جمع آوری قطعات فیزیکی یک شبکه کامپیوتری به خودی خود کافی نیست که دستگاه های متصل به آن نیز نیاز به یک روش ارتباطی داشته باشند. این زبان های ارتباطی پروتکل های شبکه نامیده می شوند .
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، نداشتند. پروتکل های شبکه برای این توابع اساسی کاربرد دارند:
- آدرس داده ها را به گیرنده درست (ها)
- انتقال فیزیکی از منبع به مقصد، با حفاظت امنیتی در صورت نیاز
- دریافت پیام و ارسال پاسخ به طور مناسب
در مقایسه با پروتکل های شبکه با چگونگی استفاده از خدمات پست الکترونیکی کاغذ های فیزیکی کاغذ را در نظر بگیرید. درست همانطور که سرویس پستی مدیریت بسیاری از منابع و مقصد را انجام می دهد، بنابراین پروتکل های شبکه به طور پیوسته در طول مسیرهای بسیاری جریان می یابد. با این حال، بر خلاف پست فیزیکی، پروتکل های شبکه همچنین برخی از قابلیت های پیشرفته مانند ارائه جریان ثابت پیام به یک مقصد (به نام جریان ) و به طور خودکار کپی پیام و ارائه آن به چندین مقصد در یک بار ( پخش نامیده می شود ) فراهم می کند.
انواع متداول پروتکل های شبکه
هیچ یک از پروتکل های موجود وجود ندارد که از تمامی ویژگی های هر نوع شبکه کامپیوتری پشتیبانی کند. بسیاری از پروتکل های مختلف شبکه در طول سال ها اختراع شده اند و هر کدام تلاش دارند تا انواع خاصی از ارتباطات شبکه را پشتیبانی کنند. سه ویژگی اساسی که یک نوع پروتکل را از دیگری تشخیص می دهند عبارتند از:
1. simplex vs duplex . یک اتصال ساده فقط یک دستگاه را برای انتقال در یک شبکه اجازه می دهد. در مقابل، اتصالات شبکه duplex اجازه می دهد تا دستگاه ها برای ارسال و دریافت اطلاعات از یک لینک فیزیکی مشابه استفاده کنند.
2. اتصال گرا یا اتصال بدون . تبادل پروتکل های شبکه متصل (یک فرآیند به نام دست زدن ) اطلاعات آدرس را بین دو دستگاه قرار می دهد که به آنها اجازه می دهد تا یک مکالمه (به نام یک جلسه ) با یکدیگر برقرار کنند. برعکس، پروتکل های بدون اتصال، پیام های فردی را از یک نقطه به مقصد دیگر بدون توجه به پیام های مشابه ارسال شده قبل یا بعد (و بدون دانستن اینکه پیام ها حتی با موفقیت دریافت می شوند) ارائه می دهند.
لایه 3 پروتکل های شبکه به طور معمول در گروه ها کار می کنند (به عنوان پشته ها نامیده می شوند، زیرا نمودار ها اغلب پروتکل ها را به عنوان جعبه هایی که در بالای یکدیگر قرار دارند، نشان می دهند). بعضی از پروتکل ها در لایه های پایین تر عمل می کنند که نزدیک به انواع مختلفی از کابل های بی سیم یا شبکه فیزیکی کار می کند. دیگران در لایه های بالاتر مرتبط با نحوه کارکرد برنامه های شبکه کار می کنند و بعضی از آنها در لایه های میانبر کار می کنند.
خانواده پروتکل اینترنت
شایع ترین پروتکل های شبکه در استفاده عمومی از خانواده پروتکل اینترنت (IP) تعلق دارند. IP خود پروتکل اساسی است که به خانه و سایر شبکه های محلی در سراسر اینترنت برای برقراری ارتباط با یکدیگر امکان می دهد.
IP به خوبی برای انتقال پیام های فردی از یک شبکه به یک دیگر کار می کند اما از مفهوم مکالمه پشتیبانی نمی کند (اتصالی که جریان پیام ها می توانند در یک یا هر دو جهت حرکت کنند). پروتکل کنترل انتقال (TCP) IP را با این قابلیت لایه بالاتر گسترش می دهد و چون ارتباطات نقطه به نقطه در اینترنت بسیار ضروری است، دو پروتکل تقریبا همیشه با یکدیگر مرتبط می شوند و به عنوان TCP / IP شناخته می شوند.
هر دو TCP و IP در لایه های متوسط یک پشته پروتکل شبکه کار می کنند. برنامه های محبوب در اینترنت بعضی اوقات پروتکل های خود را بر روی TCP / IP اجرا می کنند. پروتکل انتقال HyperText (HTTP) توسط مرورگرهای وب و سرورها در سراسر جهان استفاده می شود. TCP / IP، به نوبه خود، در بالای فن آوری های سطح پایین مانند اترنت اجرا می شود . دیگر پروتکل های شبکه محبوب در خانواده IP شامل ARP ، ICMP و FTP می باشد.
چگونه پروتکل های شبکه استفاده از بسته ها
اینترنت و اغلب شبکه های داده دیگر با سازماندهی داده ها به قطعات کوچک به نام بسته ها کار می کنند . برای بهبود عملکرد ارتباطات و قابلیت اطمینان، هر پیام بزرگتر بین دو دستگاه شبکه، اغلب به بسته های کوچکتر توسط سخت افزار و نرم افزار پایه تقسیم می شود. این شبکه های سوئیچینگ بسته، بسته به نوع پروتکل هایی که شبکه پشتیبانی می کند، بسته ها را به روش خاص سازماندهی می کند. این رویکرد با تکنولوژی شبکه های مدرن به خوبی کار می کند زیرا این همه اطلاعات را در قالب بیت ها و بایت ها (دیجیتال 1 و 0S) اداره می کند.
هر پروتکل شبکه قوانینی را برای چگونگی سازماندهی (قالب بندی) بسته های داده ای تعیین می کند. از آنجا که پروتکل هایی مانند پروتکل اینترنت اغلب با هم در لایه ها کار می کنند، برخی داده ها درون یک بسته قالب بندی شده برای یک پروتکل تعبیه شده می توانند در فرمت برخی پروتکل های مربوطه باشند (یک روش به نام encapsulation ).
پروتکل ها معمولا هر بسته را به سه بخش تقسیم می کنند: هدر ، بار و پایانه . (بعضی از پروتکل ها مانند IP، از پائین استفاده نمی کنند.) هدر ها و پاورپوینت های بسته شامل اطلاعات متنی مورد نیاز برای پشتیبانی از شبکه، از جمله آدرس های دستگاه های ارسال و دریافت، در حالی که بارهای بار شامل داده های واقعی برای ارسال می شوند. سرصفحه یا پاورقی نیز اغلب شامل برخی از داده های ویژه برای کمک به بهبود قابلیت اطمینان و یا عملکرد اتصالات شبکه، مانند شمارنده ها که پیگیری سفارش که ارسال پیام ها، و چک های که کمک می کند برنامه های شبکه تشخیص فساد داده ها و یا دستکاری.
چگونه دستگاه های شبکه از پروتکل ها استفاده می کنند
سیستم عامل های دستگاه های شبکه دارای پشتیبانی داخلی برخی از پروتکل های شبکه پایین تر است. برای مثال، تمام سیستم عامل های دسکتاپ رایانه های مدرن از اترنت و TCP / IP پشتیبانی می کنند، در حالی که بسیاری از تلفن های هوشمند از بلوتوث و پروتکل های خانواده Wi-Fi پشتیبانی می کنند. این پروتکل ها در نهایت به رابط شبکه های فیزیکی یک دستگاه، مانند پورت های اترنت و رادیوهای Wi-Fi یا بلوتوث وصل می شوند.
برنامه های شبکه به نوبه خود پشتیبانی از پروتکل های سطح بالا که با سیستم عامل صحبت می کنند. به عنوان مثال، مرورگر وب قادر به ترجمه آدرس هایی مانند http: // / به بسته های HTTP است که حاوی اطلاعات لازم است که یک سرور وب می تواند دریافت کند و به نوبه خود وب سایت درست را ارسال می کند. دستگاه دریافتی مسئول جمع آوری مجدد بسته های فردی در پیام اصلی است، با کنار گذاشتن سرصفحه ها و پاورقی ها و پیوستن بسته ها در توالی صحیح.