پروتکل در شبکه‌های کامپیوتری چه نقشی دارد؟

تعریف پروتکل در شبکه‌های کامپیوتری چیست؟

در ساده‌ترین تعریف، پروتکل را باید زبان کامپیوترها توصیف کرد. به‌طور معمول یک شبکه متشکل از مولفه‌های مختلفی است که هر یک از نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای خاص خود برای برقراری ارتباط با شبکه استفاده می‌کنند، اما تمامی مولفه‌های شبکه از طریوق پروتکل‌های ارتباطی قادر به تعامل با یکدیگر هستند. کامپیوترها برای تبادل اطلاعات به حداقل اطلاعات اولیه نیاز دارند تا بدانند اطلاعات چگونه قالب‌بندی می‌شود و هر طرف چگونه و چه مقدار داده‌ای را ارسال یا دریافت می‌کند. به‌طور مثال، فرض کنید کامپیوتری یک بسته 8 بیتی ارسال می‌کند، در حالی که کامپیوتر مقابل در انتظار دریافت یک بسته 16 بیتی است. در این حالت به دلیل بروز مشکل ناهمگونی پهنای باند بیهوده هدر می‌رود، برعکس این قضیه نیز باعث می‌شود تا بخشی از اطلاعات از دست رفته یا به بیان دقیق‌تر گم شوند. پروتکل‌ها برای حل مشکلات این چنینی استفاده می‌شوند. کاری که پروتکل‌های شبکه انجام می‌دهند این است که به دو طرف یک ارتباط اجازه می‌دهند فارغ از سخت‌افزاری که از آن استفاده می‌کنند، زبان یکدیگر را درک کنند. به‌طور مثال، آی‌فون می‌تواند با استفاده از پروتکل استاندارد ایمیل، برای دستگاه‌های اندرویدی اطلاعاتی را ارسال کند یا کامپیوتری ویندوز با استفاده از پروتکل‌های استاندارد وب از یک صفحه‌وب که روی یک وب‌سرور یونیکسی میزبانی می‌شود را دریافت کند. اگر دو کامپیوتر از پروتکل اینترنت (IP) استفاده کنند، می‌توانن با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، با این‌حال اگر یکی از آن‌ها پروتکل مذکور را نداشته باشد، ارتباط برقرار نمی‌شود. بر مبنای تعاریفی که ارایه کردیم باید بگوییم که پروتکل در شبکه به مجموعه قوانینی که داده‌ها را قالب‌بندی و پردازش می‌کنند اشاره دارد. این قواعد یا به عبارت دقیق‌ت خط‌مشی‌ها به شرح زیر هستند:

1. چه نوع داده‌هایی می‌توانند انتقال پیدا کنند.

2. چه دستوراتی برای ارسال و دریافت داده‌ها استفاده می‌شوند.

3. داده‌ها چگونه انتقال پیدا می‌کنند.

در فضای مجازی یا به عبارت دقیق‌تر، اینترنت، پروتکل‌های مختلفی به کار گرفته می‌شوند که هر یک وظیفه پردازش نوع خاصی از اطلاعات را عهده‌دار هستند. به‌طور معمول، پروتکل‌ها در مدل OSI و لایه‌ای که به آن مرتبط هستند بررسی می‌شوند. از مهم‌ترین پروتکل‌های مدل مرجع OSI به موارد زیر باید اشاره کرد:

پروتکل‌های لایه فیزیکی: در سطح سخت‌افزار وظیفه برقراری ارتباط میان دستگاه‌ها را برقرار می‌کنند. از جمله این پروتکل‌ها می‌توان به PPP، DSL و Wi-Fi اشاره کرد. برای این‌که داده‌ها از دستگاهی به دستگاه دیگری انتقال پیدا کند هر دو دستگاه باید از پروتکل لایه فیزیکی یکسانی پشتیبانی کنند.

پروتکل‌های لایه شبکه: این پروتکل‌ها وظیفه انتقال و مسیریابی داده‌ها در اینترنت را بر عهده دارند. از جمله این پروتکل‌ها باید به IPv4 و IPv6 اشاره کرد.

پروتکل‌ها لایه انتقال: این پروتکل چونگی ارسال، دریافت و تایید داده‌ها را مشخص می‌کنند. از پروتکل‌های این بخش باید به TCP و UDP اشاره کرد.

پروتکل‌های لایه کاربرد: شامل مجموعه دستوراتس برای برنامه‌های خاص هستند. از جمله این پروتکل‌ها باید به HTTP، IMAP و FTP اشاره کرد. به‌طور مثال، مرورگرها از پروتکل انتقال ابرمتن ایمن (HTTPS) به منظور استریم ایمن بسته‌های اطلاعاتی از طریق پروتکل‌های رمزنگاری اطلاعات استفاده می‌کنند یا در مثال دیگری، کلاینت‌های ایمیل از پروتکل SMTP  به منظور ارسال پیام‌ها از طریق میل‌سرور بهره‌ می‌برند.

تقسیم‌بندی پروتکل‌های شبکه

به‌طور کلی پروتکل‌های شبکه به سه گروه زیر تقسیم می‌شوند:

پروتکل‌های ارتباطی: این پروتکل‌ها بر فرآیند برقراری ارتباط میان دستگاه‌های مختلف شبکه نظارت می‌کنند. این پروتکل‌ها وظایف مختلفی دارند که از مهم‌ترین آن‌ها باید به انتقال فایل و دسترسی به اینترنت اشاره کرد. لازم به توضیح است که پروتکل‌های این گروه در هر دو حالت ارتباطات آنالوگ و دیجیتال استفاده می‌شوند.

پروتکل‌های مدیریتی: پروتکل‌های مدیریتی شبکه با هدف بهبود عملکرد شبکه‌های کامپیوتری و بهینه‌سازی عملیات به کار گرفته می‌شوند. این پروتکل‌ها عملکرد دستگاه‌های پر کاربرد شبکه نظیر روتر و سوییچ را بهبود می‌بخشند تا دستگاه‌ها بدون تاخیر به تبادل اطلاعات بپردازند.

پروتکل‌های امنیتی: وظیفه اصلی پروتکل‌های مذکور رمزنگاری بسته‌ها و پیاده‌سازی خط‌مشی‌هایی است که افراد یا دستگاه‌های غیر مجاز قابلیت اتصال به شبکه و تبادل اطلاعات با شبکه را نداشته باشند.

انواع پروتکل‌های شبکه

طیف بسیاره گسترده‌ای از پروتکل‌ها در شبکه‌های محلی، بی‌سیم، سیمی، گسترده، شهری و.... استفاده می‌شوند که برخی خاص‌منظوره هستند و برای مقاصد مشخصی استفاده می‌شوند و برخی کاربردهای عمومی دارند. از پروتکل‌های پر کاربرد و عمومی شبکه به موارد زیر باید اشاره کرد:

Internet Protocol: پروتکل آی‌پی (IP) پروتکل لایه شبکه است که مسئولیت مسیریابی بسته‌های اطلاعاتی را عهده‌دار است.

Internet Protocol Security: پروتکل IPsec برای رمزنگاری و احراز هویت ارتباطات آی‌پی از طریق شبکه خصوصی مجازی استفاده می‌شود. به لحاظ فنی IPsec یک پروتکل به شمار نمی‌رود، زیرا مجموعه‌ای متشکل از پروتکل‌های ESP  سرنام Encapsulating Security Protocol ، AH سرنام Authentication Header  و SA سرنام Security Associations  است.

Internet Control Message Protocol: پروتکل ICMP خطاها را گزارش می‌دهد و گزارشی در ارتباط با وضعیت شبکه ارائه می‌کند. به‌طور مثال، اگر روتری موفق نشود بسته‌ای دریافت کند یک پیغام ICMP به منبع بسته ارسال می‌کند. لازم به توضیح است که برخی مدیران شبکه برای مقابله با حمله‌های امنیتی پروتکل فوق را غیر فعال می‌کنند.

TCP: پروتکل لایه انتقال است و این تضمین را می‌دهد که داده‌ها با موفقیت به مقصد تحویل داده شده‌اند. به‌طور معمول پروتکل TCP و IP در تعامل هستند و همراه با یکدیگر استفاده می‌شوند. لازم به توضیح است که هکرها از ترکیب پروتکل‌ فوق برای پیاده‌سازی انواع مختلفی از حمله‌ها استفاده می‌کنند که DDoS اصلی‌ترین آن‌ها است.

HTTP: پروتکل انتقال ابرمتن بر فرآیند ارسال خام داده‌ها در شبکه نظارت می‌کند. عملکرد پروتکل فوق به این صورت است که داده‌ها را قالب‌بندی می‌کند تا برنامه‌های کاربردی مثل مرورگر بتوانند به‌طور مستقیم از داده‌ها استفاده کنند.

TLS/SSL: پروتکل‌های TLS و SSL از مولفه‌های زیرمجموعه پروتکل https هستند که بر فرآیند رمزنگاری نظارت می‌کند

UDP: در لایه انتقال کار می‌کند عملکردی سریع‌تر از TCP دارد، اما ضریب اطمینان آن کمتر از TCP است. UDP بیشتر در ارتباط با سرویس‌هایی نظیر استریم ویدیویی و گیمینگ استفاده می‌شود که سرعت دریافت داده‌ها اهمیت زیادی دارد.

SSH: پروتکل Secure Socket Shell دسترسی ایمن به کامپیوترها را فراهم می‌کند، حتا زمانی که کامپیوتر به شبکه غیر ایمنی متصل شود. برای بیشتر مدیران شبکه، SSH پروتکل ارزشمندی است، زیرا می‌توانند از طریق آن و به شیوه راه دور با سامانه‌ها ارتباط برقرار کنند.

Telnet: این پروتکل امکان برقراری ارتباط از راه دور با دستگاه‌ها را فراهم می‌کند. کاربر می‌تواند از Telnel Cleint به رابط کاربری خط فرمان در دستگاه راه دور که برنامه Telnet Server روی آن اجرا شده دسترسی پیدا کند.

SMS: پروتکل Short Message Service امکان ارسال و دریافت پیام در شبکه‌هی سیار را فراهم می‌کند. این پروتکل متنی است، به همین دلیل از پروتکل MMS سرنام Multimedia Messaging Service برای ارسال تصاویر و ویدیوها استفاده می‌شود.

FTAM: پروتکل File Transfer Access Method در لایه 7 کار می‌کند و امکان انتقال فایل میان کامپیوترهای تحت شبکه را مشخص می‌کند.

SMTP: پروتکل Simple Mail Transfer Protocol برای ارسال ایمیل استفاده می‌شود. هنگامی که ایمیلی را ارسال می‌کنید پروتکل SMTP اطلاعات را از سروری به سرور دیگری در اینترنت انتقال می‌دهد. به بیان ساده‌تر، SMTP اطلاعات را برای سروری ارسال می‌کند که ممکن است از پروتکل‌های POP یا IMAP برای ارسال یا دریافت ایمیل‌ها استفاده کند.

SNMP: پروتکل Simple Network Management Protocol در لایه 7 کار می‌کند و برای مانیتورینگ و مدیریت دستگاه‌های تحت شبکه در شبکه‌های محلی و گسترده استفاده می‌شود. علاوه بر این، پروتکل فوق قادر به مدیریت بر پهنای باند و منابع سیستمی است.

NetFlow: پروتکل NetFlow برای نظارت بر جریان ترافیک آی‌پی استفاده می‌شود، هرچند کاربردهای بیشتری در زمینه مدیریت و نظارت بر شبکه ارائه می‌کند.

SMB: پروتل Server Message Block در لایه 7 کار کرده و به کاربران اجازه می‌دهد به منابع و فایل‌هایی که در سرورها قرار دارند دسترسی پیدا کنند.

DNS: پروتکل Domain Network System برای ترجمه آدرس‌های آی‌پی به معادل نام آن‌ها (نام دامنه) در شبکه استفاده می‌شود.

PPP: پروتکل Point to Point برای انتقال داده‌های چند پروتکلی بین دو کامپیوتری که به شکل مستقیم به یکدیگر متصل هستند استفاده می‌شود. با توجه به این‌که پروتکل فوق انتقال داده‌ها را در واحد بایت انجام می‌دهد در ارتباطات Broadband که بارگذاری زیاد و سرعت زیادی نیاز است استفاده می‌شود. با توجه به این‌که پروتکل فوق در لایه پیوند داده کار می‌کند، داده‌ها در قالب فریم ارسال می‌شوند.

DHCP: پروتکل Dynamic Host Configuration Protocol در لایه 7 مدل OSI کار می‌کند و برای تخصیص آدرس آی‌پی به شکل پویا به تجهیزات درون شبکه یا میزبان‌ها استفاده می‌شود.