إن تجميع الأجزاء المادية لشبكة الكمبيوتر في حد ذاته لا يكفي لجعلها متصلة بالأجهزة الوظيفية تتطلب أيضًا وسيلة اتصال. تسمى لغات الاتصال هذه بروتوكولات الشبكة .
الغرض من بروتوكولات الشبكة
وبدون البروتوكولات ، ستفتقر الأجهزة إلى القدرة على فهم الإشارات الإلكترونية التي ترسلها إلى بعضها البعض عبر اتصالات الشبكة. بروتوكولات الشبكة تخدم هذه الوظائف الأساسية:
- عنوان البيانات إلى المستلم (المستلمين) الصحيح
- نقل البيانات جسديا من المصدر إلى الوجهة ، مع حماية الأمن إذا لزم الأمر
- تلقي الرسائل وإرسال الردود بشكل مناسب
ضع في اعتبارك مقارنة بين بروتوكولات الشبكة مع كيفية تعامل الخدمة البريدية مع البريد الورقي الفعلي. مثلما تقوم الخدمة البريدية بإدارة الرسائل من العديد من المصادر والوجهات ، فإن البروتوكولات الشبكية تبقي تدفق البيانات على طول العديد من المسارات باستمرار. على خلاف البريد الفعلي ، توفر بروتوكولات الشبكة أيضًا بعض الإمكانيات المتقدمة مثل توصيل تدفق مستمر من الرسائل إلى وجهة واحدة (تدعى البث ) وإنشاء نسخ من رسالة تلقائيًا وتسليمها إلى وجهات متعددة في وقت واحد (تسمى الإذاعة ).
الأنواع الشائعة من بروتوكولات الشبكة
لا يوجد بروتوكول واحد يدعم جميع الميزات التي يحتاجها كل نوع من أنواع شبكات الكمبيوتر . تم اختراع العديد من أنواع مختلفة من بروتوكولات الشبكة على مر السنين ، كل محاولة لدعم أنواع معينة من اتصالات الشبكة. ثلاث خصائص أساسية تميز نوعًا واحدًا من البروتوكول من نوع آخر هي:
1. بسيطة مقابل دوبلكس . يسمح الاتصال البسيط لجهاز واحد فقط بالإرسال على شبكة. وعلى العكس ، تسمح اتصالات الشبكة المزدوجة للأجهزة بإرسال واستقبال البيانات عبر نفس الرابط المادي.
2. اتصال المنحى أو اتصال . تقوم تبادلات بروتوكولات شبكة اتصال موجهة (عملية تسمى تبادل الإشارات ) بمعالجة المعلومات بين جهازين يسمحان لها بالقيام بمحادثة (تسمى جلسة ) مع بعضها البعض. وعلى العكس من ذلك ، تقدم بروتوكولات الاتصال الأقل رسائل فردية من نقطة إلى أخرى دون النظر إلى أي رسائل مشابهة يتم إرسالها قبل أو بعد (ودون معرفة ما إذا كانت الرسائل قد تم استلامها بنجاح).
3. طبقة . عادةً ما تعمل بروتوكولات الشبكة معًا في مجموعات (تسمى المداخن لأن الرسوم البيانية غالبًا ما تصور البروتوكولات كمربعات مكدسة فوق بعضها البعض). تعمل بعض البروتوكولات في طبقات أقل ترتبط ارتباطًا وثيقًا بكيفية عمل الأنواع المختلفة من الكبلات اللاسلكية أو شبكة الاتصال بشكل فعلي. ويعمل آخرون في طبقات أعلى مرتبطة بكيفية عمل تطبيقات الشبكة ، وبعضها يعمل في طبقات متوسطة بينهما.
عائلة بروتوكول الإنترنت
تنتمي بروتوكولات الشبكة الأكثر شيوعًا في الاستخدام العام إلى عائلة بروتوكول الإنترنت (IP) . إن بروتوكول الإنترنت (IP) هو البروتوكول الأساسي الذي يمكِّن الشبكات المحلية والمنزلية الأخرى عبر الإنترنت من الاتصال ببعضها البعض.
يعمل بروتوكول الإنترنت (IP) بشكل جيد لنقل الرسائل الفردية من شبكة إلى أخرى ، لكنه لا يدعم مفهوم المحادثة (وهو اتصال يمكن عبره تدفق الرسائل في اتجاه واحد أو كلا الاتجاهين). يقوم بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP) بتمديد IP باستخدام هذه الطبقة الأعلى ، ولأن الاتصالات من نقطة إلى نقطة ضرورية جدًا على الإنترنت ، فإن البروتوكولين يقتربان دائمًا معًا ويعرفان باسم TCP / IP.
يعمل كل من TCP و IP في الطبقات الوسطى لرزمة بروتوكول الشبكة. في بعض الأحيان ، تقوم التطبيقات الشائعة على الإنترنت بتنفيذ بروتوكولاتها الخاصة فوق TCP / IP. يتم استخدام HyperText Transfer Protocol (HTTP) بواسطة مستعرضات الويب والخوادم في جميع أنحاء العالم. يعمل TCP / IP ، بدوره ، فوق تقنيات الشبكات ذات المستوى الأدنى مثل Ethernet . تتضمن بروتوكولات الشبكة الشائعة الأخرى في عائلة IP ARP و ICMP و FTP .
كيف بروتوكولات الشبكة استخدام الحزم
تعمل شبكة الإنترنت ومعظم شبكات البيانات الأخرى عن طريق تنظيم البيانات إلى أجزاء صغيرة تسمى الحزم . لتحسين أداء الاتصالات وموثوقيتها ، غالبًا ما يتم تقسيم كل رسالة كبيرة يتم إرسالها بين جهازين شبكيين إلى رزم أصغر بواسطة الأجهزة والبرامج الأساسية. تتطلب شبكات تبديل الحزم هذه تنظيم الحزم بطرق محددة وفقًا للبروتوكولات التي تدعمها الشبكة. يعمل هذا الأسلوب بشكل جيد مع تقنية الشبكات الحديثة حيث أن جميع هذه البيانات تتعامل مع البيانات على شكل وحدات بايت وبايت (رقميين "1" و "0s").
يحدد كل بروتوكول شبكة قواعد لكيفية تنظيم حزم البيانات الخاصة به (المنسقة). نظرًا لأن البروتوكولات مثل بروتوكول الإنترنت تعمل في كثير من الأحيان في طبقات ، يمكن أن تكون بعض البيانات المضمنة داخل حزمة منسقة لبروتوكول واحد في شكل بعض البروتوكولات الأخرى ذات الصلة (وهي طريقة تسمى التغليف ).
تقسم البروتوكولات عادة كل حزمة إلى ثلاثة أجزاء - رأسية ، حمولة ، وتذييل . (بعض البروتوكولات ، مثل IP ، لا تستخدم التذييلات). تحتوي رؤوس الرزم والتذييلات على المعلومات السياقية المطلوبة لدعم الشبكة ، بما في ذلك عناوين أجهزة الإرسال والاستقبال ، بينما تحتوي الحمولات على البيانات الفعلية التي سيتم نقلها. غالبًا ما تتضمن الرؤوس والتذييلات أيضًا بعض البيانات الخاصة للمساعدة في تحسين موثوقية أو أداء اتصالات الشبكة ، مثل العدادات التي تتعقب الترتيب الذي تم إرسال الرسائل منه والمجموعات الاختبارية التي تساعد تطبيقات الشبكة في اكتشاف تلف البيانات أو التلاعب.
كيف تستخدم أجهزة الشبكة البروتوكولات
تتضمن أنظمة تشغيل أجهزة الشبكة دعمًا مدمجًا لبعض بروتوكولات الشبكة الأقل مستوى. تدعم جميع أنظمة تشغيل الكمبيوتر المكتبية الحديثة كلاً من Ethernet و TCP / IP ، على سبيل المثال ، بينما تدعم العديد من الهواتف الذكية Bluetooth والبروتوكولات من عائلة Wi-Fi. تتصل هذه البروتوكولات في النهاية بواجهات الشبكة الفعلية لجهاز ، مثل منافذ Ethernet وراديو Wi-Fi أو Bluetooth.
تدعم تطبيقات الشبكة ، بدورها ، بروتوكولات المستوى الأعلى التي تتحدث إلى نظام التشغيل. فمستعرض الويب ، على سبيل المثال ، قادر على ترجمة العناوين مثل http: // / إلى حزم HTTP التي تحتوي على البيانات الضرورية التي يمكن أن يتلقاها خادم الويب وتقوم بدورها بإعادة صفحة الويب الصحيحة. يكون جهاز الاستقبال مسؤولاً عن إعادة تجميع الحزم الفردية في الرسالة الأصلية ، عن طريق إزالة الرؤوس والتذييلات وربط الحزم في التسلسل الصحيح.