م?اهیم پروتکل TCP/IP در شبکه

پروتکل TCP/IP TCP/IP ، یکی از مهمترین پروتکل های است?اده شده در شبکه های کامپیوتری است . اینترنت بعنوان بزرگترین شبکه موجود ، از پروتکل ?وق بمنظور ارتباط دستگاه های مت?اوت است?اده می نماید. پروتکل ، مجموعه قوانین لازم بمنظور قانونمند نمودن نحوه ارتباطات در شبکه های کامپیوتری است .در مجموعه مقالاتی که ارائه خواهد شد به بررسی این پروتکل خواهیم پرداخت . در این بخش مواردی همچون : ?رآیند انتقال اطلاعات ، معر?ی و تشریح لایه های پروتکل TCP/IP و نحوه است?اده از سوکت برای ایجاد تمایز در ارتباطات ، تشریح می گردد. مقدمه امروزه اکثر شبکه های کامپیوتری بزرگ و اغلب سیستم های عامل موجود از پروتکل TCP/IP ، است?اده و حمایت می نمایند. TCP/IP ، امکانات لازم بمنظور ارتباط سیستم های غیرمشابه را ?راهم می آورد. از ویژگی های مهم پروتکل ?وق ، می توان به مواردی همچون : قابلیت اجراء بر روی محیط های مت?اوت ، ضریب اطمینان بالا ،قابلیت گسترش و توسعه آن ، اشاره کرد . از پروتکل ?وق، بمنظور دستیابی به اینترنت و است?اده از سرویس های متنوع آن نظیر وب و یا پست الکترونیکی است?اده می گردد. تنوع پروتکل های موجود در پشته TCP/IP و ارتباط منطقی و سیستماتیک آنها با یکدیگر، امکان تحقق ارتباط در شبکه های کامپیوتری را با اهدا? مت?اوت ، ?راهم می نماید. ?رآیند برقراری یک ارتباط ، شامل ?عالیت های متعددی نظیر : تبدیل نام کامپیوتر به آدرس IP معادل ، مشخص نمودن موقعیت کامپیوتر مقصد ، بسته بندی اطلاعات ، آدرس دهی و روتینگ داده ها بمنظور ارسال مو?قیت آمیز به مقصد مورد نظر ، بوده که توسط مجموعه پروتکل های موجود در پشته TCP/IP انجام می گیرد. معر?ی پروتکل TCP/IP TCP/IP ، پروتکلی استاندارد برای ارتباط کامپیوترهای موجود در یک شبکه مبتنی بر ویندوز 2000 است. از پروتکل ?وق، بمنظور ارتباط در شبکه های بزرگ است?اده می گردد. برقراری ارتباط از طریق پروتکل های متعددی که در چهارلایه مجزا سازماندهی شده اند ، میسر می گردد. هر یک از پروتکل های موجود در پشته TCP/IP ، دارای وظی?ه ای خاص در این زمینه ( برقراری ارتباط) می باشند . در زمان ایجاد یک ارتباط ، ممکن است در یک لحظه تعداد زیادی از برنامه ها ، با یکدیگر ارتباط برقرار نمایند. TCP/IP ، دارای قابلیت ت?کیک و تمایز یک برنامه موجود بر روی یک کامپیوتر با سایر برنامه ها بوده و پس از دریا?ت داده ها از یک برنامه ، آنها را برای برنامه متناظر موجود بر روی کامپیوتر دیگر ارسال می نماید. نحوه ارسال داده توسط پروتکل TCP/IP از محلی به محل دیگر ، با ?رآیند ارسال یک نامه از شهری به شهر، قابل مقایسه است . برقراری ارتباط مبتنی بر TCP/IP ، با ?عال شدن یک برنامه بر روی کامپیوتر مبدا آغاز می گردد . برنامه ?وق ،داده های مورد نظر جهت ارسال را بگونه ای آماده و ?رمت می نماید که برای کامپیوتر مقصد قابل خواندن و است?اده باشند. ( مشابه نوشتن نامه با زبانی که دریا?ت کننده ، قادر به مطالعه آن باشد) . در ادامه آدرس کامپیوتر مقصد ، به داده های مربوطه اضا?ه می گردد ( مشابه آدرس گیرنده که بر روی یک نامه مشخص می گردد) . پس از انجام عملیات ?وق ، داده بهمراه اطلاعات اضا?ی ( درخواستی برای تائید دریا?ت در مقصد ) ، در طول شبکه بحرکت درآمده تا به مقصد مورد نظر برسد. عملیات ?وق ، ارتباطی به محیط انتقال شبکه بمنظور انتقال اطلاعات نداشته ، و تحقق عملیات ?وق با رویکردی مستقل نسبت به محیط انتقال ، انجام خواهد شد . لایه های پروتکل TCP/IP TCP/IP ، ?رآیندهای لازم بمنظور برقراری ارتباط را سازماندهی و در این راستا از پروتکل های متعددی در پشته TCP/IP است?اده می گردد. بمنظور ا?زایش کارآئی در تحقق ?رآیند های مورد نظر، پروتکل ها در لایه های مت?اوتی، سازماندهی شده اند . اطلاعات مربوط به آدرس دهی در انتها قرار گر?ته و بدین ترتیب کامپیوترهای موجود در شبکه قادر به بررسی آن با سرعت مطلوب خواهند بود. در این راستا، صر?ا" کامپیوتری که بعنوان کامپیوتر مقصد معر?ی شده است ، امکان باز نمودن بسته اطلاعاتی و انجام پردازش های لازم بر روی آن را دارا خواهد بود. TCP/IP ، از یک مدل ارتباطی چهار لایه بمنظور ارسال اطلاعات از محلی به محل دیگر است?اده می نماید: Application ,Transport ,Internet و Network Interface ، لایه های موجود در پروتکل TCP/IP می باشند.هر یک از پروتکل های وابسته به پشته TCP/IP ، با توجه به رسالت خود ، در یکی از لایه های ?وق، قرار می گیرند. لایه Application لایه Application ، بالاترین لایه در پشته TCP/IP است .تمامی برنامه و ابزارهای کاربردی در این لایه ، با است?اده از لایه ?وق، قادر به دستتیابی به شبکه خواهند بود. پروتکل های موجود در این لایه بمنظور ?رمت دهی و مبادله اطلاعات کاربران است?اده می گردند . HTTP و FTP دو نمونه از پروتکل ها ی موجود در این لایه می باشند . پروتکل HTTP)Hypertext Transfer Protocol) . از پروتکل ?وق ، بمنظور ارسال ?ایل های ص?حات وب مربوط به وب ، است?اده می گردد . پروتکل FTP)File Transfer Protocol) . از پروتکل ?وق برای ارسال و دریا?ت ?ایل، است?اده می گردد . لایه Transport لایه " حمل " ، قابلیت ایجاد نظم و ترتیب و تضمین ارتباط بین کامپیوترها و ارسال داده به لایه Application ( لایه بالای خود) و یا لایه اینترنت ( لایه پایین خود) را بر عهده دارد. لایه ?وق ، همچنین مشخصه منحصرب?ردی از برنامه ای که داده را عرضه نموده است ، مشخص می نماید. این لایه دارای دو پروتکل اساسی است که نحوه توزیع داده را کنترل می نمایند. TCP)Transmission Control Protocol) . پروتکل ?وق ، مسئول تضمین صحت توزیع اطلاعات است . UDP)User Datagram Protocol) . پروتکل ?وق ، امکان عرضه سریع اطلاعات بدون پذیر?تن مسئولیتی در رابطه با تضمین صحت توزیع اطلاعات را برعهده دارد . لایه اینترنت لایه "اینترنت"، مسئول آدرس دهی ، بسته بندی و روتینگ داده ها ، است. لایه ?وق ، شامل چهار پروتکل اساسی است : IP)Internet Protocol) . پروتکل ?وق ، مسئول آدرسی داده ها بمنظور ارسال به مقصد مورد نظر است . ARP)Address Resoulation Protocol) . پروتکل ?وق ، مسئول مشخص نمودن آدرس MAC)Media Access Control) آداپتور شبکه بر روی کامپیوتر مقصد است. ICMP)Internet Control Message Protocol) . پروتکل ?وق ، مسئول ارائه توابع عیب یابی و گزارش خطاء در صورت عدم توزیع صحیح اطلاعات است . IGMP)Internet Group Managemant Protocol) . پروتکل ?وق ، مسئول مدیریت Multicasting در TCP/IP را برعهده دارد. لایه Network Interface لایه " اینتر?یس شبکه " ، مسئول استقرار داده بر روی محیط انتقال شبکه و دریا?ت داده از محیط انتقال شبکه است . لایه ?وق ، شامل دستگاه های ?یزیکی نظیر کابل شبکه و آداپتورهای شبکه است . کارت شبکه ( آداپتور) دارای یک عدد دوازده رقمی مبنای شانزده ( نظیر : B5-50-04-22-D4-66 ) بوده که آدرس MAC ، نامیده می شود. لایه " اینتر?یس شبکه " ، شامل پروتکل های مبتنی بر نرم ا?زار مشابه لایه های قبل ، نمی باشد. پروتکل های Ethernet و ATM)Asynchronous Transfer Mode) ، نمونه هائی از پروتکل های موجود در این لایه می باشند . پروتکل های ?وق ، نحوه ارسال داده در شبکه را مشخص می نمایند. مشخص نمودن برنامه ها در شبکه های کامپیوتری ، برنامه ها ی متعددی در یک زمان با یکدیگر مرتبط می گردند. زمانیکه چندین برنامه بر روی یک کامپیوتر ?عال می گردند ، TCP/IP ، می بایست از روشی بمنظور تمایز یک برنامه از برنامه دیگر، است?اده نماید. بدین منظور ، از یک سوکت ( Socket) بمنظور مشخص نمودن یک برنامه خاص ، است?اده می گردد. آدرس IP برقراری ارتباط در یک شبکه ، مستلزم مشخص شدن آدرس کامپیوترهای مبداء و مقصد است ( شرط اولیه بمنظور برقراری ارتباط بین دو نقطه ، مشخص بودن آدرس نقاط درگیر در ارتباط است ) . آدرس هر یک از دستگاه های درگیر در ?رآیند ارتباط ، توسط یک عدد منحصرب?رد که IP نامیده می شود ، مشخص می گردند. آدرس ?وق به هریک از کامپیوترهای موجود در شبکه نسبت داده می شود . IP : 10. 10.1.1 ، نمونه ای در این زمینه است . پورت TCP/UDP پورت مشخصه ای برای یک برنامه و در یک کامپیوتر خاص است .پورت با یکی از پروتکل های لایه "حمل" ( TCP و یا UDP ) مرتبط و پورت TCP و یا پورت UDP ، نامیده می شود. پورت می تواند عددی بین ص?ر تا 65535 را شامل شود. پورت ها برای برنامه های TCP/IP سمت سرویس دهنده ، بعنوان پورت های "شناخته شده " نامیده شده و به اعداد کمتر از 1024 ختم و رزو می شوند تا هیچگونه تعارض و برخوردی با سایر برنامه ها بوجود نیاید. مثلا" برنامه سرویس دهنده FTP از پورت TCP بیست و یا بیست ویک است?اده می نماید. سوکت (Socket) سوکت ، ترکیبی از یک آدرس IP و پورت TCP ویا پورت UDP است . یک برنامه ، سوکتی را با مشخص نمودن آدرس IP مربوط به کامپیوتر و نوع سرویس ( TCP برای تضمین توزیع اطلاعات و یا UDP) و پورتی که نشاندهنده برنامه است، مشخص می نماید. آدرس IP موجود در سوکت ، امکان آدرس دهی کامپیوتر مقصد را ?راهم و پورت مربوطه ، برنامه ای را که داده ها برای آن ارسال می گردد را مشخص می نماید. در بخش دوم این مقاله به تشریح هر یک از پروتکل های موجود در پشته TCP/IP، خواهیم پرداخت . TCP/IP ،شامل شش پروتکل اساسی( TCP,UDP,IP,ICMP,IGMP ،ARP ) و مجموعه ای از برنامه های کاربردی است. پروتکل های ?وق، مجموعه ای از استادنداردها ی لازم بمنظور ارتباط بین کامپیوترها و دستگاهها را در شبکه ، ?راهم می نماید. تمامی برنامه ها و سایر پروتکل ها ی موجود در پروتکل TCP/IP ، به پروتکل های شش گانه ?وق مرتبط و از خدمات ارائه شده توسط آنان است?اده می نمایند . در ادامه به تشریح عملکرد و جایگاه هر یک از پروتکل های اشاره شده ، خواهیم پرداخت . پروتکل TCP : لایه Transport TCP) Transmission Control Protocol) ، یکی از پروتکل های استاندارد TCP/IP است که امکان توزیع و عرضه اطلاعات ( سرویس ها) بین صر?ا" دو کامپیوتر ، با ضریب اعتماد بالا را ?راهم می نماید. چنین ارتباطی ( صر?ا" بین دو نقطه ) ، Unicast نامیده می شود . در ارتباطات با رویکرد اتصال گرا ، می بایست قبل از ارسال داده ، ارتباط بین دو کامپیوتر برقرار گردد . پس از برقراری ارتباط ، امکان ارسال اطلاعات برای صر?ا" اتصال ایجاد شده ، ?راهم می گردد . ارتباطات از این نوع ، بسیار مطمئن می باشند ، علت این امر به تضمین توزیع اطلاعات برای مقصد مورد نظر برمی گردد . بر روی کامپیوتر مبداء ، TCP داده هائی که می بایست ارسال گردند را در بسته های اطلاعاتی (Packet) سازماندهی می نماید. در کامپیوتر مقصد ، TCP ، بسته های اطلاعاتی را تشخیص و داده های اولیه را مجددا" ایجاد خواهد کرد . ارسال اطلاعات با است?اده از TCP TCP ، بمنظور ا?زایش کارائی ، بسته های اطلاعاتی را بصورت گروهی ارسال می نماید . TCP ، یک عدد سریال ( موقعیت یک بسته اطلاعاتی نسبت به تمام بسته اطلاعاتی ارسالی ) را به هریک از بسته ها نسبت داده و از Acknowledgment بمنظور اطمینان از دریا?ت گروهی از بسته های اطلاعاتی ارسال شده ، است?اده می نماید. در صورتیکه کامپیوتر مقصد ، در مدت زمان مشخصی نسبت به اعلام وصول بسته های اطلاعاتی ، اقدام ننماید ، کامپیوتر مبداء ، مجددا" اقدام به ارسال اطلاعات می نماید. علاوه برا?زودن یک دنباله عددی و Acknowledgment به یک بسته اطلاعاتی ، TCP اطلاعات مربوط به پورت مرتبط با برنامه ها ی مبداء و مقصد را نیز به بسته اطلاعاتی اضا?ه می نماید. کامپیوتر مبداء ، از پورت کامپیوتر مقصد بمنظور هدایت صحیح بسته های اطلاعاتی به برنامه مناسب بر روی کامپیوتر مقصد ، است?اده می نماید. کامپیوتر مقصد از پورت کامپیوتر مبداء بمنظور برگرداندن اطلاعات به برنامه ارسال کننده در کامپیوتر مبداء ، است?اده خواهد کرد . هر یک از کامپیوترهائی که تمایل به است?اده از پروتکل TCP بمنظور ارسال اطلاعات دارند ، می بایست قبل از مبادله اطلاعات ، یک اتصال بین خود ایجاد نمایند . اتصال ?وق ، از نوع مجازی بوده و Session نامیده می شود .دو کامپیوتر درگیر در ارتباط ، با است?اده از TCP و بکمک ?رآیندی با نام : Three-Way handshake ، با یکدیگر مرتبط و هر یک پایبند به رعایت اصول مشخص شده در الگوریتم مربوطه خواهند بود . ?رآیند ?وق ، در سه مرحله صورت می پذیرد : مرحله اول : کامپیوتر مبداء ، اتصال مربوطه را از طریق ارسال اطلاعات مربوط به Session ، مقداردهی اولیه می نماید ( عدد مربوط به موقعیت یک بسته اطلاعاتی بین تمام بسته های اطلاعاتی و اندازه مربوط به بسته اطلاعاتی ) مرحله دوم : کامپیوتر مقصد ، به اطلاعات Session ارسال شده ، پاسخ مناسب را خواهد داد . کامپیوتر مبداء ، از شرح واقعه بکمک Acknowledgment ارسال شده توسط کامپیوتر مقصد ، آگاهی پیدا خواهد کرد . پروتکل UDP : لایه Transport UDP) User Datagram Protocol ) ، پروتکلی در سطح لایه "حمل" بوده که برنامه مقصد در شبکه را مشخص نموده و از نوع بدون اتصال است . پروتکل ?وق، امکان توزیع اطلاعات با سرعت مناسب را ارائه ولی در رابطه با تضمین صحت ارسال اطلاعات ، سطح مطلوبی از اطمینان را بوجود نمی آورد . UDP در رابطه با داده های دریا?تی توسط مقصد ، به Acknowledgment نیازی نداشته و در صورت بروز اشکال و یا خرابی در داده های ارسال شده ، تلاش مضاع?ی بمنظور ارسال مجدد داده ها ، انجام نخواهد شد . این بدان معنی است که داده هائی کمتر ارسال می گردد ولی هیچیک از داده های دریا?تی و صحت تسلسل بسته های اطلاعاتی ، تضمین نمی گردد .از پروتکل ?وق ، بمنظور انتقال اطلاعات به چندین کامپیوتر با است?اده از Broadcast و یا Multicast ، است?اده بعمل می آید . پروتکل UDP ، در مواردیکه حجم اندکی از اطلاعات ارسال و یا اطلاعات دارای اهمیت بالائی نمی بانشد ، نیز است?اده می گردد. است?اده از پروتکل UDP در مواردی همچون Multicasting Streaming media ، (نظیر یک ویدئو کن?رانس زنده) و یا انتشار لیستی از اسامی کامپیوترها که بمنظور ارتباطات محلی است?اده می گردند ، متداول است . بمنظور است?اده از UDP ، برنامه مبداء می بایست پورت UDP خود را مشخص نماید دقیقا" مشابه عملیاتی که می بایست کامپیوتر مقصد انجام دهد . لازم به یادآوری است که پورت های UDP از پورت های TCP مجزا و متمایز می باشند (حتی اگر دارای شماره پورت یکسان باشند ). پروتکل IP : لایه Internet IP) Internet Protocol ) ، امکان مشخص نمودن محل کامپیوتر مقصد در یک شبکه ارتباطی را ?راهم می نماید. IP ، یک پروتکل بدون اتصال و غیرمطمئن بوده که اولین مسئولیت آن آدرس دهی بسته های اطلاعاتی و روتینگ بین کامپیوترهای موجود در شبکه است . با اینکه IP همواره سعی در توزیع یک بسته اطلاعاتی می نماید ، ممکن است یک بسته اطلاعاتی در زمان ارسال گر?تار مسائل متعددی نظیر : گم شدن ، خرابی ، عدم توزیع با اولویت مناسب ، تکرار در ارسال و یا تاخیر، گردند.در چنین مواردی ، پروتکل IP تلاشی بمنظور حل مشکلات ?وق را انجام نخواهد داد ( ارسال مجدد اطلاعات درخواستی ) .آگاهی از وصول بسته اطلاعاتی در مقصد و بازیا?ت بسته های اطلاعاتی گم شده ، مسئولیتی است که بر عهده یک لایه بالاتر نظیر TCP و یا برنامه ارسال کننده اطلاعات ، واگذار می گردد . عملیات انجام شده توسط IP می توان IP را بعنوان مکانی در نظر گر?ت که عملیات مرتب سازی و توزیع بسته های اطلاعاتی در آن محل ، صورت می پذیرد .بسته ها ی اطلاعاتی توسط یکی از پروتکل های لایه حمل ( TCP و یا UDP) و یا از طریق لایه " ایتر?یس شبکه " ، برای IP ارسال می گردند . اولین وظی?ه IP ، روتینگ بسته های اطلاعاتی بمنظور ارسال به مقصد نهائی است . هر بسته اطلاعاتی ، شامل آدرس IP مبداء ( ?رستنده ) و آدرس IP مقصد ( گیرنده ) می باشد. در صورتیکه IP ، آدرس مقصدی را مشخص نماید که در همان سگمنت موجود باشد ، بسته اطلاعاتی مستقیما" برای کامپیوتر مورد نظر ارسال می گردد . در صورتیکه آدرس مقصد در همان سگمنت نباشد ، IP ، می بایست از یک روتر است?اده و اطلاعات را برای آن ارسال نماید.یکی دیگر از وظای? IP ، ایجاد اطمینان از عدم وجود یک بسته اطلاعاتی ( بلاتکلی? ! ) در شبکه است . بدین منظور محدودیت زمانی خاصی در رابطه با مدت زمان حرکت بسته اطلاعاتی در طول شبکه ، در نظر گر?ته می شود .عملیات ?وق، توسط نسبت دادن یک مقدار TTL)Time To Live) به هر یک از بسته های اطلاعاتی صورت می پذیرد. TTL ، حداکثر مدت زمانی را که بسته اطلاعاتی قادر به حرکت در طول شبکه است را مشخص می نماید( قبل از اینکه بسته اطلاعاتی کنار گذاشته شود) . پروتکل ICMP : لایه Internet ICMP) Internet Control Message Protocol) ، امکانات لازم در خصوص اشکال زدائی و گزارش خطاء در رابطه با بسته های اطلاعاتی غیرقابل توزیع را ?راهم می نماید. با است?اده از ICMP ، کامپیوترها و روترها که از IP بمنظور ارتباطات است?اده می نمایند ، قادر به گزارش خطاء و مبادله اطلاعاتی محدود در رابطه وضعیت بوجود آمده می باشند. مثلا" در صورتیکه IP ، قادر به توزیع یک بسته اطلاعاتی به مقصد مورد نظر نباشد ، ICMP یک پیام مبتنی بر غیرقابل دسترس بودن را برای کامپیوتر مبداء ارسال می دارد . با اینکه پروتکل IP بمنظور انتقال داده بین روترهای متعدد است?اده می گردد ، ولی ICMP به نمایندگی از TCP/IP ، مسئول ارائه گزارش خطاء و یا پیام های کنترلی است . تلاش ICMP ، در این جهت نیست که پروتکل IP را بعنوان یک پروتکل مطمئن مطرح نماید ، چون پیام های ICMP دارای هیچگونه محتویاتی مبنی بر اعلام وصول پیام (Acknowledgment ) بسته اطلاعاتی نمی باشند . ICMP ، صر?ا" سعی در گزارش خطاء و ارائه ?یدبک های لازم در رابطه با تحقق یک وضعیت خاص را می نماید . پروتکل IGMP : لایه Internet IGMP) Internet Group Managment Protocol) ، پروتکلی است که مدیریت لیست اعضاء برای IP Multicasting ، در یک شبکه TCP/IP را بر عهده دارد . IP Multicasting، ?رآیندی است که بر اساس آن یک پیام برای گروهی انتخاب شده از گیرندگان که گروه multicat نامیده می شوند ؛ ارسال می گردد . IGMP لیست اعضاء را نگهداری می نماید . پروتکل ARP : لایه Internet ARP) Address Resolution Protocol) ، پروتکلی است که مسئولیت مسئله " نام به آدرس" را در رابطه با بسته های اطلاعاتی خروجی (Outgoing) ، برعهده دارد . ماحصل ?رآیند ?وق ، Mapping آدرس IP به آدرسMAC )Media Access Control) ، مربوطه است . کارت شبکه از آدرس MAC ، بمنظور تشخیص تعلق یک بسته اطلاعاتی به کامپیوتر مربوطه ، است?اده می نمایند . بدون آدرس های MAC ، کارت های شبکه ، دانش لازم در خصوص ارسال بسته های اطلاعاتی به لایه بالاتر بمنظور پردازش های مربوطه را دارا نخواهند بود . همزمان با رسیدن بسته های اطلاعاتی به لایه IP بمنظور ارسال در شبکه ، آدرس های MAC مبداء و مقصد به آن اضا?ه می گردد . ARP ، از جدولی خاص بمنظور ذخیره سازی آدرس های IP و MAC مربوطه ، است?اده می نماید. محلی از حا?ظه که جدول ?وق در آنجا ذخیره می گردد ، ARP Cache نامیده می شود. ARP Cache هر کامپیوتر شامل mapping لازم برای کامپیوترها و روترهائی است که صر?ا" بر روی یک سگمنت مشابه قرار دارند.