پروتکل TCP/IP چیست؟

پروتکل TCP/IP

TCP/IP یک پروتکل استاندارد ۴ لایه است که در اکثر شبکه های بزرگ بکار گرفته می شود . با اینکه پروتکل فوق کند و مستلزم استفاده از منابع زیادی است ، ولی بدلیل مزایای بالای آن نظیر : قابلیت روتینگ ، حمایت در اغلب پلات فورم ها و سیستم های عامل همچنان در زمینه استفاده از پروتکل ها حرف اول را می زند. با استفاده از پروتکل فوق کاربران با در اختیار داشتن ویندوز و پس از اتصال به شبکه اینترنت، براحتی قادر به ارتباط با کاربران دیگر خواهند بود که از مکینتاش استفاده می کند

امروزه کمتر محیطی را می توان یافت که نیازبه دانش کافی در رابطه با TCP/IP نباشد. حتی سیستم عامل شبکه ای ناول که سالیان متمادی از پروتکل IPX/SPX برای ارتباطات  استفاده می کرد، در نسخه شماره پنج خود به ضرورت استفاده از پروتکل فوق واقف و نسخه اختصاصی خود را در این زمینه ارائه نمود.
پروتکل TCP/IP در ابتدا برای استفاده در شبکه ARPAnet ( نسخه قبلی اینترنت ) طراحی گردید. وزارت دفاع امریکا با همکاری برخی از دانشگاهها اقدام به طراحی یک سیستم جهانی نمود که دارای قابلیت ها و ظرفیت های متعدد حتی در صورت بروز جنگ هسته ای باشد. پروتکل ارتباطی برای شبکه فوق ، TCP/IP در نظر گرفته شد.

اجزای پروتکل TCP/IP

پروتکل TCP/IP از مجموعه پروتکل های دیگر تشکیل شده که هر یک در لایه مربوطه، وظایف خود را انجام می دهند. پروتکل های موجود در لایه های Transport و Network دارای اهمیت بسزائی بوده و در ادامه به بررسی آنها خواهیم پرداخت .

پروتکل های موجود در لایه Network پروتکل TCP/IP

• پروتکل TCP)Transmission Control Protocol) ، مهمترین وظیفه پروتکل فوق اطمینان از صحت ارسال اطلاعات است . پروتکل فوق اصطلاحا” Connection-oriented نامیده می شود. علت این امر ایجاد یک ارتباط مجازی بین کامپیوترهای فرستنده و گیرنده بعد از ارسال اطلاعات است . پروتکل هائی از این نوع ، امکانات بیشتری رابه منظور کنترل خطاهای احتمالی در ارسال اطلاعات فراهم نموده ولی بدلیل افزایش بار عملیاتی سیستم کارائی آنان کاهش خواهد یافت . از پروتکل TCPبه عنوان یک پروتکل قابل اطمینان نیز یاد می شود. علت این امر ارسال اطلاعات و کسب آگاهی لازم از گیرنده اطلاعات به منظور اطمینان از صحت ارسال توسط فرستنده است . در صورتی که بسته های اطلاعاتی بدرستی دراختیار فرستنده قرار نگیرند، فرستنده مجددا” اقدام به ارسال اطلاعات می نماید.

• پروتکل UDP) User Datagram Protocol) . پروتکل فوق نظیر پروتکل TCP در لایه ” حمل ” فعالیت می نماید. UDP بر خلاف پروتکل TCP بصورت ” بدون اتصال ” است  . بدیهی است که سرعت پروتکل فوق نسبت به TCP سریعتر بوده ولی از بعد کنترل خطاء تظمینات لازم را ارائه نخواهد داد. بهترین جایگاه استفاده از پروتکل فوق در مواردی است که برای ارسال و دریافت اطلاعات به یک سطح بالا از اطمینان ، نیاز نداشته باشیم .

• پروتکل IP)Internet Protocol) . پروتکل فوق در لایه شبکه ایفای وظیفه کرده و مهمترین مسئولیت آن دریافت و ارسال بسته های اطلاعاتی به مقاصد درست است . پروتکل فوق با استفاده از آدرس های نسبت داده شده منطقی، عملیات روتینگ را انجام خواهد داد.

پروتکل های موجود در لایه Application پروتکل TCP/IP
پروتکل TCP/IP صرفا” به سه پروتکل TCP ، UDP و IP محدود نشده و در سطح لایه Application دارای مجموعه گسترده ای از سایر پروتکل ها است . پروتکل های فوقبه عنوان مجموعه ابزارهائی برای مشاهده ، اشکال زدائی و اخذ اطلاعات و سایر عملیات مورد استفاده قرار می گیرند.در این بخش به معرفی برخی از این پروتکل ها خواهیم پرداخت .

• پروتکل FTP)File Transfer Protocol) . از پروتکل فوق برای تکثیر فایل های موجود بر روی یک کامیپیوتر و کامپیوتر دیگر استفاده می گردد. ویندوز دارای یک برنامه خط دستوری بوده کهبه عنوان سرویس گیرنده ایفای وظیفه کرده و امکان ارسال و یا دریافت فایل ها را از یک سرویس دهنده FTP فراهم می کند.

• پروتکل SNMP)Simple Network Management Protocol) . از پروتکل فوق به منظور اخذ اطلاعات آماری استفاده می گردد. یک سیستم مدیریتی، درخواست خود را از یک آژانس SNMP مطرح و ماحصل عملیات کار در یک MIB)Management Information Base) ذخیره می گردد. MIB یک بانک اطلاعاتی بوده که اطلاعات مربوط به کامپیوترهای موجود در شبکه را در خود نگهداری می نماید .( مثلا” چه میزان فضا ی هارد دیسک وجود دارد).

• پروتکل TelNet . با استفاده از پروتکل فوق کاربران قادر به log on ، اجرای برنامه ها و مشاهده فایل های موجود بر روی یک کامپیوتر از راه دور می باشند. ویندوز دارای برنامه های سرویس دهنده و گیرنده جهت فعال نمودن و استفاده از پتانسیل فوق است .

• پروتکل SMTP)simple Mail Transfer Protocol) . از پروتکل فوق برای ارسال پیام الکترونیکی استفاده می گردد.

• پروتکل HTTP)HyperText Transfer Protocol) . پروتکل فوق مشهورترین پروتکل در این گروه بوده و از آن برای رایج ترین سرویس اینترنت یعنی وب استفاده می گردد. با استفاده از پروتکل فوق کامپیوترها قادر به مبادله فایل ها با فرمت های متفاوت ( متن، تصاویر ،گرافیکی ، صدا، ویدئو و…) خواهند بود. برای مبادله اطلاعات با استناد به پروتکل فوق می بایست ، سرویس فوق از طریق نصب سرویس دهنده وب فعال و در ادامه کاربران و استفاده کنندگان با استفاده از یک مرورگر وب قادر به استفاده از سرویس فوق خواهند بود.

• پروتکل NNTP)Network News Transfer Protocol) . از پروتکل فوق برای مدیریت پیام های ارسالی برای گروه های خبری خصوصی و عمومی استفاده می گردد. برای عملیاتی نمودن سرویس فوق می بایست سرویس دهنده NNTPبه منظور مدیریت محل ذخیره سازی پیام های ارسالی نصب و در ادامه کاربران و سرویس گیرندگان با استفاده از برنامه ای موسوم به NewsReader از اطلاعات ذخیره شده استفاده خواهند کرد.\

مدل آدرس دهی IP
علاوه بر جایگاه پروتکل ها، یکی دیگر از عناصر مهم در زیرساخت شبکه های مبتنی بر TCP/IP مدل آدرس دهی IP است . مدل انتخابی می بایست این اطمینان را بوجود آورد که اطلاعات ارسالی بدرستی به مقصد خواهند رسید. نسخه شماره چهار IP ( نسخه فعلی ) از ۳۲ بیت برای آدرس دهی استفاده کرده که به منظور تسهیل در امر نمایش بصورت چهار عدد صحیح ( مبنای ده ) که بین آنها نقطه استفاده شده است نمایش داده می شوند.

نحوه اختصاص IP
نحوه اختصاص IP به عناصر مورد نیاز در شبکه های مبتنی بر TCP/IP یکی از موارد بسیار مهم است . اختصاص IP ممکن است بصورت دستی و توسط مدیریت شبکه انجام شده و یا انجام رسالت فوق بر عهده عناصر سرویس دهنده نرم افزاری نظیر DHCP و یا NAT گذاشته گردد

Subnetting
یکی از مهمترین عملیات در رابطه با اختصاص IP مسئله Subnetting است . مسئله فوق به عنوان هنر و علمی است که ماحصل آن تقسیم یک شبکه به مجموعه ای از شبکه های کوچکتر (Subnet) از طریق بخدمت گرفتن ۳۲ بیت با نام Subnet mask بوده که بنوعی مشخصه (ID) شبکه را مشخص خواهد کرد.

کالبد شکافی آدرس های IP
هر دستگاه  در شبکه های مبتنی بر TCP/IP دارای یک آدرس منحصر بفرد است . آدرس فوق IP نامیده می شود. یک آدرس IP  مطابق زیر است :

۲۱۶.۲۷.۶۱.۱۳۷

به منظور بخاطر سپردن آسان آدرس های IP ، نحوه نما یش آنها بصورت دسیمال ( مبنای دهدهی ) بوده که توسط چهار عدد که توسط نقطه از یکدیگر جدا می گردند ،  است .  هر یک از اعداد فوق را octet می گویند. کامپیوترها برای ارتباط با یکدیگر از مبنای دو ( باینری ) استفاده می نمایند.  فرمت باینری آدرس IP اشاره شده بصورت زیر است :

۱۱۰۱۱۰۰۰.۰۰۰۱۱۰۱۱.۰۰۱۱۱۱۰۱.۱۰۰۰۱۰۰۱

همانگونه که مشاهده می گردد ، هر IP از ۳۲ بیت تشکیل می گردد.   بدین ترتیب می توان حداکثر ۴.۲۹۴.۹۶۷.۲۹۶ آدرس  منحصر   بفرد را استفاده کرد( ۲^۳۲ ) . مثلا” آدرس ۲۵۵.۲۵۵.۲۵۵.۲۵۵ برای Broadcast ( انتشار عام ) استفاده می گردد . نمایش یک IP بصورت چهار عدد ( Octet) صرفا” برای راحتی کار نبوده و از آنان برای ایجاد ” کلاس های IP ” نیز استفاده می گردد. هر Octet به دو بخش مجزا تقسیم می گردد:  شبکه (Net) و   میزبان (Host) . اولین  octet نشاندهنده  شبکه بوده و از آن برای مشخص نمودن شبکه ای که کامپیوتر به آن تعلق دارد ، استفاده می گردد. سه بخش دیگر octet ، نشاندهنده آدرس کامپیوتر موجود در شبکه است

پنج کلاس متفاوت IP  بهمراه برخی آدرس های خاص ، تعریف شده است :

• Default Network . آدرس IP 0.۰.۰.۰ ، برای شبکه پیش فرض در نظر گرفته شده است .آدرس فوق برای مواردیکه کامپیوتر میزبان از آدرس خود آگاهی ندارد استفاده شده تا به پروتکل هائی نظیر DHCP  اعلام نماید برای وی آدرسی را تخصیص دهد.

• کلاس A . کلاس فوق برای شبکه های بسیار بزرگ نظیر یک شرکت بین المللی در نظر گرفته می شود. آدرس هائی که اولین octet آنها ۱ تا ۱۲۶ باشد ، کلاس A می باشند. از سه octet دیگربه منظور مشخص نمودن هر یک از کامپیوترهای میزبان استفاده می گردد. بدین ترتیب مجموع شبکه های کلاس A ، معادل ۱۲۶ و هر یک از شبکه های  فوق  می توانند ۱۶.۷۷۷.۲۱۴ کامپیوتر میزبان داشته باشند. ( عدد فوق از طریق حاصل  ۲ – ۲^۲۴ بدست آمده است ) .بنابراین تعداد تمام کامپیوترهای میزبان در شبکه های کلاس A معادل ۲.۱۴۷.۴۸۳.۶۴۸ (۲^۳۱) است . در شبکه های  کلاس A ، بیت با ارزس بالا در اولین octet همواره مقدار صفر را دارد.

• LoopBack . آدرس IP 127.0.0.1 برای LoopBack در نظر گرفته شده است . کامپیوتر میزبان از آدرس فوق برای ارسال یک پیام برای خود استفاده می کند.( فرستنده و گیرنده پیام یک کامپیوتر می باشد) آدرس فوق اغلب برای تست و اشکال زدائی استفاده می گردد.

• کلاس B . کلاس فوق برای شبکه های متوسط در نظر گرفته می شود.( مثلا” یک دانشگاه بزرگ ) آدرس هائی که اولین octet آنها ۱۲۸ تا ۱۹۱ باشد ، کلاس B می باشند. در کلاس فوق از دومین octet هم برای مشخص کردن شبکه استفاده می گردد. از دو octet دیگر برای مشخص نمودن هر یک از کامپیوترهای میزبان در شبکه استفاده می گردد بدین ترتیب ۱۶.۳۸۴ ( ۲^۱۴) شبکه از نوع کلاس B وجود دارد. تعداد کامپیوترهای میزبان در این نوع شبکه ها( هر شبکه )  معادل ۶۵.۵۳۴ (۲ – ^۱۶ 2 ) است . بنابراین تعداد تمام کامپیوترهای میزبان در شبکه های کلاس B معادل ۱.۰۷۳.۷۴۱.۸۲۴ (۲^۳۰) است  در شبکه های  کلاس B ، اولین  و دومین بیت   در اولین octet  به ترتیب مقدار یک و صفر را دارا می باشند.

• کلاس C . کلاس فوق برای شبکه های کوچک تا متوسط در نظر گرفته می شود.آدرس هائی که اولین octet آنها ۱۹۲ تا ۲۲۳ باشد ، کلاس C می باشند. در کلاس فوق از دومین و سومین  octet هم برای مشخص کردن شبکه استفاده می گردد. از آخرین octet  برای مشخص نمودن هر یک از کامپیوترهای میزبان در شبکه استفاده می گردد . بدین ترتیب ۲.۰۹۷.۱۵۲ ( ^۲۱ 2 )  شبکه کلاس C وجود دارد.تعداد کامپیوترهای میزبان در این نوع شبکه ها( هر شبکه )  معادل ۲۵۴ (۲ – ^۸ 2 ) است . بنابراین تعداد تمام کامپیوترهای میزبان در شبکه های کلاس C معادل ۵۳۶.۸۷۰.۹۱۲ ( ۲^۲۹ ) است .  در شبکه های  کلاس C ، اولین  ، دومین و سومین بیت   در اولین octet  به ترتیب مقدار یک ، یک و  صفر را دارا می باشند.

• کلاس D . از کلاس فوق برای multicasts استفاده می شود. در چنین حالتی یک گره ( میزبان)  بسته اطلاعاتی خود را برای  یک گروه خاص ارسال می دارد. تمام دستگاه های موجود در گروه ، بسته اطلاعاتی ارسال شده را دریافت خواهند کرد. ( مثلا” یک روتر سیسکو آخرین وضعیت بهنگام شده خود را برای  سایر روترهای سیسکو ارسال می دارد ) کلاس فوق نسبت به سه کلاس قبلی دارای ساختاری کاملا” متفاوت است. اولین ، دومین ، سومین و چهارمین بیت به ترتیب دارای مقادیر یک ، یک ، یک و صفر می باشند.۲۸ بیت باقیمانده به منظور مشخص نمودن گروههائی از کامپیوتر بوده که پیام Multicast برای آنان در نظر گرفته می شود. کلاس فوق قادر به آدرسی دهی  ۲۶۸.۴۳۵.۴۵۶ (۲^۲۶ )  کامپیوتر است

• کلاس E . از کلاس فوق برای موارد تجربی استفاده می شود. کلاس فوق نسبت به سه کلاس اولیه دارای ساختاری متفاوت است . اولین ، دومین ، سومین و چهارمین بیت به ترتیب دارای مقادیر یک ، یک ، یک و یک می باشند.۲۸ بیت باقیمانده به منظور مشخص نمودن گروههائی از کامپیوتر بوده که پیام Multicast برای آنان در نظر گرفته می شود. کلاس فوق قادر به آدرسی دهی  ۲۶۸.۴۳۵.۴۵۶ (۲^۲۶ )  کامپیوتر است

• BroadCast. پیام هائی با آدرسی از این نوع ، برای تمامی کامپیوترهای در شبکه ارسال خواهد شد. این نوع پیام ها همواره دارای آدرس زیر خواهند بود :

۲۵۵.۲۵۵.۲۵۵.۲۵۵

• آدرس های رزو شده . آدرس های IP زیربه منظور استفاده در شبکه های خصوصی (اینترانت ) رزو شده اند :

• ۱۰.x.x.x
  172.۱۶.x.x
• ۱۷۲.۳۱.x.x
  
• ۱۹۲.۱۶۸.x.x

IP  نسخه شش . نسخه فوق برخلاف نسخه فعلی که از ۳۲ بیت به منظور آدرس دهی استفاده می نماید ، از ۱۲۸ بیت برای آدرس دهی استفاده می کند. هر شانزده بیت بصورت مبنای شانزده نمایش داده می شود. :

2b63:1478:1ac5:37ef:4e8c:75df:14cd:93f2

خلاصه :