پروتکل چیست؟

پروتکل چیست (what is the protocol)؛ پروتکل یا شیوه نامه به مجموعه‌ای از قوانین می‌گویند که برای فرمت‌بندی و مدیریت داده‌ها استفاده می‌شود. نزدیک‌ترین مفاهیم مربوط به آن شامل:

• پروتکل ارتباطات
• پروتکل اینترنت
• پروتکل رمزنگاری
• پروتکل بافرز

پروتکل‌های شبکه به عنوان یک زبان مشترک بین کامپیوترها عمل می‌کنند. حتی با وجود تفاوت‌های زیاد در نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای استفاده‌ شده در یک شبکه، پروتکل‌ها به کامپیوترها این امکان را می‌دهند که به راحتی با یکدیگر ارتباط برقرار نمایند. با افزایش ارتباط کامپیوترها حوزه خدمات شبکه شکل می‌گیرد.

Protocol چیست؟

پروتکل در شبکه چیست، معنی پروتکل چیست، منظور از پروتکل چیست، پروتکل چیست به زبان ساده همه این‌ها سوال‌هایی هستند که هنگام سرچ پروتکل می‌بینیم. می‌توان گفت که یک سری از قوانین وجود دارند که مشخص می‌کنند چگونه دو کامپیوتر در یک شبکه با همدیگر ارتباط برقرار نمایند، مانند IP و TCP.

برای مثال، فرض کنید تصمیم داریم یک سرویس انتقال فایل (FTP) راه‌اندازی نماییم. این سرویس برای جابه‌جایی داده‌ها طراحی شده است. حالا برای اینکه اطلاعات به درستی از طریق این سرویس منتقل شوند، باید یک مجموعه از اصول و استانداردها را تعریف کنیم. این چارچوب از قوانین که برای استفاده از سرویس FTP تعیین می‌نماییم، پروتکل نامیده می‌شود.

کاربرد پروتکل در ارتباطات و اتصالات شبکه

پروتکل‌ها در دنیای شبکه‌ها همانند زبان مشترکی هستند که دستگاه‌ها برای برقراری ارتباط از آن استفاده می‌کنند. این قوانین و استانداردها تعیین می‌نمایند که داده‌ها چگونه بسته‌بندی، ارسال و تفسیر شوند. بدون پروتکل‌ها، دستگاه‌های مختلف قادر به درک یکدیگر نبوده و تبادل اطلاعات به صورت موثر امکان‌پذیر نخواهد بود.

درک اینکه پروتکل چیست و شناخت کاربرد آن‌ها برای متخصصان شبکه بسیار مهم است. با دانستن پروتکل‌ها می‌توان مشکلات شبکه را بهتر تشخیص و رفع کرد، عملکرد شبکه را بهبود بخشید و امنیت شبکه را افزایش داد. این موارد در زیر دسته پشتیبانی شبکه و پشتیبانی شبکه‌های کامپیوتری قرار می‌گیرند که برای افزایش آگاهی خود می‌توانید لینک مربوطه را مطالعه کنید.

نحوه عملکرد Protocol

حالا که با مفهوم پروتکل چیست آشنا شدید بهتر است تا با نحوه عملکرد آن‌ها آشنا شویم. پروتکل‌ها مشخص می‌کنند که چگونه داده‌ها باید بسته‌بندی، منتقل، تایید هویت، تصحیح خطا و کنترل جریان و خطا شوند.

 وقتی داده‌ها بین دستگاه‌ها جابه‌جا می‌گردند، ابتدا به بخش‌های کوچکتری تقسیم شده و به صورت سریالی یا موازی ارسال می‌شوند. دستگاه گیرنده با استفاده از قالب‌های تعیین‌شده توسط پروتکل، این داده‌ها را تحلیل و بازسازی می‌کند.

هدف از استفاده از این قوانین و ساختارها در پروتکل، اطمینان از ارتباط و تعامل صحیح بین دستگاه‌ها است. این قوانین مشخص می‌کنند که داده‌ها چگونه بسته‌بندی و از طریق شبکه منتقل شوند، هویت‌ها چگونه تایید گردند، خطاها چطور اصلاح و جریان داده‌ها چگونه مدیریت شوند. ترجمه و تفسیر داده‌ها برای دستگاه‌ها بر عهده قالب‌هایی است که در پروتکل تعیین شده‌اند.

انواع Protocol

بعد از آشنایی با مفهوم اینکه پروتکل چیست سپس باید با انواع آن‌ها آشنایی پیدا کنیم. پروتکل‌ها در لایه‌های مختلفی از شبکه‌های کامپیوتری به کار می‌روند، و هرکدام وظیفه خاصی را بر عهده دارند؛ از انتقال داده‌ها و مدیریت ترافیک تا تایید هویت و تصحیح خطا.

 با توجه به اهمیت بالای پروتکل‌ها در شبکه، آشنایی با انواع مختلف آن‌ها می‌تواند به درک بهتر عملکرد شبکه‌ها و بهینه‌سازی ارتباطات درون آن‌ها کمک کند. 

در ادامه، به معرفی انواع مختلف پروتکل‌های شبکه می‌پردازیم و نقش هر کدام را در تسهیل ارتباطات شبکه‌ای بررسی می‌نماییم.

منظور از لایه‌های مدل OSI چیست؟

مدل OSI نشان دهنده نحوه کار اینترنت می‌باشد. این مدل شامل 7 لایه است که هر لایه نشان دهنده دسته متفاوتی از عملکردهای شبکه است.

• لایه فیزیکی ( لایه اول ): در این لایه انتقال بیت‌های خام داده از طریق رسانه های انتقال انجام می گیرد.
• لایه پیوند داده ( لایه دوم ): فرمت داده ها در شبکه را مشخص می کند. مهم ‌ترین وظیفه این لایه بررسی درستی داده‌ها است. 
• لایه شبکه ( لایه سوم ): مهم‌ ترین وظیفه لایه‌ شبکه، مسیریابی می‌باشد.
• لایه انتقال ( لایه چهارم ): این لایه وظیفه انتقال داده ها با استفاده از پروتکل های انتقال مانند TCP و UDP را به عهده دارد.
• لایه Session یا جلسه ( لایه پنجم ): سبب حفظ ارتباط بین ارسال‌ و دریافت ‌کننده می ‌شود و مسئولیت کنترل پورت ها و Session ها را به عهده دارد. یکی از مهم ‌ترین وظایف این لایه برقراری امنیت در ارتباطات است.
• لایه نمایش ( لایه ششم ): داده‌ های لایه بالاتر را می‌گیرد و آنها را به گونه ای فرمت بندی می‌کند که شناسایی آن در کامپیوتر مقصد ممکن باشد. یکی دیگر از مهم ‌ترین وظایف این لایه، رمزگذاری یا Encryption داده‌ها است.
• لایه اپلیکیشن ( لایه هفتم ): این لایه، لایه تعامل انسان و کامپیوتر است. در این لایه نرم افزارهای کاربردی می توانند به سرویس های شبکه دسترسی پیدا کنند.

چه پروتکل‌هایی روی لایه شبکه عمل می‌کنند؟

پروتکل‌ها، همانطور که پیش‌تر گفتیم، زبان مشترک دستگاه‌ها در شبکه هستند. اما این زبان‌ها تنوع بسیاری دارند و هر کدام برای کاربرد خاصی طراحی شده‌اند. در ادامه به برخی از مهم‌ترین انواع پروتکل‌هایی که روی لایه شبکه عمل می‌کنند، می‌پردازیم:

IPsec

این کلمه، اختصاری برای عبارت «امنیت پروتکل اینترنت» (Internet Protocol Security) است و یک اتصال IP رمزنگاری‌شده و احراز هویت شده روی یک شبکه خصوصی مجازی برقرار می‌سازد. 

از نظر فنی IPsec یک پروتکل نیست، بلکه یک مجموعه از پروتکل‌ها است که شامل EAP یعنی «پروتکل امنیت کپسوله‌سازی» (Encapsulating Security Protocol)، AH یعنی «هدر احراز هویت» (Authentication Header) و SA یعنی «پیوستگی‌های امنیتی» (Security Associations) می‌باشد.

ICMP

این کلمه، اختصار عنوان «پروتکل مدیریت کنترل اینترنت» (Internet Control Message Protocol) است و خطاها را گزارش کرد و آپدیت‌های وضعیتی را عرضه می‌کند. برای نمونه اگر روتر نتواند بسته‌ای را تحویل دهد، یک پیام ICMP به مبدا پیام بازگشت می‌دهد.

IGMP

این کلمه اختصار عنوان «پروتکل مدیریت گروه اینترنت» (Internet Group Management Protocol) اتصال‌های شبکه یک به چند ایجاد می‌نماید. IGMP به را‌ه‌اندازی multicasting یعنی چند رایانه که می‌توانند بسته‌های داده‌‌ی ارسالی به یک نشانی IP را دریافت کنند، کمک می‌کند.

چه پروتکل‌های دیگری در اینترنت استفاده می‌شوند؟

در ادامه برخی دیگر از مهم‌ترین پروتکل‌های مورد استفاده در اینترنت را بررسی می‌کنیم.

TCP

TCP یک پروتکل لایه انتقال است که تحویل مطمئن داده‌ها را تضمین می‌کند. TCP به منظور استفاده همراه با IP طراحی شده و این دو پروتکل غالبا همراه با هم به صورت TCP/IP نامیده می‌شوند.

HTTP

این کلمه اختصاری برای عنوان «پروتکل انتقال ابرمتن» (Hypertext Transfer Protocol) می‌]باشد و شالوده تار جهان‌گستر وب یعنی آن چه اغلب افراد به نام اینترنت می‌شناسند را تشکیل داده است. 

این پروتکل به منظور ارسال داده‌ها بین دستگاه‌ها استفاده می‌شود. HTTP به لایه اپلیکیشن (لایه هفتم) تعلق دارد، زیرا داده‌ها را در قالبی قرار می‌دهد که اپلیکیشن‌ها (مانند مرورگرها) بتوانند به طور مستقیم و بدون نیاز به تفسیر بیشتر استفاده کنند. لایه‌های تحتانی مدل OSI از سوی سیستم عامل رایانه‌ها و نه اپلیکیشن‌ها مدیریت می‌شوند.

HTTPS

مشکل HTTP این است که رمزنگاری نشده است و هر مهاجمی که یک پیام HTTP را دریافت کند، می‌تواند آن را بخواند. HTTPS یعنی HTTP امن این مشکل را با رمزنگاری پیام‌ها حل می‌نماید.

TLS/SSL

این کلمه از دو بخش تشکیل یافته است. بخش TLS اختصاری برای عنوان «امنیت لایه انتقال» (Transport Layer Security) و بخش SSL اختصار عنوان «لایه سوکت‌های امن» (Secure Sockets Layer) می‌باشد. HTTPS از این پروتکل‌ها برای رمزنگاری پیام‌ها استفاده می‌کند.

UDP

این کلمه اختصاری برای عبارت «پروتکل دیتاگرام کاربر»‌ (User Datagram Protocol) است. این پروتکل نسبت به پروتکل TCP سریع‌تر و مطمئن‌تر می‌باشد و در لایه انتقال به جای TCP کاربرد دارد. این پروتکل غالبا در سرویس‌هایی مانند استریم کردن ویدیو و بازی که تحویل سریع داده‌ها اهمیت زیادی دارد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

روترها از چه پروتکل‌هایی استفاده می‌کنند؟

روترها از پروتکل‌های ویژه‌ای برای شناسایی بهترین مسیرها در شبکه استفاده می‌کنند. این پروتکل‌ها به انتقال داده‌های کاربران مربوط نمی‌شوند و فقط برای عملکرد داخلی روترها طراحی شده‌اند. در ادامه، به معرفی برخی از پروتکل‌های کلیدی که در روترها مورد استفاده قرار می‌گیرند، خواهیم پرداخت.

BGP

این کلمه اختصاری برای عبارت «پروتکل گیت‌وی مرزی»‌ (Border Gateway Protocol) است که یک پروتکل لایه اپلیکیشن است و برای انتشار نشانی‌های IP که تحت اختصار روتر است مورد استفاده قرار می‌گیرد. این اطلاعات به روترها امکان می‌دهند در مورد این که کدام بسته‌های داده باید از یک مسیر به سمت مقصد عبور بکنند، تصمیم‌گیری کنند.

EIGRP

«پروتکل مسیریابی گیت‌وی داخلی بهبودیافته» (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) مسافت‌های بین روترها را اندازه‌گیری می‌کند.EIGRP به طور خودکار هر رکورد روتر را در بهترین مسیر (که جدول مسیریابی نامیده می‌شود) به‌روزرسانی می‌نماید و این به‌روزرسانی‌ها را به روترهای دیگر درون شبکه نیز منتشر می‌کند.

OSPF

پروتکل «کوتاه‌ترین مسیر باز در وهله نخست» (Open Shortest Path First) کارآمدترین مسیرهای شبکه را بر اساس طیفی از عوامل از قبیل مسافت و پهنای باند محاسبه می‌کند.

RIP

«پروتکل اطلاعات مسیریابی» (Routing Information Protocol) یک پروتکل مسیریابی قدیمی‌تر می‌باشد که مسافت بین روترها را اندازه‌گیری می‌کند. RIP یک پروتکل لایه اپلیکیشن است.

پروتکل های لایه پیوند داده

لایه پیوند داده (Data Link Layer) دومین لایه از مدل OSI است که مسئولیت برقراری ارتباط قابل اعتماد بین دو دستگاه مجاور در یک شبکه محلی را بر عهده دارد. پروتکل‌های این لایه وظیفه دارند تا داده‌ها را به صورت فریم‌های (frame) سازماندهی کرده و آن‌ها را به طور صحیح بین دستگاه‌ها منتقل کنند.

پروتکل HDLC

HDLC یک پروتکل ارتباطی لایه پیوند داده است که برای انتقال داده بین دستگاه‌های مخابراتی و شبکه استفاده می‌شود. این پروتکل توسط سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO) توسعه یافته و در استاندارد ISO/IEC 13239:2002 تعریف شده است. HDLC تضمین می‌کند که انتقال داده‌ها به صورت قابل اعتماد انجام گردد و یک دستگاه بتواند داده‌های ارسال شده توسط دستگاه دیگر را درک کند.

پروتکل دسترسی به ایمیل

پروتکل های دسترسی به ایمیل، قوانین و استانداردهایی هستند که مشخص می‌کنند چگونه یک برنامه ایمیل (مانند Outlook، Gmail یا Thunderbird) می‌تواند به یک سرور ایمیل متصل شده و ایمیل‌ها را دریافت و ارسال نماید. این پروتکل‌ها نقش بسیار مهمی در نحوه مدیریت و سازماندهی ایمیل‌های شما دارند.

پروتکل imap

IMAP یک پروتکل استاندارد برای دسترسی به ایمیل‌ها بر روی سرور است. این پروتکل به شما اجازه می‌دهد تا ایمیل‌های خود را به صورت آنلاین بر روی سرور مدیریت کنید. این بدان معنی است که شما می‌توانید از هر دستگاهی که به اینترنت متصل باشد، به ایمیل‌های خود دسترسی داشته باشید و آن‌ها را مدیریت نمایید.

پروتکل های شبکه ای

پروتکل شبکه مجموعه ای از قوانین می‌باشد که توسط شبکه همراه می‌شود. انواع پروتکل‌های شبکه الزامات رسمی و برنامه‌هایی متشکل از قوانین‌، رویه‌ها و انواع است که ارتباط بین چند دستگاه از طریق شبکه را توصیف می‌کند. برخی از انواع پروتکل‌‌های شبکه‌ای شامل موارد زیر می‌شوند:

TCP/IP

پروتکل اصلی و پرکاربرد برای ارتباطات در اینترنت و شبکه‌های محلی TCP است. این پروتکل وظیفه ایجاد ارتباطات مطمئن و قابل اطمینان را بر عهده دارد. TCP همچنین تضمین می‌کند که داده‌ها به درستی و به ترتیب مورد نظر منتقل شوند، بدون اینکه مشکلی در انتقال آن‌ها پیش بیاید.

 HTTP

پروتکل HTTP یکی از رایج‌ترین پروتکل‌هایی است که برای برقراری ارتباط و انتقال داده‌ها در اینترنت به کار می‌رود. این پروتکل بر پایه TCP/IP عمل می‌کند و ارتباط میان سرور و کلاینت‌ها را امکان‌پذیر می‌سازد. نسخه‌ای ایمن‌تر از HTTP، یعنی HTTPS، با استفاده از گواهینامه SSL برای ایجاد اتصالات امن‌تر و محافظت‌شده، طراحی شده است.

پروتکل FTP

برای انتقال فایل‌ها، پروتکل FTP به کار می‌رود که امکان برقراری تا 256 ارتباط همزمان را فراهم می‌کند و مسئولیت احراز هویت کلاینت‌ها و جابجایی فایل‌ها را بر عهده دارد.

پروتکل DNS

سیستم نام دامنه یا DNS، سیستمی است که نام‌های دامنه را به آدرس‌های IP تبدیل می‌کند. این قابلیت به کاربران امکان می‌دهد تا به جای وارد کردن آدرس‌های عددی IP، از نام‌های دامنه استفاده نمایند. DNS نقش کلیدی در تسهیل استفاده از اینترنت دارد، زیرا بدون آن، کاربران باید به خاطر سپردن و وارد کردن آدرس‌های عددی IP می‌پرداختند که کار با اینترنت را بسیار پیچیده‌تر می‌کرد.

دیگر پروتکل ها

اما همانطور که گفتیم پروتکل‌ها انواع مختلفی دارند که هر یک برای نیازهای خاصی طراحی شده‌اند. این پروتکل‌ها ممکن است کمتر شناخته شده باشند، اما نقش مهمی در بهبود امنیت، کارایی، و پایداری شبکه‌ها ایفا می‌نمایند. حالا چند پروتکل دیگر را در ادامه معرفی می‌کنیم.

پروتکل SSL

پروتکل امنیت لایه سوکت (Secure Sockets Layer – SSL)، پروتکلی که برای ایجاد ارتباط امن میان مرورگر و سرور وب استفاده می‌شود.

پروتکل TLS

پروتکل امنیت لایه انتقال (Transport Layer Security – TLS)، پروتکلی که برای رمزنگاری و تأمین ارتباط امن بین دو دستگاه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 پروتکل SSH

پروتکل SSH Secure Shell برای برقراری ارتباطات امن از طریق شبکه طراحی شده است. این پروتکل به کاربران این امکان را می‌دهد که به طور ایمن به سرورها و سیستم‌های از راه دور متصل شوند و دستورات را اجرا کنند. SSH از رمزنگاری برای حفاظت از داده‌ها و احراز هویت استفاده می‌نماید، که امنیت انتقال اطلاعات را تضمین می‌کند.

پروتکل های ارتباط با دستگاه ها (USB و Bluetooth)

پروتکل‌های ارتباط با دستگاه‌ها مانند USB و Bluetooth برای تبادل داده‌ها و اتصال دستگاه‌ها به یکدیگر طراحی شده‌اند. پروتکل USB (Universal Serial Bus) به دستگاه‌ها این امکان را می‌دهد که از طریق کابل به یکدیگر متصل شوند و داده‌ها را با سرعت بالا منتقل کنند. از طرف دیگر، Bluetooth برای ارتباطات بی‌سیم کوتاه‌برد بین دستگاه‌ها استفاده می‌گردد و برای اتصال دستگاه‌هایی مانند هدفون، کیبورد و ماوس به کار می‌رود. هر دو پروتکل، راحتی و انعطاف‌پذیری در برقراری ارتباطات میان دستگاه‌های مختلف را فراهم می‌آورند.

بررسی تفصیلی پروتکل اینترنت (IP)

پروتکل اینترنت (IP) از جمله اساسی‌ترین پروتکل‌های شبکه‌های کامپیوتری است که وظیفه مسیریابی و آدرس‌دهی بسته‌های داده را به عهده دارد تا به مقصد درست منتقل شوند. این پروتکل اطلاعات هر بسته را به روترها ارسال می‌کند تا مسیر صحیح برای انتقال بسته‌ها مشخص گردد. هر دستگاه متصل به اینترنت یک نشانی IP منحصر به فرد دارد که برای هدایت داده‌ها به مقصد کمک می‌کند. پس از رسیدن داده‌ها، روش مدیریت آن‌ها بستگی به پروتکل انتقالی استفاده شده همراه با IP دارد، مانند TCP یا UDP.

پیاده‌سازی پروتکل‌های شبکه

برای اینکه پروتکل‌های شبکه به درستی عمل نمایند، باید در نرم‌افزارهایی پیاده‌سازی شوند که می‌توانند بخشی از سیستم‌عامل یا اپلیکیشن‌های مختلف باشند و گاهی نیز در سخت‌افزار رایانه‌ها قرار می‌گیرند. سیستم‌عامل‌های مدرن معمولا شامل خدمات نرم‌افزاری برای مدیریت پروتکل‌های شبکه هستند، و بسیاری از برنامه‌ها مانند مرورگرهای وب از کتابخانه‌های نرم‌افزاری برای استفاده از این پروتکل‌ها بهره می‌برند. علاوه بر این، پروتکل‌های مانند TCP/IP و مسیریابی نیز ممکن است به‌طور مستقیم در سخت‌افزار برای بهبود عملکرد پیاده‌سازی شوند.

آسیب‌پذیری‌های پروتکل‌ها

یکی از مشکلات اساسی در پروتکل‌های شبکه این است که بسیاری از آن‌ها به طور خاص با تمرکز بر امنیت طراحی نشده‌اند. این ضعف می‌تواند منجر به حملات مختلفی مانند شنود اطلاعات و مسمومیت کش گردد که بر عملکرد سیستم تاثیر می‌گذارند. 

به ویژه، یکی از شایع‌ترین حملات، ارسال اطلاعات نادرست درباره مسیرهاست که باعث هدایت ترافیک به مقصدهای ناامن می‌شود. برای مقابله با این مشکلات، ابزارهای تحلیلی پروتکل‌های شبکه طراحی و نصب می‌گردند. این ابزارها از طریق فایروال‌ها، نرم‌افزارهای آنتی‌ویروس و ضد اسپم به حفاظت سیستم‌ها در برابر تهدیدات مخرب کمک می‌کنند.

پروتکل‌ها را کدام گروه یا سازمانی تعریف و منتشر می‌کند؟

در پاسخ به این سوال می توان گفت که سازمان های زیر مسئول تعریف و انتشار پروتکل ها در جهان می باشند :

The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)

The Internet Engineering Task Force (IETF)

The International Organization for Standardization (ISO)

The International Telecommunications Union (ITU)

The World Wide Web Consortium (W3C)

 اصطلاح مجموعه پروتکل (Protocol Suite) به چه معناست؟

مجموعه‌ای از پروتکل‌ها که به‌طور هماهنگ عمل می‌کنند تا به هدف یا فرآیند مشخصی دست یابند، به عنوان “مجموعه پروتکل” شناخته می‌شود. این مجموعه‌ها در شبکه معمولاً به صورت لایه‌ای طراحی می‌گردند و به “پشته پروتکل” (Protocol Stack) معروف هستند.

در پشته پروتکل، هر لایه وظایف خاص خود را دارد. به عنوان مثال، پشته پروتکل اینترنت (Internet Protocol Stack) شامل پنج لایه می‌باشد: لایه Application، لایه Transport، لایه Network، لایه Data Link و لایه Physical. هر یک از این لایه‌ها شامل پروتکل‌های مختلفی است که برای برقراری ارتباط در اینترنت به همکاری با یکدیگر می‌پردازند. برای توضیحات بیشتر، لطفا به بخش سوالات متداول مراجعه کنید.

نتیجه‌گیری 

در این مقاله آموزشی به بررسی کامل مفهوم اینکه پروتکل چیست و تحلیل انواع پروتکل‌های شبکه اینترنت پرداختیم تا شما به درک کاملی از معنای پروتکل و کاربردهای آن در شبکه‌های مختلف دست یابید. علاوه بر این، وظایف و نقش هر پروتکل در شبکه اینترنت نشان داده شده است که هر پروتکل بر اساس نیازها و کاربردهای خاص خود، چهارچوب و قوانین ویژه‌ای را تعریف می‌کند که بر اساس آن‌ها عملکرد و تعاملات شبکه بهینه می‌شود.