پروتکل‌های شبکه و دسته‌بندی و کارکردها

مفاهیم و تعاریف پروتکل شبکه

تعریف پروتکل: در دانشهای رایانه (به ویژه شبکه‌های رایانه‌ای) به مجموعه قوانین، استانداردها و ساختارهایی گفته می‌شود که برای برقراری ارتباط و انتقال داده‌ها بین گره‌ها (شامل رایانه‌ها، سرورها، و نیز پیوستها و اتصالات ارتباطی هم‌چون سوییچها، روترها و …) تدوین و بر بستر فناوری و با به کارگیری آن اجرا می‌شود.

تعریف پروتکل: در دانشهای رایانه (به ویژه شبکه‌های رایانه‌ای) به مجموعه قوانین، استانداردها، شیوه‌ها و ساختارهایی گفته می‌شود که برای برقراری ارتباط و انتقال داده‌ها بین گره‌ها (شامل رایانه‌ها، سرورها، و نیز پیوستها و اتصالات ارتباطی هم‌چون سوییچها، روترها و …) تدوین و بر بستر فناوری و با به کارگیری آن اجرا می‌شود.

به عنوان مثال، در فرمان ping، که کار آن بررسی وصل بودن ارتباطات شبکه است، نقل و انتقال داده‌ها از طریق پروتکل‌ها انجام می‌شود.

عناصر تشکیل دهنده هر پروتکل:

عنصر Syntax: ساختار و قالب داده‌های یک پروتکل است. (روشن است که این داده‌ها از بیت تشکیل شده‌اند و شامل اطلاعات ساختاری همچون اطلاعات فرستنده و گیرنده هستند.)

عنصر Semantics: شامل یک رابطه نشانگری (دلالت) بین ساختار و قالب داده، و مفهوم و پیامی است که آن داده دارد.

عنصر Timing: شامل دو پارامتر زمان فرستادن سرعت فرستادن داده‌ها می‌باشد.

الگوریتم: دستورالعمل‌های ریاضی که سبب کار کردن پروتکل می‌شود و نحوه کار کردن آن را مشخص می‌کند.

مقایسه پروتکل و الگوریتم:

پروتکل مجموعه قوانین و مقررات هستند و وظایف و ارتباط هر بخش را تعیین می‌کنند اما الگوریتم فرآیندی و عملیاتی است و ورودی‌ها و دستورالعمل‌ها را بر طبق قوانین پروتکل مشخص کرده و خروجی می‌دهد.

انواع اصلی پروتکلها (Major Types):

• پروتکلهای ارتباطی (Communication Protocols)
• پروتکلهای مدیریتی ( Management Protocols)
• پروتکلهای امنیتی (Security Protocols)

این‌ها سه دسته مهم پروتکل‌های شبکه هستند.

البته با توجه به تعدد پروتکلها و یکسان نبودن معیارهای تبیین استانداردها برای آنها در سیستمهای گوناگون، دسته بندی جزئی قدری سخت می‌نماید. همچنین ممکن است یک پروتکل دارای کارکردهای چندگانه باشد، مانند پروتکل TLS (Transport Layer Security) که هم دارای کارکردهای مختلف مدیریتی و هم کارکردهای امنیتی به صورت همزمان باشد.

می‌توان در یک تقسیم‌بندی جزئی‌تر از انواع پروتکلهای احراز هویت (Authentication)، اتوماسیون یا خودکارسازی (Automation)، تصحیح (Correction)، فشرده‌سازی (Compression)، ساماندهی خطا (Error Handling)، بازیابی فایل (File Retrieval)، انتقال فایل (File Transfer)، پروتکل تجمیع لینک (Link Aggregation)، پروتکلهای مسیریابی (Routing)، و پروتکلهای همزمانی یا همگام‌سازی زمان (Synchronization)، نام برد.

می‌توان در یک تقسیم‌بندی جزئی‌تر از انواع پروتکلهای احراز هویت (Authentication)، اتوماسیون یا خودکارسازی (Automation)، تصحیح (Correction)، فشرده‌سازی (Compression)، ساماندهی خطا (Error Handling)، بازیابی فایل (File Retrieval)، انتقال فایل (File Transfer)، پروتکل تجمیع لینک (Link Aggregation)، پروتکلهای مسیریابی (Routing)، و پروتکلهای همزمانی یا همگام‌سازی زمان (Synchronization)، نام برد.

پروتکل‌های شبکه و لایه‌های OSI

دو استاندارد پذیرفته شده جهانی برای لایه‌های شبکه تعریف شده است:

1. استاندارد OSI (Open System Interconnection): هفت لایه شامل محیط فیزیکی (Physical)، ارتباط داده (Data Link)، شبکه (Network)، انتقال (Transport)، نشست (Session)، ارائه (Presentation) و کاربرد (Application)
2. استاندارد TCP/IP: چهار لایه داده، شبکه، انتقال و کاربرد

این لایه‌ها به صورت ملموس وجود ندارند اما از نظر منطقی و به شکلی انتزاعی وجود دارند و دارای محدوده ویژه و کاربرد معین می‌باشند.

هر بسته اطلاعاتی (Packet) برای عبور از شبکه باید از این لایه‌ها عبور کند.

هر لایه شبکه پروتکل‌های مربوط به خود را دارا هست. هم‌چنین ممکن است برخی پروتکلها در دو یا چند لایه نقش خود را ایفا نمایند. در هر لایه پروتکل مربوط به آن لایه کار پردازش اطلاعات بسته با توجه به نوع پروتکل، شناسایی مبدأ و مقصد، و حذف یا ایجاد برچسبهای اطلاعاتی سر و پا (Header and Footer) شامل اطلاعات پردازش شده روی بسته‌های اطلاعاتی را انجام می‌دهد و به لایه بعدی تحویل می‌دهد.

به عنوان مثال پروتکل TCP (Transmission Control Protocol) که دارای کارکردهای همزمان مدیریتی و امنیتی است، در لایه چهارم شبکه (از نگاه OSI) وظیفه برقراری ارتباط امن میان گره‌های شبکه را بعهده می‌گیرد (این گره‌ها ممکن است پیش از این با استفاده از پروتکل http از لایه هفتم یکدیگر را فراخوانی کرده باشند) و از طریق همگامسازی زمانی (Synchronization) بین دو گره یا سیستم کامپیوتری  اطمینان حاصل می‌کند که میان دو گره ارتباط برقرار شده است، سپس پروتکل انتقال فایل FTP (File Transfer Protocol) از لایه هفتم جهت انتقال فایلها وارد عمل می‌شود. (به صورت دقیق‌تر و جزئی‌تر، فرستادن پکتهای syn، synack و ack از طریق ساختار مصاحفه سه مرحله‌ای یا 3 Way Handshake)

پروتکلهای معتبر معمولا توسط نهادهای زیر تعریف و استانداردسازی شده‌اند:

• اتحادیه جهانی ارتباطات از راه دور
• انستیتو مهندسین حوزه الکتریک و الکترونیک
• گروه ضربت مهندسی اینترنت
• سازمان جهانی استانداردسازی
• W3 Consortium

کارکرد پروتکلها:

پروتکلهای شبکه باید برای کارکرد بهینه خود و ایجاد ارتباط با یک محیط نرم‌افزاری، سخت‌افزاری و یا سیستم عامل کدگذاری شوند.

بسیاری از سیستمهای عامل های دارای BIOS و نیز تعدادی از مرورگرها (Web Browsers)ها دارای توابع کتابخانه‌ای پروتکل شامل کد هر پروتکل و کارکردهای آن می‌باشند و در محیط آنها هر پروتکل ضروری قابل فراخوانی است.

شماری از پروتکلهای پر کاربرد هر لایه

لایه نخست – زیرساخت (Physical)

لایه دوم – ارتباط داده (Data Link)

لایه سوم – شبکه (network)

لایه چهارم – انتقال (Transport)

لایه پنجم – نشست (Session)

لایه ششم – نمایش (Presentation)

لایه هفتم – کاربرد (Application)

برای مطالعه بیشتر:

---

لایه شبکه (ویکی‌پدیای فارسی)