بروتوكولات الشبكات
بروتوكولات شبكات
Networks protocols -
غسان شدود
| مكدس البروتوكولات | طبقة النقل |
| مكدّس البروتوكولات TCP/IP | طبقة التطبيقات |
| طبقة الشبكة | بروتوكولات التسيير |
بروتوكول الشبكات network protocol هو مجموعة من القواعد والاتفاقيات التي تحكم طريقة تبادل المعطيات المنسقة بين الحواسيب والأجهزة الشبكية الأخرى عبر الشبكات الحاسوبية، ويسمح هذا البروتوكول للكيانات المتصلة بما يأتي:
- تعريف مصاغة كتل المعطيات المتبادلة.
- تبادل معلومات التحكم في التنسيق ومعالجة الأخطاء.
- تحديد سرعة تبادل المعطيات وترتيبها.
بمعنى آخر: يعرّف البروتوكول كيفية إنشاء كتل المعطيات وتغليفها ضمن رسائل؛ وطريقة معالجتها لدى الإرسال والاستقبال، فهو يسمح للأجهزة بتعريف الوصلات المستخدمة في تبادل المعطيات وإنشائها والتحكم فيها. ويوفر البروتوكول نقلاً آمناً وسريعاً للمعطيات من دون أخطاء بالقيام بتمثيل المعطيات وضغطها والتحقق من مصدرها، وكشف الأخطاء وتصحيحها، والتحكم في التدفق ومشاركة وسائط النقل، واختيار مسار رحلة المعطيات عبر الشبكة بين المصدر والوجهة؛ أي يقوم البروتوكول بمجموعة من المهمات المعقّدة التي تتطلب تنسيقاً عالياً بين طرفي الاتصال.
ثمة نوعان من البروتوكولات: امتلاكية ومعيارية.
1- البروتوكولات الامتلاكية proprietary protocols: تُطوّر من شركات معيّنة؛ لتناسب احتياجاتها ومنتجاتها، مثل بروتوكول Skype وبروتوكولات Exchange Server الخاصة بشركة مايكروسوفت Microsoft.
2- البروتوكولات المعيارية standard protocols: وهي بروتوكولات تُطوّر من مجموعات ومؤسسات معايرة عالمية مثل: الهيئة الدولية للمقاييس (International Organization for Standardization (ISO) ومعهد هندسة الكهرباء والإلكترونيات Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) والاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) International Telecommunication Union
ومجموعة هندسة الإنترنت Internet Engineering Task Force (IETF).تستطيع النظم التي تدعم هذه البروتوكولات أن تتعاون فيما بينها؛ وذلك بقطع النظر عن الشركة المصنّعة.
بهدف تبسيط المهمات المعقّدة التي يُكلّفها البروتوكول؛ توجّه باحثو الشبكات إلى تجزئة مهمات البروتوكول إلى مهمات فرعية تُنفّذ ضمن وحدات منفصلة. وتُرتّب هذه الوحدات ضمن طبقات مكدسة منطقياً بعضها فوق بعض؛ بحيث ينجز بروتوكول محدّد وظائف الطبقة الواحدة بين الوحدتين النظيرتين الموزّعتين على النظامين المتصلين. وتقدّم كل طبقة خدمة للطبقة التي تعلوها مباشرةً؛ لتساعدها على إنجاز مهماتها. ويختلف عادةً عدد هذه الطبقات ووظائفها باختلاف الشبكات والخدمات التي تقدمها.
يوضح الشكل (1) نظامين متصلين A و B يعتمدان مكدس الطبقات نفسه. ويظهر التبادل الأفقي للمعطيات عبر «بروتوكول الطبقة n» بين «الطبقة n» في النظام A و«الطبقة n النظيرة» في النظام B، في حين أن التدفق فعلياً هو تدفق شاقولي للمعطيات ضمن النظام الواحد؛ من الطبقة n إلى الطبقة n-1 في النظام A المرسل، ومن الطبقة n-1 إلى الطبقة n في النظام B المستقبِل للمعطيات. ومن ثمّ يتكفل «بروتوكول الطبقة n-1» بنقل المعطيات على مستوى الطبقة n-1 بين النظيرين في النظامين A و B.
الشكل (1) طبقات البروتوكولات الشبكية.
تُسمى مجموعة البروتوكولات التي تنفّذ وظائف الطبقات المختلفة بمكدّس البروتوكولات protocol stack أو طقم البروتوكولات protocol suite، ومن أمثلتها: نمط الإرسال غير المتزامن Asynchronous Transfer Mode (ATM) و(FR) Frame Relay وH.323 وIPX/SPX Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange وTCP/IP، حيث يُعدّ هذا الأخير من أشهرها وأساساً للإنترنت.
بدأ العمل بالمكدَس بروتوكول التحكم بالإرسال/بروتوول الإنترنت Transmission Control Protocol Internet Protocol (TCP/IP) كجزء من تطوير شبكة وكالة مشاريع الأبحاث المتطورة (الأربانت) Advanced Research Projects Agency Network (ARPANT) في نهاية ستينيات القرن العشرين، وطُوِّر لاحقاً من مجلس أنشطة الإنترنت Internet Activities Board (IAB). يتكوّن هذا المكدّس من عدد كبير من البروتوكولات الموزّعة على أربع طبقات: طبقة مضيف-لـِ-شبكة، وطبقة الشبكة، وطبقة النقل، وطبقة التطبيقات. ويتميز هذا المكدّس بالبنية الهرمية التي تقدّم لبروتوكول الطبقات العليا إمكانية الاستفادة من خدمات بروتوكول أو أكثر من الطبقة الدنيا. يبيّن الشكل (2) طبقات المكدّس TCP/IP وبعض بروتوكولاته.
الشكل (2) مكدّس البروتوكولات TCP/IP.
طبقة مضيف-لـِ-شبكة 1- طبقة مضيف-لـِ-شبكة أو طبقة الواجهة الشبكية: تقدّم وظائف الطبقة الفيزيائية وطبقة وصل المعطيات للنموذج المرجعي OSI. ومع أن TCP/IP لا يعرّف أي بروتوكول خاص بهذه الطبقة؛ فإنه يشير إلى إمكانية استثمار مختلف البروتوكولات المعيارية، مثل: IEEE 802،11 والإثرنت، والبروتوكولات الامتلاكية، مثل: cHDLC و AppleTalk.
تُعدّ مسؤولة عن إيصال المعطيات إلى وجهتها عبر الشبكة. تعرّف هذه الطبقة بروتوكول التشبيك البيني Internet Protocol (IP) الذي يعتمد على عدة برتوكولات مساعدة مثل ICMP و IGMP و ARP.
1- البروتوكول IP: يغلّف هذا البروتوكول المعطيات ضمن برقيات معطيات ويرسلها إلى وجهتها بعد أن يزوّدها بالمعلومات الضرورية التي تحتاج إليها الشبكة لإيصالها إلى وجهتها. ويرسل البروتوكول البرقيات مستقلاً بعضها عن بعض، فيمكن أن تسلك طرقاً مستقلة. يقدّم البروتوكول IP نوعين من الخدمات:
- خدمة إيصال عديمة الارتباط connectionless delivery service: لا يضمن أن وجهة البرقية مستعدة لاستقبال المعطيات، أو أن الشبكة قادرة على تسيير البرقية إلى وجهتها.
- خدمة إيصال غير موثوقة unreliable delivery service: لا يضمن وصول البرقيات مرتّبة أو غير مكرّرة أو خالية من الأخطاء.
ثمة إصداران من البروتوكول IP وهما: الإصدار الرابع IPv4، وهو المستخدم حالياً على نطاق واسع، والإصدار السادس IPv6، الذي يقتصر استخدامه حتى الآن على الشبكات التجريبية والبحثية. صُمّم IPv6 في منتصف تسعينيات القرن العشرين بهدف تجاوز مشكلات الإصدار الرابع، مثل صغر فضاء العنونة، وتعقيد عمليات التسيير، وغياب الدعم لجودة الخدمات على الانترنت وعدم حماية المعطيات.
2- بروتوكول التحكم برسائل الإنترنت Internet Control Message Protocol (ICMP): يسمح هذا البروتوكول بتلافي بعض ثغرات البروتوكول IP من حيث الإخبار عن المشكلات التي تواجه البرقية في أثناء مرورها ضمن الشبكة، أو في أثناء تسليمها إلى الوجهة المعنية باستقبالها. إضافةً إلى ذلك؛ يُستخدم البروتوكول ICMP لتشخيص مشكلات الشبكة، ودعم التسيير على مستوى الشبكات المحلية، والتحكم في تدفق المعطيات.
3- بروتوكول إدارة مجموعات الإنترنت Internet Group Management Protocol (IGMP): يُعدّ هذا البروتوكول الداعم الأساسي لنمط البث المتعدد الوجهات multicast على الإنترنت ضمن الشبكة المحلية. فهو يسمح للمضيفين ضمن شبكة محلية بالتعبير عن اهتمامهم بالانضمام إلى مجموعات البث المتعدد الوجهات، ويسمح للبوابات بتعقب حالة الانضمام إلى هذه المجموعات.
4- بروتوكول تحليل العنوان Address Resolution Protocol (ARP): يُستخدم البروتوكول على مستوى الشبكة المحلية بهدف تسهيل عملية العثور على العناوين الفيزيائية الخاصة بمستقبلي برقيات المعطيات، وذلك انطلاقاً من العناوين المنطقية أو العناوين المعرَّفة على مستوى طبقة الشبكة.
تُعدّ هذه الطبقة مسؤولةً عن نقل المعطيات؛ من الإجراء الذي يعمل على المضيف المرسِل إلى الإجراء الذي يعمل على المضيف المستقبِل. عرّف المكدّس TCP/IP في البدايات بروتوكولين في هذه الطبقة، هما: بروتوكول التحكم بتدفق النقل TCP وبروتوكول بيانات المستخدم User Datagram Protocol (UDP)، وأضيف إليهما لاحقاً بروتوكول Stream Control Transmission Protocol (SCTP) استجابةً لمتطلبات تطبيقات الوسائط المتعددة.
1- البروتوكول TCP: يدعم هذا البروتوكول خدمة التوصيل الموجهة للارتباط connection-oriented، أي ينشئ وصلة بين طرفي الاتصال قبل البدء بتبادل المعطيات. فهو يستقبل دفق بايتات المعطيات من الإجراء - أي التطبيق- على المضيف المرسل، ويتكفل بإيصالها مرتّبة وخالية من الأخطاء والتكرار إلى الإجراء على المضيف الوجهة؛ أي إنه بروتوكول موثوق. وللقيام بذلك، يقسم البروتوكول TCP دفق المعطيات إلى أجزاء segments تُنقل ضمن برقيات البروتوكول (IP).
2- بروتوكول برقية معطيات المستخدم User Datagram Protocol (UDP) : يقدّم هذا البروتوكول خدمة توصيل عديم الارتباط connectionless delivery للمعطيات، أي لا ينشئ وصلة بين طرفي الاتصال قبل البدء بتبادل المعطيات. ولا يضمن توصيل المعطيات مرتبة أو خالية من الأخطاء أو التكرار؛ فهو يدعم التوصيل غير الموثوق، ويغلّف المعطيات ضمن رزم، ويضيف إليها رقماً مميزاً للإجراء المرسل والإجراء المستقبِل ورماز تدقيق المعطيات وطولها.
تقدّم وظائف طبقات التمثيل والجلسة والتطبيقات للنموذج المرجعي OSI. وتضم هذه الطبقة مجموعة من البروتوكولات التي تساعد المستخدمين على نقل الملفات وتبادل الرسائل والنفاذ إلى الأجهزة؛ حيث تُعدّ البروتوكولات FTP وSMTP وHTTP وDNS وTelnet من أكثر البروتوكولات شيوعاً في هذه الطبقة.
1- البروتوكول (FTP) File Transfer Protocol: يُستخدم هذا البروتوكول لنقل الملفات بمصاغات مختلفة بين مضيفين وبإشراف المستخدم. وهو يعتمد على البروتوكول TCP بصفته بروتوكول طبقة نقل. ينشئ البروتوكول FTP عادةً وصلتي TCP:
- الأولى: وصلة تسمح بنقل معلومات تحكم مثل اسم المستخدم وكلمة مروره إلى مخدّم الملفات؛ إضافةً إلى معلومات عن الملف وعملية النقل.
- الثانية: وصلة المعطيات لنقل الملف، وهي تُنشأ بعد أن تتم تهيئة عملية نقل الملف.
2- البروتوكول Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) : يقدّم هذا البروتوكول آلية لنقل الرسائل الإلكترونية بين المضيفين، وتمريرها بين مخدّمات البريد، وإعادة إقرار بتسلّمها. فهو يعتمد على البروتوكول TCP لنقل الرسائل المصوغة بطريقة محدّدة من برمجيات خاصة إلى الوحدة SMTP في الطرف الآخر المعني باستقبال الرسالة.
3- بروتوكول إرسال النص الفائق Hypertext Transfer Protocol (HTTP): يُعدّ هذا البروتوكول بروتوكول النفاذ للوِب، فهو يسمح بنقل صفحات الوِب بين مخدّم الوِب ومتصفح الوِب، التي تحتوي على نصوص وصوت وصور وغيرها من المعلومات التي يمكن أن تتوفر على الانترنت. ويعتمد هو أيضاً على البروتوكول TCP.
4- بروتوكول خدمو اسم النطاق Domain Name Service (DNS) : يقدّم هذا البروتوكول خدمة مطابقة أسماء المضيفين بعناوينهم الرقمية على الإنترنت، أي العناوين IP المميّزة للأجهزة المعرّفة وفق البروتوكول IP. ويعتمد مبدأ رسائل استفسار-جواب بين المخدّم DNS، الذي يحوي أسماء الأجهزة والعناوين؛ والزبون الذي يهتم بالبحث عن العنوان IP للمضيف الذي يريد أن يتبادل المعطيات معه. يعتمد البروتوكول DNS على UDP أو TCP على مستوى طبقة النقل.
5- بروتوكول تل نت Telnet هو بروتوكول وتطبيق يستخدم لتسجيل الدخول إلى حاسوب يستعمل عن بعد بروتوكول TCP/iP، فيمكن المستخدم من إصدار أوامر الحاسوب البعيد.
بروتوكولات التسيير routing protocols هي بروتوكولات محدّدة الهدف تُستخدم من المسيّرات -المسؤولة عن استقبال الطرود الشبكية وتمريرها عبر الشبكة- بهدف تبادل معلومات التسيير التي تمثل حالة وصلات المسيّرات والتأخير وعرض الحزمة وغيرها. تُستثمر معلومات التسيير في اتخاذ القرار المناسب لاختيار المسار الواجب أن تسلكه الطرود الشبكية. ينتج قرار التسيير عن خوارزميات خاصة، تسمى خوارزميات التسيير، تعتمد على معلومات التسيير المتوفرة للمسيّرات.
تُقسم بروتوكولات التسيير إلى ثلاثة أنواع: بروتوكولات متجه (شعاع) المسافة وبروتوكولات حالة الوصلة وبروتوكولات متجه (شعاع) المسار، حيث يُستخدم النوعان الأول والثاني داخل النظم المستقلة؛ أي الشبكات التي تدار من جهة إدارية واحدة، وأما الأخير فيُستخدم بين النظم المستقلة.
1- بروتوكولات متجه المسافة distance vector: تعتمد المسيّرات هذا النوع من البروتوكولات لتبادل معلومات التسيير مع جيرانها، وذلك لحساب أقصر المسافات- أي أقصر الطرق- إلى الوجهات الشبكية المختلفة. وتُعدّ البروتوكولات: بروتوكول تسيير المعلومات Routing Information Protocol (RIP) وبروتوكول تسيير بوابات العبور الداخلية Interior Gateway Routing Protocol (IGRP) وبروتوكول تسيير بوابات العبور الداخلية المحسن Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP) من أكثر هذه البروتوكولات شيوعاً.
2- بروتوكولات حالة الوصلة link-state: يسمح هذا النوع من البروتوكولات للمسيّرات ببناء طبولوجيا كاملة عن الشبكة؛ وذلك بتبادل حالة وصلات المسيرات مع جيرانها بين جميع مسيّرات الشبكة. من الأمثلة عن بروتوكولات التسيير وفق حالة الوصلات: البروتوكولان بروتوكول المسار المفتوح الأقصر أولاً Open Shortest Path First (OSPF)
والمنظومة الوسيطة إلى المنظومة الوسيطة Intermediate System to Intermediate System (IS-IS).3- بروتوكولات متجه المسار path vector: تسمح بروتوكولات هذا النوع للمسيّرات باختيار المسارات المناسبة العابرة للنظم المستقلة، حيث يُعدّ بروتوكول بوابات العبور الحدودية Border Gateway Protocol (BGP) البروتوكول المسيطر لنقل معلومات التسيير بين النظم المستقلة
مراجع للاستزادة:
- B. A. Forouzan، Data Communications and Networking، McGraw- Hill، 2006.
- B. Cain et al،. Internet Group Management Protocol، Version 3، RFC 3376، 2002.
- J. Klensin، Simple Mail Transfer Protocol، RFC 5321”، 2008.
- J. Lloret_Mauri، Introduction to Network Protocols and Algorithms، Network Protocols and Algorithms Journal، Vol. 1، No. 1، 2009.
- W. Stallings، Data and Computer Communications، Prentice Hall، 2006.
- A. Tanenbaum، Computer Networks، Prentice Hall، 2002.
التصنيف : كهرباء وحاسوب
النوع : كهرباء وحاسوب
المجلد: المجلد الرابع
رقم الصفحة ضمن المجلد : 0
مشاركة :اترك تعليقك
آخر أخبار الهيئة :
- صدور المجلد الثامن من موسوعة الآثار في سورية
- توصيات مجلس الإدارة
- صدور المجلد الثامن عشر من الموسوعة الطبية
- إعلان..وافق مجلس إدارة هيئة الموسوعة العربية على وقف النشر الورقي لموسوعة العلوم والتقانات، ليصبح إلكترونياً فقط. وقد باشرت الموسوعة بنشر بحوث المجلد التاسع على الموقع مع بداية شهر تشرين الثاني / أكتوبر 2023.
- الدكتورة سندس محمد سعيد الحلبي مدير عام لهيئة الموسوعة العربية تكليفاً
- دار الفكر الموزع الحصري لمنشورات هيئة الموسوعة العربية
البحوث الأكثر قراءة
هل تعلم ؟؟
الكل : 53002348
اليوم : 34033
