زیرا این شبکه‌ها داده‌ها را به صورت بیت‌ها و بایت‌ها (1s و 0s دیجیتال) مدیریت می‌کنند.
هر پروتکل شبکه قوانینی را برای نحوه سازماندهی بسته های داده آن تعریف می کند.از آنجا که پروتکل‌هایی مانند پروتکل اینترنت اغلب در لایه‌ها با هم کار می‌کنند، برخی از داده‌های تعبیه‌شده در یک بسته قالب‌بندی شده برای یک پروتکل می‌توانند در قالب پروتکل‌های مرتبط دیگر (روشی به نام کپسوله‌سازی) باشند.
پروتکل‌ها معمولاً هر بسته را به سه قسمت سرصفحه، بارگذاری و پاورقی تقسیم می‌کنند. برخی از پروتکل ها مانند IP از فوتر استفاده نمی کنند. سرصفحه ها و پاورقی های بسته حاوی اطلاعات متنی مورد نیاز برای پشتیبانی از شبکه، از جمله آدرس های دستگاه های ارسال کننده و دریافت کننده هستند. محموله ها حاوی داده هایی هستند که باید منتقل شوند.
سرصفحه‌ها یا پاورقی‌ها اغلب شامل داده‌های خاصی برای بهبود قابلیت اطمینان و عملکرد اتصالات شبکه هستند، مانند شمارنده‌هایی که ترتیب ارسال پیام‌ها را پیگیری می‌کنند و جمع‌بندی‌هایی که به برنامه‌های شبکه کمک می‌کنند خرابی یا دستکاری داده‌ها را شناسایی کنند.
چگونه دستگاه‌های شبکه از پروتکل‌ها استفاده می‌کنند
سیستم‌های عامل دستگاه‌های شبکه شامل پشتیبانی داخلی برای برخی از پروتکل‌های شبکه سطح پایین‌تر هستند.به عنوان مثال، تمام سیستم عامل های رایانه رومیزی مدرن از اترنت و TCP/IP پشتیبانی می کنند. بسیاری از گوشی های هوشمند از بلوتوث و پروتکل های خانواده Wi-Fi پشتیبانی می کنند. این پروتکل‌ها به رابط‌های فیزیکی شبکه یک دستگاه مانند پورت‌های اترنت و رادیوهای Wi-Fi یا بلوتوث متصل می‌شوند.
برنامه های شبکه از پروتکل های سطح بالاتری که با سیستم عامل صحبت می کنند پشتیبانی می کنند. برای مثال، یک مرورگر وب، آدرس‌هایی مانند https://lifewire.com/ را به بسته‌های HTTP ترجمه می‌کند که حاوی داده‌هایی است که یک وب سرور می‌تواند دریافت کند و صفحه صحیح را بازگرداند. دستگاه دریافت کننده مسئول مونتاژ مجدد بسته های جداگانه در پیام اصلی با حذف سرصفحه ها و پاورقی ها و به هم پیوستن بسته ها به ترتیب صحیح است.
