آشنایی با پروتکل شبکه و انواع آن

پروتکل‌های شبکه یکی از اجزای اصلی زیرساخت‌های ارتباطی در دنیای دیجیتال امروز هستند. آنها قواعدی را تعیین می‌کنند که به دستگاه‌ها اجازه می‌دهند تا به‌طور مؤثر و ایمن با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این پروتکل‌ها نقشی حیاتی در عملکرد درست شبکه‌ها دارند و بدون آنها، تبادل داده‌ها غیرممکن یا بسیار پیچیده می‌شد.قبلا در مقاله “شبکه چیست؟” به طور کامل با مفهوم شبکه و انواع آن آشنا شدیم. حالا در این مقاله، به‌طور کامل با پروتکل‌های شبکه، نحوه عملکرد آنها و انواع مختلف آن آشنا می‌شویم.

پروتکل شبکه چیست؟ به زبان ساده

پروتکل شبکه مجموعه‌ای از قواعد و استانداردها است که نحوه ارسال و دریافت داده‌ها را بین دستگاه‌های مختلف در یک شبکه تعیین می‌کند. به عبارت ساده، پروتکل‌ها مانند زبان مشترکی هستند که به دستگاه‌ها اجازه می‌دهند تا اطلاعات را بدون در نظر گرفتن تفاوت‌های ساختاری یا نرم‌افزاری خود به‌طور مؤثر، مبادله کنند.
همانطور که در زندگی روزمره برای برقراری ارتباط با یکدیگر به زبان مشترک نیاز داریم، در دنیای شبکه‌های کامپیوتری نیز برای برقراری ارتباط مؤثر میان دستگاه‌ها به پروتکل‌ها نیاز داریم. این پروتکل‌ها می‌توانند داده‌ها را از یک دستگاه به دستگاه دیگر انتقال دهند، خطاها را شناسایی کنند، و اطمینان حاصل کنند که داده‌ها به مقصد درست می‌رسند.

آشنایی با انواع مسیریابی پویا

در این میان خالی از لطف نیست که قسمت دوم از دوره پیشرفته OSPF را مشاهده کنیم تا درباره انواع مسیریابی های پویا شامل مبتنی بر فاصله و مبتنی بر بردار بیشتر بدانیم.

مشاهده دوره

مدل OSI و نقش پروتکل‌ها

برای درک نحوه عملکرد پروتکل‌های شبکه، بهتر است به مدل OSI (Open Systems Interconnection) نگاه کنیم. این مدل به‌طور گسترده به‌عنوان یک چارچوب استاندارد برای تبادل داده‌ها در شبکه‌ها استفاده می‌شود. مدل OSI به هفت لایه تقسیم می‌شود، که هر کدام مسئول انجام وظایف خاصی در فرآیند ارسال و دریافت داده‌ها هستند. این لایه‌ها به ترتیب از لایه فیزیکی (که به ارسال داده‌ها از طریق رسانه‌های فیزیکی مربوط می‌شود) تا لایه کاربردی (که داده‌ها را به فرمت قابل استفاده برای کاربران و برنامه‌ها تبدیل می‌کند) طراحی شده‌اند.

1. لایه فیزیکی (Physical Layer): مسئول انتقال بیت‌های خام از طریق رسانه‌های فیزیکی.
2. لایه پیوند داده (Data Link Layer): مدیریت انتقال داده‌ها بین گره‌های شبکه.
3. لایه شبکه (Network Layer): مدیریت مسیر‌یابی و آدرس‌دهی.
4. لایه انتقال (Transport Layer): ارائه ارتباط مطمئن و مدیریت جریان داده.
5. لایه نشست (Session Layer): مدیریت جلسات و ارتباطات.
6. لایه ارائه (Presentation Layer): ترجمه، رمزگذاری و فشرده‌سازی داده‌ها.
7. لایه کاربرد (Application Layer): ارائه خدمات به برنامه‌های کاربری.

انواع پروتکل‌های شبکه

همانطور که پیش‌تر گفتیم پروتکل‌های شبکه ابزارهای اصلی برای انتقال اطلاعات و داده‌ها در شبکه‌های کامپیوتری هستند. این پروتکل‌ها می‌توانند به دسته‌های مختلف تقسیم شوند، که هر کدام وظیفه خاص خود را در فرآیند ارتباطات شبکه‌ای انجام می‌دهند. به‌طور کلی، پروتکل‌های شبکه را می‌توان به سه دسته اصلی تقسیم کرد: پروتکل‌های ارتباطی، پروتکل‌های مدیریت شبکه، و پروتکل‌های امنیتی. در این بخش، هر یک از این دسته‌ها را به‌طور مفصل‌تر بررسی می‌کنیم.

1. پروتکل‌های ارتباطی شبکه

پروتکل‌های ارتباطی، اصلی‌ترین ابزار برای انتقال داده‌ها در شبکه هستند. این پروتکل‌ها نحوه ارسال و دریافت اطلاعات بین دستگاه‌ها را مشخص می‌کنند و تضمین می‌کنند که داده‌ها به‌طور صحیح و دقیق منتقل شوند. برخی از مهم‌ترین پروتکل‌های ارتباطی عبارتند از:

 پروتکل Hypertext Transfer (HTTP):

این پروتکل برای انتقال داده‌ها در وب استفاده می‌شود. زمانی که شما وارد سایتی می‌شوید، مرورگر شما یک درخواست HTTP به سرور ارسال می‌کند تا صفحه وب را دریافت کند. این پروتکل از مدل کلاینت-سرور پیروی می‌کند، یعنی شما (به عنوان کلاینت) درخواست‌هایی را به سرور می‌فرستید و سرور پاسخ می‌دهد. HTTP به خودی خود امن نیست، به همین دلیل از نسخه امن آن، یعنی HTTPS، برای ارتباطات امن استفاده می‌شود.

پروتکل Transmission Control(TCP)

TCP یک پروتکل اتصال‌محور است، به این معنا که قبل از ارسال هرگونه داده، ارتباطی برقرار می‌شود و پس از آن داده‌ها به صورت مطمئن و منظم ارسال می‌گردند. TCP به‌طور گسترده برای ارتباطات نیازمند به اطمینان بالا مثل ایمیل، فایل‌های آپلود شده، و پخش‌های رسانه‌ای استفاده می‌شود. این پروتکل داده‌ها را به بخش‌های کوچک تقسیم می‌کند و در مقصد مجدداً آن‌ها را جمع‌آوری می‌کند تا از دست رفتن داده‌ها جلوگیری شود.

پروتکل User Datagram(UDP)

UDP برخلاف TCP، پروتکلی بدون اتصال است. این پروتکل سرعت بالایی دارد ولی هیچ‌گونه تضمینی برای درست رسیدن داده‌ها یا ترتیب آن‌ها فراهم نمی‌آورد. به همین دلیل، برای کاربردهایی که نیاز به سرعت بالا دارند و نگران از دست رفتن برخی داده‌ها نیستند (مانند پخش زنده (Streaming) یا تماشای ویدئو آنلاین و بازی‌های آنلاین) مناسب است.

پروتکل Border Gateway(BGP)

BGP یکی از پروتکل‌های مسیریابی است که برای هدایت بسته‌های داده در شبکه‌های بزرگ اینترنتی استفاده می‌شود. این پروتکل مسئول تعیین مسیرهای مناسب برای ارسال داده‌ها از یک شبکه به شبکه‌های دیگر است. این پروتکل به‌ویژه در شبکه‌های پیچیده و اینترنت که شامل چندین روتر است، ضروری است.

پروتکل Address Resolution(ARP)

ARP برای تبدیل آدرس‌های منطقی (مثل IP) به آدرس‌های فیزیکی (مثل MAC) در شبکه‌های محلی (LAN) استفاده می‌شود. زمانی که یک دستگاه به دستگاه دیگر در شبکه نیاز دارد، ARP کمک می‌کند تا آدرس MAC مناسب را برای ارسال داده‌ها پیدا کند.

پروتکل Internet Protocol(IP)

IP مسئولیت آدرس‌دهی و مسیریابی بسته‌های داده بین دستگاه‌های مختلف در شبکه را بر عهده دارد. این پروتکل داده‌ها را به بسته‌های کوچکتری تقسیم کرده و آن‌ها را از مبدأ به مقصد ارسال می‌کند. IP به‌طور معمول در ترکیب با پروتکل‌های دیگر مثل TCP یا UDP برای ارسال داده‌ها استفاده می‌شود.

2. پروتکل‌های مدیریت شبکه

پروتکل‌های مدیریت شبکه به مدیران شبکه کمک می‌کنند تا وضعیت شبکه را نظارت کنند، مشکلات را شناسایی و رفع کنند و به‌طور کلی عملکرد شبکه را بهبود بخشند. این پروتکل‌ها به جمع‌آوری و ارسال اطلاعات از شبکه و دستگاه‌های مختلف می‌پردازند.

پروتکل Internet Control Message Protocol(ICMP)

ICMP برای ارسال پیام‌های خطا و اطلاعات وضعیت شبکه به‌ویژه برای تشخیص مشکلات در شبکه استفاده می‌شود. به‌عنوان مثال، زمانی که یک بسته به مقصد نمی‌رسد، ICMP یک پیام خطا (مثل “زمان درخواست به پایان رسید”) به فرستنده ارسال می‌کند. این پروتکل همچنین در ابزارهای محبوبی مانند ping برای بررسی اتصال شبکه استفاده می‌شود.

پروتکل Simple Network Management Protocol(SNMP)

SNMP پروتکلی است که برای نظارت و مدیریت دستگاه‌های شبکه‌ای مثل روترها، سوئیچ‌ها و سرورها استفاده می‌شود. این پروتکل از سه بخش اصلی تشکیل شده است: “SNMP agent” که داده‌ها را جمع‌آوری می‌کند، “SNMP manager” که داده‌ها را تجزیه و تحلیل می‌کند، و “managed devices” که همان دستگاه‌های شبکه هستند. با استفاده از SNMP، مدیران شبکه می‌توانند عملکرد دستگاه‌ها را مانیتور کنند و مشکلات را شناسایی کنند.

در این میان خالی از لطف نیست تا ویدیوی رایگان زیر که مقدمه ای بر پروتکل SNMP هست را مشاهده کنید:

پروتکل File Transfer Protocol(FTP)

 FTP یکی از پروتکل‌های قدیمی و پرکاربرد است که برای انتقال فایل‌ها بین دو دستگاه از آن استفاده می‌شود. این پروتکل به‌ویژه در مواقعی که نیاز به انتقال حجم زیادی از داده‌ها وجود دارد، بسیار مفید است. FTP از دو کانال ارتباطی برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند: یکی برای ارسال دستورات و دیگری برای ارسال فایل‌های واقعی. این پروتکل هم در ارتباطات داخلی شبکه‌ها و هم برای انتقال داده‌ها از سرور به کاربر در اینترنت استفاده می‌شود. 

3. پروتکل‌های امنیت شبکه

پروتکل‌های امنیتی مسئول محافظت از داده‌ها در هنگام انتقال در شبکه هستند. این پروتکل‌ها اطلاعات را از حملات، دسترسی‌های غیرمجاز و تغییرات ناخواسته محافظت می‌کنند.

پروتکل Secure Socket Layer(SSL)

SSL یک پروتکل امنیتی است که برای رمزنگاری داده‌ها در هنگام انتقال بین مرورگر و سرور استفاده می‌شود. این پروتکل به‌ویژه برای حفاظت از اطلاعات حساس مانند کارت‌های اعتباری و رمزهای عبور در هنگام خرید آنلاین کاربرد دارد. SSL اطلاعات را رمزنگاری کرده و از دزدیده شدن آن‌ها جلوگیری می‌کند.

پروتکل Hypertext Transfer secure Protocol(HTTPS)

HTTPS نسخه امن HTTP است که از SSL/TLS برای رمزنگاری داده‌ها استفاده می‌کند. زمانی که شما وارد سایتی با URL شروع‌شده با “https://” می‌شوید، داده‌های بین مرورگر شما و سرور وب رمزنگاری شده و امن هستند.

پروتکل Transport Layer Security(TLS)

TLS برای ایجاد یک کانال امن و رمزنگاری شده بین دو دستگاه در شبکه استفاده می‌شود. این پروتکل برای محافظت از اطلاعات حساس در حین انتقال در اینترنت بسیار ضروری است و به‌ویژه در سرویس‌هایی مثل ارسال ایمیل، تراکنش‌های بانکی آنلاین، و ارتباطات وب استفاده می‌شود.

اهمیت همکاری پروتکل‌ها در یک شبکه

در یک شبکه، پروتکل‌ها تنها به‌طور مستقل عمل نمی‌کنند. آنها باید با یکدیگر تعامل داشته باشند و در هر لایه به‌طور خاص برای انجام وظایف مشخص خود هماهنگ شوند. این همکاری بین پروتکل‌ها تضمین می‌کند که داده‌ها به‌طور صحیح، ایمن و بدون مشکل از یک دستگاه به دستگاه دیگر منتقل شوند.

به عنوان مثال، اگر پروتکل TCP نتواند داده‌ها را به‌طور صحیح تأیید کند یا پروتکل IP نتواند بسته‌ها را به درستی مسیریابی کند، ممکن است داده‌ها به‌طور کامل به مقصد نرسند یا در حین انتقال تغییر کنند. این امر می‌تواند باعث از دست رفتن داده‌ها یا بروز مشکلات دیگر مانند کاهش سرعت و تاخیر در انتقال داده‌ها شود.

همکاری پروتکل‌ها برای اطمینان از امنیت داده‌ها

یکی دیگر از جنبه‌های مهم همکاری پروتکل‌ها، مسئله امنیت است. پروتکل‌هایی مانند SSL/TLS در لایه نمایش برای رمزگذاری داده‌ها و جلوگیری از دسترسی غیرمجاز به اطلاعات حساس استفاده می‌شوند. این پروتکل‌ها معمولاً با پروتکل‌های دیگر مانند HTTP یا FTP همکاری می‌کنند تا اطمینان حاصل کنند که داده‌های حساس مانند اطلاعات بانکی یا رمزهای عبور در هنگام انتقال ایمن باقی می‌مانند.

در اینجا، پروتکل HTTPS که ترکیبی از HTTP و SSL/TLS است، برای تأمین امنیت انتقال داده‌ها بین مرورگر و سرور استفاده می‌شود. این تعامل بین پروتکل‌ها اطمینان می‌دهد که حتی در صورتی که داده‌ها از طریق شبکه‌های عمومی منتقل شوند، هیچ‌کس نمی‌تواند آن‌ها را دستکاری یا مشاهده کند.

انتخاب پروتکل‌ها بر اساس نیازها

انتخاب پروتکل‌های مناسب در هر لایه بستگی به نیازهای خاص شبکه دارد. برای مثال، اگر شبکه‌ای نیاز به سرعت بالا و تأخیر کم داشته باشد، ممکن است از پروتکل UDP در لایه حمل و نقل استفاده شود، زیرا این پروتکل نسبت به TCP سریع‌تر است، اما از نظر قابلیت اطمینان و بازیابی خطا ضعیف‌تر عمل می‌کند. از طرف دیگر، اگر امنیت اولویت داشته باشد، از پروتکل‌های رمزگذاری مانند TLS یا SSL در لایه نمایش برای تضمین امنیت داده‌ها استفاده خواهد شد.

جمع‌بندی: آنچه تا اینجا در مورد پروتکل‌های شبکه آموختیم.

پروتکل‌های شبکه اجزای حیاتی برای عملکرد درست شبکه‌ها و اینترنت هستند. آنها نه تنها نحوه ارسال و دریافت داده‌ها را تعیین می‌کنند، بلکه امنیت، مدیریت و هماهنگی دستگاه‌ها در شبکه را نیز تضمین می‌کنند. از پروتکل‌های ارتباطی برای انتقال داده‌ها، پروتکل‌های مدیریت شبکه برای نظارت بر عملکرد، و پروتکل‌های امنیتی برای حفظ ایمنی داده‌ها استفاده می‌شود. با توجه به اهمیت این پروتکل‌ها در دنیای مدرن، فهم آنها برای هر کسی که به دنیای شبکه و فناوری اطلاعات علاقه‌مند است، ضروری است.
در نهایت، بدون پروتکل‌های شبکه، دنیای دیجیتال امروز به هیچ وجه قابل تصور نبود. این پروتکل‌ها، پایه‌گذار تمام ارتباطات شبکه‌ای و اینترنتی هستند که هر روزه میلیون‌ها نفر از آن استفاده می‌کنند.