تجميع الأجزاء المادية لشبكة الكمبيوتر في حد ذاته غير كافٍ لجعلها تعمل ؛ تتطلب الأجهزة المتصلة أيضًا طريقة اتصال. تسمى لغات الاتصال هذه ببروتوكولات الشبكة.
الغرض من بروتوكولات الشبكة
بدون بروتوكولات ، ستفتقر الأجهزة إلى القدرة على فهم الإشارات الإلكترونية التي ترسلها إلى بعضها البعض عبر اتصالات الشبكة. تخدم بروتوكولات الشبكة هذه الوظائف الأساسية:
- عنوان البيانات للمستلمين الصحيحين.
- نقل البيانات فعليًا من المصدر إلى الوجهة ، مع حماية أمنية إذا لزم الأمر.
- تلقي الرسائل وإرسال الردود بشكل مناسب.
ضع في اعتبارك مقارنة بين بروتوكولات الشبكة مع كيفية تعامل الخدمة البريدية مع البريد الورقي المادي. تمامًا كما تدير الخدمة البريدية الرسائل الواردة من العديد من المصادر والوجهات ، تحافظ بروتوكولات الشبكة على تدفق البيانات عبر العديد من المسارات بشكل مستمر.
على عكس البريد الفعلي ، توفر بروتوكولات الشبكة إمكانات متقدمة. يتضمن ذلك تسليم تدفق مستمر للرسائل إلى وجهة واحدة (يسمى دفقًا) وعمل نسخًا تلقائيًا من رسالة لتسليمها إلى وجهات متعددة في وقت واحد (يسمى البث).
الأنواع الشائعة لبروتوكولات الشبكة
لا يوجد بروتوكول واحد يدعم جميع الميزات التي تحتاجها كل شبكة كمبيوتر. ومع ذلك ، يعمل كل منها كمفتاح يفتح جهازًا أو خدمة شبكة معينة. تم اختراع بروتوكولات شبكة مختلفة على مر السنين ، كل منها يحاول دعم أنواع معينة من اتصالات الشبكة.
الخصائص الأساسية الثلاث التي تميز نوع بروتوكول عن الآخر هي:
- Simplex مقابل الطباعة المزدوجة: اتصال مفرد يسمح لجهاز واحد فقط بالإرسال على الشبكة. تسمح اتصالات الشبكة المزدوجة للأجهزة بنقل واستقبال البيانات عبر نفس الارتباط المادي.
- مهيأ للاتصال أو بدون اتصال: تبادل بروتوكول شبكة مهيأ للاتصال (عملية تسمى مصافحة) معلومات العنوان بين جهازين يسمحان لهما بإجراء محادثة (تسمى جلسة). تقوم بروتوكولات الاتصال الأقل بتسليم الرسائل الفردية من نقطة إلى أخرى دون اعتبار للرسائل المماثلة المرسلة قبل أو بعد (وبدون معرفة ما إذا كانت الرسائل قد تم استلامها بنجاح).
- Layer: تعمل بروتوكولات الشبكة عادةً معًا في مجموعات (تسمى المكدسات لأن المخططات غالبًا ما تصور البروتوكولات كمربعات مكدسة فوق بعضها البعض).تعمل بعض البروتوكولات في طبقات أدنى مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بكيفية عمل أنواع مختلفة من الكابلات اللاسلكية أو الشبكة. يعمل البعض الآخر في طبقات أعلى مرتبطة بكيفية عمل تطبيقات الشبكة ، ويعمل البعض الآخر في طبقات وسيطة بينهما.
عائلة بروتوكول الإنترنت
تنتمي بروتوكولات الشبكة الشائعة في الاستخدام العام إلى عائلة بروتوكول الإنترنت. IP هو البروتوكول الأساسي الذي يمكّن الشبكات المنزلية والشبكات المحلية الأخرى عبر الإنترنت من التواصل مع بعضها البعض.
IP يعمل بشكل جيد لنقل الرسائل الفردية من شبكة إلى أخرى. لا يدعم مفهوم المحادثة (اتصال يمكن عبره تدفق مجموعة من الرسائل في اتجاه واحد أو كلا الاتجاهين). يقوم بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP) بتوسيع IP مع قدرة الطبقة الأعلى هذه. نظرًا لأن الاتصالات من نقطة إلى نقطة ضرورية على الإنترنت ، يتم إقران البروتوكولين معًا ويعرفان باسم TCP / IP.
يعمل كل من TCP و IP في الطبقات الوسطى من مكدس بروتوكول الشبكة.نفذت التطبيقات الشائعة على الإنترنت أحيانًا بروتوكولاتها فوق TCP / IP. يتم استخدام بروتوكول نقل النص التشعبي بواسطة متصفحات الويب والخوادم في جميع أنحاء العالم. TCP / IP ، بدوره ، يعمل على أعلى تقنيات الشبكة ذات المستوى الأدنى مثل Ethernet. تشمل بروتوكولات الشبكة الشائعة الأخرى في عائلة IP ARP و ICMP و FTP.
كيف تستخدم بروتوكولات الشبكة الحزم
تعمل الإنترنت ومعظم شبكات البيانات الأخرى من خلال تنظيم البيانات في أجزاء صغيرة تسمى الحزم. لتحسين أداء الاتصال وموثوقيته ، غالبًا ما يتم تقسيم كل رسالة كبيرة يتم إرسالها بين جهازي شبكة إلى حزم أصغر بواسطة الأجهزة والبرامج الأساسية. تتطلب شبكات تبديل الحزم هذه تنظيم الحزم بطرق محددة وفقًا للبروتوكولات التي تدعمها الشبكة. يعمل هذا النهج بشكل جيد مع تقنية الشبكات الحديثة حيث تعالج هذه البيانات في شكل بتات وبايت (رقمية 1 و 0 ثانية).
يحدد كل بروتوكول شبكة قواعد لكيفية تنظيم حزم البيانات الخاصة به.نظرًا لأن البروتوكولات مثل بروتوكول الإنترنت غالبًا ما تعمل معًا في طبقات ، فإن بعض البيانات المضمنة داخل حزمة منسقة لبروتوكول واحد يمكن أن تكون بتنسيق بعض البروتوكولات الأخرى ذات الصلة (وهي طريقة تسمى التغليف).
تقسم البروتوكولات عادةً كل حزمة إلى ثلاثة أجزاء - رأس وحمولة وتذييل. بعض البروتوكولات ، مثل IP ، لا تستخدم التذييلات. تحتوي رؤوس وتذييلات الحزم على المعلومات السياقية المطلوبة لدعم الشبكة ، بما في ذلك عناوين أجهزة الإرسال والاستقبال. تحتوي الحمولات على البيانات المراد نقلها.
غالبًا ما تتضمن الرؤوس أو التذييلات بيانات خاصة لتحسين موثوقية اتصالات الشبكة وأدائها ، مثل العدادات التي تتعقب الترتيب الذي تم إرسال الرسائل به والمجاميع الاختبارية التي تساعد تطبيقات الشبكة على اكتشاف تلف البيانات أو العبث بها.
كيف تستخدم أجهزة الشبكة البروتوكولات
تتضمن أنظمة تشغيل أجهزة الشبكة دعمًا مضمنًا لبعض بروتوكولات الشبكة ذات المستوى الأدنى.تدعم جميع أنظمة تشغيل أجهزة الكمبيوتر المكتبية الحديثة Ethernet و TCP / IP ، على سبيل المثال. تدعم العديد من الهواتف الذكية تقنية Bluetooth والبروتوكولات من عائلة Wi-Fi. تتصل هذه البروتوكولات بواجهات الشبكة المادية لجهاز ، مثل منافذ Ethernet و Wi-Fi أو أجهزة راديو Bluetooth.
تدعم تطبيقات الشبكة البروتوكولات عالية المستوى التي تتحدث إلى نظام التشغيل. يقوم مستعرض الويب ، على سبيل المثال ، بترجمة عناوين مثل https://lifewire.com/ إلى حزم HTTP تحتوي على البيانات التي يمكن لخادم الويب تلقيها وإرسال الصفحة الصحيحة مرة أخرى. جهاز الاستقبال مسؤول عن إعادة تجميع الحزم الفردية في الرسالة الأصلية عن طريق إزالة الرؤوس والتذييلات وسلسلة الحزم بالتسلسل الصحيح.
