نحوه کار دو پروتکل معروف OSI و TCP/IP | قسمت دوم مفاهیم شبکه و اینترنت در راه‌اندازی ماژول ESP8266

مطالب از اینجا به بعد کمی جدی ­تر خواهند شد. سعی کنید با دقت بیشتر مطالعه کنید. اگر مطلبی برای شما نامفهوم بود با یک جستجوی ساده در اینترنت میتونید مطالب بیشتری پیدا کنید. البته هنوز اکثر موارد گفته شده بیشتر جنبه علم کامپیوتر را دارند. باتوجه‌به مطالب قسمت 1 شاید این سؤال برای شما هم به وجود آمده باشد که تفاوت اینترنت و وب چیست؟ اگر باتوجه‌به مطالب بیان شده و اینکه هنوز با خیلی از مفاهیم هنوز آشنا نشده­اید، یک جواب کوتاه و مفید برای این پرسش می­تواند این‌چنین باشد:

اکثر کاربران فکر می‌کنند که وب همان اينترنت است؛ اما اينترنت در سال ۱۹۸۳ وقتي که آرپانت که همان پدر اينترنت ناميده می‌شود شروع به استفاده از پروتکل TCP/IP کرد شکل گرفت. وظیفه اصلی “اینترنت” انتقال اطلاعات به‌صورت سریع، قابل‌اطمینان و امن از یک به نقطه‌به‌نقطة دیگر است. از طرف دیگر “وب” توسط تيم برنرزلی انگليسی در سال ۱۹۸۹ ساخته شده است. وب روی اینترنت کار می‌کند و نقش اصلی آن هم فراهم‌کردن واسطی است تا اطلاعاتی که به‌وسیلة اینترنت منتقل می‌شود، برای کاربر قابل‌استفاده و کاربردی شود.

مقایسه اینترنت و وب

روش به‌کارگیری انواع پروتکل چیست؟

اکنون که متوجه شدیم پروتکل چیست، باید با نحوه به‌کارگیری آن‌ها نیز آشنا شویم. دراین‌خصوص باید توضیح دهیم که بسته به الزامات و مشخصات سیستم ارتباطی، پروتکل‌ها را می‌توان به روش‌های مختلفی به کار گرفت. برخی از روش‌های رایج به‌کارگیری پروتکل‌ها شامل موارد زیر می‌شوند:

• پیاده‌سازی سخت‌افزاری: این نوع پیاده‌سازی شامل طراحی و ساخت دستگاه‌ها یا اجزای فیزیکی است که می‌توانند عملکردهای پروتکل را انجام دهند. پیاده‌سازی پروتکل‌ها در سخت‌افزار معمولاً سریع‌تر، کارآمدتر و قابل‌اعتمادتر از اجرای آن‌ها در نرم‌افزار است. بااین‌حال، گران‌تر و پیچیده‌تر از پیاده‌سازی در نرم‌افزار است و انعطاف‌پذیری کم‌تری هم دارد.
• پیاده‌سازی نرم‌افزاری: این نوع پیاده‌سازی شامل نوشتن و اجرای برنامه‌هایی است که می‌توانند وظایف پروتکل را انجام دهند. پیاده‌سازی نرم‌افزاری معمولاً ارزان‌تر، ساده‌تر و انعطاف‌پذیرتر از پیاده‌سازی سخت‌افزاری است. بااین‌حال، پیاده‌سازی پروتکل‌ها در نرم‌افزار کندتر است و کارایی و امنیت کم‌تری هم دارد. سیستم‌عامل‌ها، مرورگرهای وب، کلاینت‌های ایمیل و غیره برخی از نمونه‌های پیاده‌سازی نرم‌افزاری پروتکل‌ها هستند.
• پیاده‌سازی ترکیبی: پیاده‌سازی ترکیبی شامل ترکیب اجزای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری برای انجام عملکردهای پروتکل است. پیاده‌سازی ترکیبی می‌تواند بین سرعت، امنیت، کارایی، هزینه، پیچیدگی و انعطاف‌پذیری پیاده‌سازی سخت‌افزاری و نرم‌افزاری تعادل برقرار کند. برخی از نمونه‌های پیاده‌سازی ترکیبی عبارت هستند از سیستم‌های تعبیه شده (ES)، فریمور (FW)، درایورها (DRs) و غیره.

TCP/IP و OSI پرکاربردترین پروتکل‌های ارتباطی در (لایه انتقال) شبکه می‌باشند. OSI یک مدل مفهومی بوده که عملاً برای ارتباط استفاده نمی‌شود. مدل TCP/IP یک استاندارد مرجع بسیار جدیدتر و قابل‌اعتمادتر از OSI است. OSI که در 1970 توسعه یافت، اغلب می‌تواند به‌عنوان استانداردی منسوخ‌ شده در صنعت شبکه در نظر گرفته شود و بسیاری از سیستم‌ها مدل TCP/IP را به‌جای آن اتخاذ کرده‌اند.

مدل TCP/IP در کارهایی که می‌توانید انجام دهید انعطاف‌پذیرتر است و دارای محدودیت‌های سخت‌گیرانه مرجع قدیمی‌تر OSI نیست. در مقابل، نحوه ارتباط برنامه‌ها از طریق شبکه را مشخص می‌کند. از طرف دیگر، TCP/IP به طور گسترده برای ایجاد ارتباط و تعامل در شبکه، مورداستفاده قرار می‌گیرد.

پروتکل‌های TCP/IP استانداردهایی را ارائه می‌کنند که اینترنت بر اساس آنها ایجاد شده است، درحالی‌که مدل OSI، دستورالعمل‌هایی در مورد نحوه برقراری ارتباط می‌باشد؛ بنابراین، TCP/IP یک مدل کاربردی‌تر خواهد بود.

نحوه کار پروتکل OSI

پروتکل‌های شبکه، فرایندهای بزرگ‌تر در هر سطح از شبکه را به توابع و وظایف مجزا با تعریف محدود تقسیم می‌کنند. در مدل استاندارد که به‌عنوان مدل اتصال متقابل سامانه‌های باز (Open Systems Interconnection) یا OSI شناخته می‌شود، یک یا چند پروتکل شبکه در هر لایه در مبادله مخابراتی بر فعالیت‌ها نظارت می‌کنند. کار لایه‌های پایین‌تر انتقال داده است، درحالی‌که لایه‌های بالایی در مدل OSI با نرم‌افزار و برنامه‌های کاربردی سروکار دارند.

لایه های مختلف پروتکل OSI

نحوه کار پروتکل TCP/IP

وقتی تعدادی از پروتکل‌های شبکه با هم همکاری می‌کنند، یک مجموعه پروتکل را به وجود می‌آورند. مجموعه پروتکل TCP/IP (مخفف دو مجموعه پروتکل Transmission Control Protocol/Internet Protocol) که معمولاً در مدل‌های Client-server به کار می‌رود، شامل پروتکل‌های متعددی در سراسر لایه‌ها مانند لایه‌های داده، شبکه، انتقال و اپلیکیشن است که با هم کار می‌کنند تا اتصال اینترنت را فعال کنند. این پروتکل‌ها شامل موارد زیر می‌شوند:

نحوه کار پروتکل TCP/IP

• پروتکل کنترل انتقال: این پروتکل که به آن TCP نیز گفته می‌شود، مجموعه‌ای از قوانین را برای تبادل پیام با سایر نقاط اینترنت در سطح بسته اطلاعاتی به کار می‌گیرد.
• پروتکل دیتاگرام کاربر: این پروتکل که با نام UDP نیز شناخته می‌شود، به‌عنوان یک پروتکل ارتباطی جایگزین برای TCP عمل می‌کند و برای برقراری ارتباطات با تأخیر کم و اتصال یکپارچه بین برنامه‌ها و اینترنت به کار می‌رود.
• پروتکل IP: این پروتکل مجموعه‌ای از قوانین را برای ارسال و دریافت پیام در سطح آدرس‌های IP به کار می‌گیرد.

سایر پروتکل­ های شبکه از جمله HTTP (مخفف Hypertext Transfer Protocol) وFTP (مخفف File Transfer Protocol) مجموعه‌ای از قوانین را برای تبادل و نمایش اطلاعات تعریف کرده‌اند. مجموعه TCP/IP برخلاف مدل OSI از چهارلایه تشکیل شده است که هر کدام دارای پروتکل‌های خود هستند. در ادامه، چهار لایه مدل TCP/IP را بررسی می‌کنیم.

چهار لایه مدل TCP/IP

اگر تصویر بالا را با چند تصویر قبل (تصویر مدل TCP/IP در قسمت قبل) مقایسه کنید متوجه یک تفاوت کوچک خواهید شد. در چند تصویر قبل پروتکل TCP/IP دارای پنج‌لایه است؛ ولی در تصویر بالا چهارلایه وجود دارد. علت این است که دولایه ابتدایی این پروتکل در اصل در یک‌لایه اصلی قرار می­گیرند. برای بهتر درک‌کردن این مطلب باید تصویر زیر را نگاه کنید.

لایه اپلیکیشن

لایه اپلیکیشن (Application layer) بالاترین لایه مدل TCP/IP است که دسترسی کاربران به منابع شبکه را مدیریت می‌کند. برخی از پروتکل‌های موجود در این لایه عبارت هستند از  HTTP، SMTP و FTP.

لایه انتقال

لایه انتقال (Transport layer) تضمین می‌کند که بخش‌ها به‌درستی از طریق کانال ارتباطی منتقل شوند و همچنین، پیوند شبکه بین سیستم مبدأ و مقصد نیز در این لایه برقرار می‌شود.

لایه اینترنت یا لایه شبکه

لایه اینترنت (Internet layer) که به‌عنوان لایه شبکه نیز شناخته می‌شود بسته‌هایی را برای شبکه دریافت و ارسال می‌کند. این لایه شامل پروتکل‌های IP، ARP  و ICMP است.

لایه دسترسی به شبکه

لایه دسترسی به شبکه (Network access layer) TCP/IP، لایه‌های فیزیکی و پیوند داده مدل OSI را با هم ترکیب می‌کند. این لایه با انرژی، بیت‌ها و رسانه‌های مورداستفاده برای انتقال آن‌ها، مانند مس، فیبر و شبکه بی‌سیم سروکار دارد. علاوه بر این، کار تبدیل بیت به واحدهای پروتکل، مانند بسته‌های اترنت، آدرس‌های MAC و NIC را نیز انجام می‌دهد.

جالبه نه؟! پروتکل‌های شبکه، اینترنت را به آن چیزی که امروزه می‌شناسیم تبدیل کرده‌اند. زیرا کامپیوترها را قادر می‌سازند در سراسر شبکه با هم ارتباط برقرار کنند. این کار، بدون اینکه کاربران ببینند یا حتی از آن باخبر شوند، انجام می‌شود. چند نمونه از پروتکل‌های شبکه و کاربرد آن‌ها به شرح زیر است:

• Post Office Protocol 3 یا POP3 که جدیدترین نسخه از یک پروتکل استاندارد است و برای دریافت ایمیل به کار می‌رود.
• FTP که برای انتقال فایل‌ها از یک ماشین به ماشین دیگر به کار می‌رود. این فایل‌ها می‌توانند اسناد چندرسانه‌ای، برنامه، فایل‌های متنی و اسناد دیگر باشند.
• Telnet که مجموعه‌ای از قوانین است و برای اتصال یک سیستم به سیستم دیگر از راه دور استفاده می‌شود. در این پروتکل، رایانه محلی درخواست اتصال را ارسال می‌کند و رایانه راه دور اتصال را می‌پذیرد.
• HTTPS که یک پروتکل رایج است و برای محافظت از ارتباط بین دو کامپیوتر به کار می‌رود. یکی از این کامپیوترها از مرورگر استفاده می‌کند و دیگری داده‌ها را از وب سرور دانلود می‌کند.
• Gopher که مجموعه‌ای از قوانین است و برای جست‌وجو، گرفتن و نمایش اسناد از سایت‌های ریموت کاربرد دارد. این پروتکل بر اساس مدل Client-server عمل می‌کند.

پس تا اینجا دانستیم که همه رایانه‌ها یا دستگاه‌هایی که به اینترنت دسترسی دارند (مثل IOT ها) از طریق کابل یا بی‌سیم (شبکه ارتباطی) به همدیگه متصل میشن. اینترنت، زبان مشترک و با قوانین خاصی، برای همه دستگاه‌های متصل به خودش، را برای برقراری ارتباط فراهم میکنه که به این قانون‌ها پروتکل گفته میشه که انواع مختلفی هم ازشون وجود داره (http و یا https نمونه‌هایی از پروتکل‌ها (در لایه اپلیکیشن) هستند).

دستگاه‌های مختلف با استفاده از شبکه‌های مختلف با استفاده از یک پروتکل شبکه و با چندین پروتکل در لایه­های خود با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. حالا چجوری؟

مجموعه پروتکل اینترنت

هنگام استفاده از اینترنت، متداول‌ترین پروتکل ها عبارتند از:

• پروتکل TCP: پروتکل کنترل انتقال (Transmission Control Protocol)

داده‌ها از طریق پروتکل TCP به پاکت‌های حداکثر 1500 بیتی به وسیبه تکنیک Packet switching شکسته میشند. پاکت سوویچینگ (Packet switching) یک روش ارتباطی (ارتباط شبکه دیجیتال) است که داده های بزرگ را به بلوکهایی با اندازه مناسب، معروف به پاکتها یا پاکت داده، تقسیم میکند. این بسته ها شامل اطلاعات دیگه ای مثل آدرس فرستنده، آدرس گیرنده و شماره توالی بسته بندی نیز هست.

• پروتکل IP: پروتکل اینترنت (Internet Protocol)

آی پی (IP) موظف است که این بسته‌ها را با اختصاص شماره توالی به اونها به آدرس درست و صحیح بفرسته. ابتدا بسته‌ها به یک ارائه‌دهنده خدمات اینترنتی محلی (ISP) ارسال می‌شوند.

از اینجا بسته‌ها قبل از رسیدن به مقصد، از طریق چندین سطح از شبکه‌ها، رایانه‌ها و خطوط ارتباطی حرکت می‌کنند. بسته‌ها از مسیرهای مختلف ارسال می‌شوند تا سرعت را حفظ کنند. اگر بسته‌ای نتواند از مسیری به مقصد برسد، مسیر آن با کمک روترها تغییر می‌کند. پس روترها بازیگران اصلی در مدیریت ترافیک اینترنت هستند. وقتی بسته‌های اطلاعاتی به دستگاه مقصد می‌رسند. TCP به‌وسیله Packet switching بسته‌ها رو در یک پیام واحد جمع می‌کند.

تا اینجا با شبکه و پروتکل­های ارتباطی اون، چه در لایه نرم‌افزاری و چه در لایه سخت‌افزاری آشنا شدیم. در آخرین مطلب اشاره­ای به مسیرهای انتقال (داده) شد. اگه مطالب براتون جذاب بوده و خواستید درباره مسیرها در شبکه بیشتر بدونید بهتره قسمت سوم را مطالعه کنید.