پروتکل TCP/IP چیست؟

پروتکل TCP/IP

TCP/IP یک پروتکل استاندارد 4 لایه است که در اکثر شبکه های بزرگ بکار گرفته می شود . با اينکه پروتکل فوق کند و مستلزم استفاده از منابع زيادی است ، ولی بدليل مزايای بالای آن نظير : قابليت روتينگ ، حمايت در اغلب پلات فورم ها و سيستم های عامل همچنان در زمينه استفاده از پروتکل ها حرف اول را می زند. با استفاده از پروتکل فوق کاربران با در اختيار داشتن ويندوز و پس از اتصال به شبکه اينترنت، براحتی قادر به ارتباط با کاربران ديگر خواهند بود که از مکينتاش استفاده می کند

امروزه کمتر محيطی را می توان يافت که نيازبه دانش کافی در رابطه با TCP/IP نباشد. حتی سيستم عامل شبکه ای ناول که ساليان 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 اين زمينه ارائه نمود.
پروتکل TCP/IP در ابتدا برای استفاده در شبکه ARPAnet ( نسخه قبلی اينترنت ) طراحی گرديد. وزارت دفاع امريکا با همکاری برخی از دانشگاهها اقدام به طراحی يک سيستم جهانی نمود که دارای قابليت ها و ظرفيت 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 ديگر تشکيل شده که هر يک در لايه مربوطه، وظايف خود را انجام می دهند. پروتکل های موجود در لايه های Transport و Network دارای اهميت بسزائی بوده و در ادامه به بررسی آنها خواهيم پرداخت .

پروتکل های موجود در لايه Network پروتکل TCP/IP

• پروتکل TCP)Transmission Control Protocol) ، مهمترين وظيفه پروتکل فوق اطمينان از صحت ارسال اطلاعات است . پروتکل فوق اصطلاحا” Connection-oriented ناميده می شود. علت اين امر ايجاد يک ارتباط مجازی بين کامپيوترهای فرستنده و گيرنده بعد از ارسال اطلاعات است . پروتکل هائی از اين نوع ، امکانات بيشتری رابه منظور کنترل خطاهای احتمالی در ارسال اطلاعات فراهم نموده ولی بدليل افزايش بار عملياتی سيستم کارائی آنان کاهش خواهد يافت . از پروتکل TCPبه عنوان يک پروتکل قابل اطمينان نيز ياد می شود. علت اين امر ارسال اطلاعات و کسب آگاهی لازم از گيرنده اطلاعات به منظور اطمينان از صحت ارسال توسط فرستنده است . در صورتی که بسته های اطلاعاتی بدرستی دراختيار فرستنده قرار نگيرند، فرستنده مجددا” اقدام به ارسال اطلاعات می نمايد.

• پروتکل UDP) User Datagram Protocol) . پروتکل فوق نظير پروتکل TCP در لايه ” حمل ” فعاليت می نمايد. UDP بر خلاف پروتکل TCP بصورت ” بدون اتصال ” است  . بديهی است که سرعت پروتکل فوق نسبت به TCP سريعتر بوده ولی از بعد کنترل خطاء تظمينات لازم را ارائه نخواهد داد. بهترين جايگاه استفاده از پروتکل فوق در مواردی است که برای ارسال و دريافت اطلاعات به يک سطح بالا از اطمينان ، نياز نداشته باشيم .

• پروتکل IP)Internet Protocol) . پروتکل فوق در لايه شبکه ايفای وظيفه کرده و مهمترين مسئوليت آن دريافت و ارسال بسته های اطلاعاتی به مقاصد درست است . پروتکل فوق با استفاده از آدرس های نسبت داده شده منطقی، عمليات روتينگ را انجام خواهد داد.

پروتکل های موجود در لايه Application پروتکل TCP/IP
پروتکل TCP/IP صرفا” به سه پروتکل TCP ، UDP و IP محدود نشده و در سطح لايه Application دارای مجموعه گسترده ای از ساير پروتکل ها است . پروتکل های فوقبه عنوان مجموعه ابزارهائی برای مشاهده ، اشکال زدائی و اخذ اطلاعات و ساير عمليات مورد استفاده قرار می گيرند.در اين بخش به معرفی برخی از اين پروتکل ها خواهيم پرداخت .

• پروتکل FTP)File Transfer Protocol) . از پروتکل فوق برای تکثير فايل های موجود بر روی يک کاميپيوتر و کامپيوتر ديگر استفاده می گردد. ويندوز دارای يک برنامه خط دستوری بوده کهبه عنوان سرويس گيرنده ايفای وظيفه کرده و امکان ارسال و يا دريافت فايل ها را از يک سرويس دهنده FTP فراهم می کند.

• پروتکل SNMP)Simple Network Management Protocol) . از پروتکل فوق به منظور اخذ اطلاعات آماری استفاده می گردد. يک سيستم مديريتی، درخواست خود را از يک آژانس SNMP مطرح و ماحصل عمليات کار در يک MIB)Management Information Base) ذخيره می گردد. MIB يک بانک اطلاعاتی بوده که اطلاعات مربوط به کامپيوترهای موجود در شبکه را در خود نگهداری می نمايد .( مثلا” چه ميزان فضا ی هارد ديسک وجود دارد).

• پروتکل TelNet . با استفاده از پروتکل فوق کاربران قادر به log on ، اجرای برنامه ها و مشاهده فايل های موجود بر روی يک کامپيوتر از راه دور می باشند. ويندوز دارای برنامه های سرويس دهنده و گيرنده جهت فعال نمودن و استفاده از پتانسيل فوق است .

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

• پروتکل HTTP)HyperText Transfer Protocol) . پروتکل فوق مشهورترين پروتکل در اين گروه بوده و از آن برای رايج ترين سرويس اينترنت يعنی وب استفاده می گردد. با استفاده از پروتکل فوق کامپيوترها قادر به مبادله فايل ها با فرمت های متفاوت ( متن، تصاوير ،گرافيکی ، صدا، ويدئو و…) خواهند بود. برای مبادله اطلاعات با استناد به پروتکل فوق می بايست ، سرويس فوق از طريق نصب سرويس دهنده وب فعال و در ادامه کاربران و استفاده کنندگان با استفاده از يک مرورگر وب قادر به استفاده از سرويس فوق خواهند بود.

• پروتکل NNTP)Network News Transfer Protocol) . از پروتکل فوق برای مديريت پيام های ارسالی برای گروه های خبری خصوصی و عمومی استفاده می گردد. برای عملياتی نمودن سرويس فوق می بايست سرويس دهنده NNTPبه منظور مديريت محل ذخيره سازی پيام های ارسالی نصب و در ادامه کاربران و سرويس گيرندگان با استفاده از برنامه ای موسوم به NewsReader از اطلاعات ذخيره شده استفاده خواهند کرد.\

مدل آدرس دهی IP
علاوه بر جايگاه پروتکل ها، يکی ديگر از عناصر مهم در زيرساخت شبکه های مبتنی بر TCP/IP مدل آدرس دهی IP است . مدل انتخابی می بايست اين اطمينان را بوجود آورد که اطلاعات ارسالی بدرستی به مقصد خواهند رسيد. نسخه شماره چهار IP ( نسخه فعلی ) از 32 بيت برای آدرس دهی استفاده کرده که به منظور تسهيل در امر نمايش بصورت چهار عدد صحيح ( مبنای ده ) که بين آنها نقطه استفاده شده است نمايش داده می شوند.

نحوه اختصاص IP
نحوه اختصاص IP به عناصر مورد نياز در شبکه های مبتنی بر TCP/IP يکی از موارد بسيار مهم است . اختصاص IP ممکن است بصورت دستی و توسط مديريت شبکه انجام شده و يا انجام رسالت فوق بر عهده عناصر سرويس دهنده نرم افزاری نظير DHCP و يا NAT گذاشته گردد

Subnetting
يکی از مهمترين عمليات در رابطه با اختصاص IP مسئله Subnetting است . مسئله فوق به عنوان هنر و علمی است که ماحصل آن تقسيم يک شبکه به مجموعه ای از شبکه های کوچکتر (Subnet) از طريق بخدمت گرفتن ۳۲ بيت 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 يک آدرس منحصر بفرد است . آدرس فوق IP ناميده می شود. يک آدرس IP  مطابق زير است :

216.27.61.137

به منظور بخاطر سپردن آسان آدرس های IP ، نحوه نما يش آنها بصورت دسيمال ( مبنای دهدهی ) بوده که توسط چهار عدد که توسط نقطه از يکديگر جدا می گردند ،  است .  هر يک از اعداد فوق را octet می گويند. کامپيوترها برای ارتباط با يکديگر از مبنای دو ( باينری ) استفاده می نمايند.  فرمت باينری آدرس IP اشاره شده بصورت زير است :

11011000.00011011.00111101.10001001

همانگونه که مشاهده می گردد ، هر IP از 32 بيت تشکيل می گردد.   بدين ترتيب می توان حداکثر 4.294.967.296 آدرس  منحصر   بفرد را استفاده کرد( 2³² ) . مثلا” آدرس 255.255.255.255 برای Broadcast ( انتشار عام ) استفاده می گردد . نمايش يک IP بصورت چهار عدد ( Octet) صرفا” برای راحتی کار نبوده و از آنان برای ايجاد ” کلاس های IP ” نيز استفاده می گردد. هر Octet به دو بخش مجزا تقسيم می گردد:  شبکه (Net) و   ميزبان (Host) . اولين  octet نشاندهنده  شبکه بوده و از آن برای مشخص نمودن شبکه ای که کامپيوتر به آن تعلق دارد ، استفاده می گردد. سه بخش ديگر octet ، نشاندهنده آدرس کامپيوتر موجود در شبکه است

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

• Default Network . آدرس IP 0.0.0.0 ، برای شبکه پيش فرض در نظر گرفته شده است .آدرس فوق برای موارديکه کامپيوتر ميزبان از آدرس خود آگاهی ندارد استفاده شده تا به پروتکل هائی نظير DHCP  اعلام نمايد برای وی آدرسی را تخصيص دهد.

• کلاس A . کلاس فوق برای شبکه های بسيار بزرگ نظير يک شرکت بين المللی در نظر گرفته می شود. آدرس هائی که اولين octet آنها 1 تا 126 باشد ، کلاس A می باشند. از سه octet ديگربه منظور مشخص نمودن هر يک از کامپيوترهای ميزبان استفاده می گردد. بدين ترتيب مجموع شبکه های کلاس A ، معادل 126 و هر يک از شبکه های  فوق  می توانند 16.777.214 کامپيوتر ميزبان داشته باشند. ( عدد فوق از طريق حاصل  2 – 2²⁴ بدست آمده است ) .بنابراين تعداد تمام کامپيوترهای ميزبان در شبکه های کلاس A معادل 2.147.483.648 (2³¹) است . در شبکه های  کلاس A ، بيت با ارزس بالا در اولين octet همواره مقدار صفر را دارد.

• LoopBack . آدرس IP 127.0.0.1 برای LoopBack در نظر گرفته شده است . کامپيوتر ميزبان از آدرس فوق برای ارسال يک پيام برای خود استفاده می کند.( فرستنده و گيرنده پيام يک کامپيوتر 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” يک دانشگاه بزرگ ) آدرس هائی که اولين octet آنها 128 تا 191 باشد ، کلاس B می باشند. در کلاس فوق از دومين octet هم برای مشخص کردن شبکه استفاده می گردد. از دو octet ديگر برای مشخص نمودن هر يک از کامپيوترهای ميزبان در شبکه استفاده می گردد بدين ترتيب 16.384 ( 2¹⁴) شبکه از نوع کلاس B وجود دارد. تعداد کامپيوترهای ميزبان در اين نوع شبکه ها( هر شبکه )  معادل 65.534 (2 – ¹⁶ 2 ) است . بنابراين تعداد تمام کامپيوترهای ميزبان در شبکه های کلاس B معادل 1.073.741.824 (2³⁰) است  در شبکه های  کلاس B ، اولين  و دومين بيت   در اولين octet  به ترتيب مقدار يک و صفر را دارا می باشند.

• کلاس C . کلاس فوق برای شبکه های کوچک تا متوسط در نظر گرفته می شود.آدرس هائی که اولين octet آنها 192 تا 223 باشد ، کلاس C می باشند. در کلاس فوق از دومين و سومين  octet هم برای مشخص کردن شبکه استفاده می گردد. از آخرين octet  برای مشخص نمودن هر يک از کامپيوترهای ميزبان در شبکه استفاده می گردد . بدين ترتيب 2.097.152 ( ²¹ 2 )  شبکه کلاس C وجود دارد.تعداد کامپيوترهای ميزبان در اين نوع شبکه ها( هر شبکه )  معادل 254 (2 – ⁸ 2 ) است . بنابراين تعداد تمام کامپيوترهای ميزبان در شبکه های کلاس C معادل 536.870.912 ( 2²⁹ ) است .  در شبکه های  کلاس C ، اولين  ، دومين و سومين بيت   در اولين octet  به ترتيب مقدار يک ، يک و  صفر را دارا می باشند.

• کلاس D . از کلاس فوق برای multicasts استفاده می شود. در چنين حالتی يک گره ( ميزبان)  بسته اطلاعاتی خود را برای  يک گروه خاص ارسال می دارد. تمام دستگاه های موجود در گروه ، بسته اطلاعاتی ارسال شده را دريافت خواهند کرد. ( مثلا” يک روتر سيسکو آخرين وضعيت بهنگام شده خود را برای  ساير روترهای سيسکو ارسال می دارد ) کلاس فوق نسبت به سه کلاس قبلی دارای ساختاری کاملا” متفاوت است. اولين ، دومين ، سومين و چهارمين بيت به ترتيب دارای مقادير يک ، يک ، يک و صفر می باشند.28 بيت باقيمانده به منظور مشخص نمودن گروههائی از کامپيوتر بوده که پيام Multicast برای آنان در نظر گرفته می شود. کلاس فوق قادر به آدرسی دهی  268.435.456 (2²⁶ )  کامپيوتر است

• کلاس E . از کلاس فوق برای موارد تجربی استفاده می شود. کلاس فوق نسبت به سه کلاس اوليه دارای ساختاری متفاوت است . اولين ، دومين ، سومين و چهارمين بيت به ترتيب دارای مقادير يک ، يک ، يک و يک می باشند.28 بيت باقيمانده به منظور مشخص نمودن گروههائی از کامپيوتر بوده که پيام Multicast برای آنان در نظر گرفته می شود. کلاس فوق قادر به آدرسی دهی  268.435.456 (2²⁶ )  کامپيوتر است

• BroadCast. پيام هائی با آدرسی از اين نوع ، برای تمامی کامپيوترهای در شبکه ارسال خواهد شد. اين نوع پيام ها همواره دارای آدرس زير خواهند بود :

255.255.255.255

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

• 10.x.x.x
  172.16.x.x
• 172.31.x.x
  
• 192.168.x.x

IP  نسخه شش . نسخه فوق برخلاف نسخه فعلی که از 32 بيت به منظور آدرس دهی استفاده می نمايد ، از 128 بيت برای آدرس دهی استفاده می کند. هر شانزده بيت بصورت مبنای شانزده نمايش داده می شود. :

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

خلاصه :