پروتکل شبکه چیست و چه کاربردی دارد؟

پروتکل شبکه چیست؟ تصور کنید در دنیای دیجیتال به مانند یک جاده شلوغ و پیچیده در حال حرکت هستید. هر وسیله نقلیه (دستگاه) در این جاده نیاز دارد که قوانین خاصی را رعایت کند تا تصادف نکند و مقصد خود را به درستی پیدا کند. در این مسیر، پروتکل (protocol) همان قوانین و دستورالعمل‌هایی است که به دستگاه‌ها می‌گوید چگونه باید با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، داده‌ها را ارسال کنند و اطلاعات را به درستی دریافت کنند. بدون این قوانین، ارتباطات در دنیای دیجیتال به آشوب تبدیل می‌شود. 

با ما همراه باشید تا نگاهی دقیق‌تر به این پروتکل‌ها بیندازیم و ببینیم این زبان مشترک چگونه در پس‌زمینه تمامی ارتباطات آنلاین، از ارسال ایمیل‌ها گرفته تا بارگذاری وب‌سایت‌ها، کار می‌کند و شبکه‌های ما را به هم متصل می‌کند.

پروتکل شبکه چیست؟

پروتکل شبکه مثل یک دستورالعمل یا زبان مشترک است که کامپیوترها و دستگاه‌ها در یک شبکه برای برقراری ارتباط با یکدیگر از آن استفاده می‌کنند. تصور کنید که چند نفر در یک مهمانی بین‌المللی از کشورهای مختلف حضور دارند، اگر همه زبان‌های مختلفی صحبت کنند، هیچ‌کدام نمی‌توانند یکدیگر را درک کنند. حالا پروتکل شبکه هم مثل یک زبان مشترک است که همه این افراد به آن زبان صحبت کنند تا بتوانند به راحتی ارتباط برقرار کنند و اطلاعات را منتقل کنند.

در دنیای دیجیتال، پروتکل های شبکه به دو دسته اصلی پروتکل‌های ارتباطی برای ارسال داده‌ها (مثل TCP/IP) و پروتکل‌های کاربردی برای مشخص کردن نحوه تعامل بین سرویس‌ها (مثل HTTP برای وب‌سایت‌ها یا FTP برای انتقال فایل‌ها) تقسیم می‌شوند.

به‌عنوان یک مثال ساده‌ وقتی شما در حال مرور یک سایت هستید، مرورگر شما درخواست‌هایی به سرور می‌فرستد که این درخواست‌ها طبق پروتکل HTTP انجام می‌شود. سرور هم اطلاعات را باز می‌فرستد، همه این‌ها در قالب زبان و دستوراتی است که پروتکل HTTP تعیین کرده است. اگر این پروتکل‌ها نبودند، هیچ‌کدام از ما نمی‌توانستیم به راحتی از اینترنت استفاده کنیم!

در واقع، پروتکل‌ها به نوعی سیستم‌عامل‌هایی نامرئی هستند که شبکه‌ها و دستگاه‌ها را به هم متصل می‌کنند و در پس‌زمینه همه ارتباطات دیجیتال، بدون اینکه به چشم بیایند، کار می‌کنند.

وظایف پروتکل چیست؟

پروتکل‌ها در شبکه‌ های کامپیوتری نقش بسیار مهمی دارند و وظایف مختلفی را برای برقراری ارتباطات صحیح و کارآمد بین دستگاه‌ها انجام می‌دهند. این وظایف می‌توانند بسته به نوع پروتکل و لایه‌ای که در آن استفاده می‌شوند، متفاوت باشند، اما در کل، برخی از وظایف اصلی پروتکل‌ها عبارتند از:

• امنیت: برای رمزنگاری و حفاظت از داده‌ها در حین انتقال استفاده می‌شوند.
• مدیریت خطا: خطاها را شناسایی کرده و با ارسال مجدد داده‌ها اصلاح می‌کنند.
• آدرس‌دهی و مسیریابی: پروتکل‌ها آدرس‌دهی و مسیر انتقال داده‌ها را تعیین می‌کنند.
• تقسیم داده‌ها به بسته‌ها: داده‌ها را به بخش‌های کوچک تقسیم کرده تا ارسال راحت‌تر شود.
• تعریف قوانین ارتباطی: مشخص می‌کنند که دستگاه‌ها چگونه با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
• تضمین تحویل داده‌ها: اطمینان حاصل می‌کنند که داده‌ها به درستی و بدون خطا به مقصد برسند.

معرفی انواع پروتکل شبکه

پروتکل‌های شبکه بسیار متنوع و گسترده هستند. این پروتکل‌ها به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند و هر کدام وظیفه خاصی را در برقراری ارتباط بین دستگاه‌ها در شبکه انجام می‌دهند. در اینجا انواع مختلف پروتکل‌ها را در یک جدول و براساس لایه معرفی می‌کنم:

بیشتر بخوانید: پروتکل TLS چیست؟

1. پروتکل‌های لایه شبکه (Network Layer Protocols)

این پروتکل‌ها مسئول مسیریابی و انتقال داده‌ها از یک دستگاه به دستگاه دیگر در شبکه هستند. برخی از معروف‌ترین این پروتکل‌ها عبارتند از:

• IP(Internet Protocol): پروتکل اصلی در لایه شبکه که مسئول آدرس‌دهی و مسیریابی بسته‌های داده بین دستگاه‌ها در اینترنت است. نسخه‌های مختلف آن شامل IPv4 و IPv6 هستند.
• ICMP (Internet Control Message Protocol): برای ارسال پیام‌های کنترلی و خطا در شبکه استفاده می‌شود. مثلاً وقتی یک بسته به مقصد نمی‌رسد، با استفاده از ICMP پیامی به مبدأ ارسال می‌شود.

2. پروتکل‌های لایه انتقال (Transport Layer Protocols)

پروتکل‌های این لایه مسئول تضمین تحویل داده‌ها به صورت صحیح و ترتیب درست هستند. مهم‌ترین پروتکل‌ها در این لایه عبارتند از:

• TCP (Transmission Control Protocol): پروتکلی قابل اعتماد که داده‌ها را به صورت ترتیبی و بدون خطا ارسال می‌کند. این پروتکل از مکانیزم‌هایی مانند تأیید دریافت داده‌ها (Acknowledgments) و بازنشانی داده‌ها (Retransmission) استفاده می‌کند.
• UDP (User Datagram Protocol): برخلاف TCP، UDP پروتکلی غیرقابل اعتماد است که برای انتقال سریع داده‌ها استفاده می‌شود. این پروتکل تأیید دریافت یا بازنشانی داده‌ها را انجام نمی‌دهد، بنابراین سرعت بیشتری دارد.

3. پروتکل‌های لایه کاربرد (Application Layer Protocols)

پروتکل‌های لایه کاربرد (Application Layer) در مدل OSI و TCP/IP مسئول فراهم کردن ارتباطات مستقیم بین کاربران و سرویس‌های شبکه هستند. این پروتکل‌ها وظیفه ارائه خدمات مختلف به برنامه‌های کاربردی را دارند و از داده‌ها به‌گونه‌ای استفاده می‌کنند که برای کاربران نهایی قابل درک و استفاده باشد. برخی از مهم‌ترین پروتکل‌های لایه کاربرد عبارتند از:

• HTTP (HyperText Transfer Protocol): پروتکلی برای انتقال صفحات وب. وقتی شما یک سایت را باز می‌کنید، مرورگر شما از HTTP برای دریافت داده‌ها از سرور استفاده می‌کند.
• HTTPS (HyperText Transfer Protocol Secure): نسخه امن HTTP است که از رمزنگاری SSL/TLS برای حفاظت از اطلاعات استفاده می‌کند.
• FTP (File Transfer Protocol): برای انتقال فایل‌ها بین دو دستگاه در شبکه استفاده می‌شود. FTP به دو صورت فعال و غیرفعال عمل می‌کند.
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): پروتکلی برای ارسال ایمیل‌ها در شبکه اینترنت است.
• POP3 (Post Office Protocol version 3) و IMAP (Internet Message Access Protocol): پروتکل‌هایی برای دریافت ایمیل‌ها از سرور به دستگاه کاربر.

4. پروتکل‌های لایه لینک داده (Data Link Layer Protocols)

این پروتکل‌ها مسئول ارسال داده‌ها به صورت بسته‌های داده در سطح لینک شبکه هستند. مهم‌ترین پروتکل‌ها در این لایه عبارتند از:

• Ethernet: یکی از متداول‌ترین پروتکل‌های لایه لینک داده است که برای ارتباطات محلی در شبکه‌های LAN استفاده می‌شود.
• PPP (Point-to-Point Protocol): پروتکلی برای ارتباطات نقطه به نقطه در شبکه‌های WAN.

5. پروتکل‌های لایه فیزیکی (Physical Layer Protocols)

این پروتکل‌ها مسئول انتقال داده‌ها از طریق رسانه‌های فیزیکی مانند کابل‌ها یا امواج رادیویی هستند. به طور مستقیم پروتکلی در لایه فیزیکی وجود ندارد، بلکه این لایه شامل مشخصات فیزیکی مانند نوع کابل (Cat5, Fiber Optic) یا استانداردهای وایرلس (Wi-Fi) است.

6. پروتکل‌های امنیتی (Security Protocols)

ممکن است سوال کنید پروتکل امنیت شبکه چیست؟ این پروتکل‌ها مجموعه‌ای از قوانین و دستورالعمل‌ها است که برای حفاظت از اطلاعات و ارتباطات در شبکه‌های کامپیوتری طراحی شده است. این پروتکل‌ها وظیفه دارند تا از داده‌ها در برابر تهدیدات مختلف مانند دسترسی غیرمجاز، شنود، تغییرات مخرب و حملات محافظت کنند. پروتکل‌های امنیتی معمولاً شامل مکانیسم‌های رمزنگاری، احراز هویت، و کنترل دسترسی هستند تا امنیت ارتباطات و داده‌ها را تضمین کنند.برخی از مهم‌ترین پروتکل‌های امنیتی عبارتند از:

• SSL/TLS (Secure Sockets Layer / Transport Layer Security): برای رمزنگاری ارتباطات اینترنتی استفاده می‌شود و امنیت تبادل داده‌ها را تضمین می‌کند، به ویژه در HTTPS.
• IPsec (Internet Protocol Security): برای رمزنگاری و احراز هویت در شبکه‌های IP، به ویژه در VPNها، کاربرد دارد.
• SSH (Secure Shell): برای اتصال امن به سرورها و سیستم‌ها از راه دور، با رمزنگاری ارتباطات.
• Kerberos: پروتکلی برای احراز هویت امن در شبکه‌ها، معمولاً در سازمان‌ها برای مدیریت دسترسی به منابع.
• فایروال (Firewall): ابزاری که ترافیک شبکه را کنترل کرده و از دسترسی غیرمجاز به شبکه جلوگیری می‌کند.
• VPN (Virtual Private Network): پروتکلی که با رمزنگاری، ارتباطات امن را از طریق اینترنت ایجاد می‌کند.

7. پروتکل‌های مسیریابی (Routing Protocols)

این پروتکل‌ها مسئول تعیین مسیر بهترین انتقال داده‌ها از یک شبکه به شبکه دیگر هستند. مهم‌ترین پروتکل‌های مسیریابی عبارتند از:

• RIP (Routing Information Protocol): پروتکلی برای مسیریابی در شبکه‌های کوچک.
• OSPF (Open Shortest Path First): پروتکلی برای مسیریابی در شبکه‌های بزرگ‌تر که از الگوریتم کوتاه‌ترین مسیر استفاده می‌کند.
• BGP (Border Gateway Protocol): پروتکلی برای مسیریابی در اینترنت و شبکه‌های بزرگ و پیچیده.

8. پروتکل‌های تخصیص منابع (Resource Allocation Protocols)

این پروتکل‌ها برای مدیریت و تخصیص منابع در شبکه‌ها استفاده می‌شوند. یکی از معروف‌ترین این پروتکل‌ها:

• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): پروتکلی که به طور خودکار آدرس‌های IP را به دستگاه‌ها تخصیص می‌دهد.

9. پروتکل‌های مربوط به ارتباطات بی‌سیم (Wireless Communication Protocols)

پروتکل‌های ارتباطات بی‌سیم برای برقراری ارتباطات میان دستگاه‌ها بدون استفاده از کابل یا سیم طراحی شده‌اند. این پروتکل‌ها در شبکه‌های بی‌سیم مانند Wi-Fi، Bluetooth، و تلفن‌های همراه برای اطمینان از انتقال داده‌های امن و کارآمد استفاده می‌شوند. در زیر برخی از مهم‌ترین پروتکل‌های ارتباطات بی‌سیم آورده شده است:

• Wi-Fi: پروتکلی برای ارتباطات بی‌سیم در شبکه‌های محلی (LAN).
• Bluetooth: پروتکلی برای ارتباطات بی‌سیم کوتاه‌برد که معمولاً برای انتقال داده‌ها بین دستگاه‌های مختلف مانند گوشی‌ها و لپ‌تاپ‌ها استفاده می‌شود.

10. پروتکل‌های ذخیره‌سازی (Storage Protocols)

پروتکل‌های ذخیره‌سازی مجموعه‌ای از استانداردها و قوانین هستند که نحوه ذخیره، دسترسی، و مدیریت داده‌ها در سیستم‌های ذخیره‌سازی را تعیین می‌کنند. این پروتکل‌ها به‌ویژه در شبکه‌های ذخیره‌سازی و مراکز داده برای تضمین امنیت، کارایی و هماهنگی بین دستگاه‌ها و سرورها اهمیت دارند. برخی از مهم‌ترین پروتکل‌های ذخیره‌سازی عبارتند از:

• iSCSI (Internet Small Computer Systems Interface): پروتکلی برای دسترسی به ذخیره‌سازی‌های داده از طریق شبکه.
• NFS (Network File System): پروتکلی برای به اشتراک‌گذاری فایل‌ها بین دستگاه‌های مختلف در یک شبکه.

خطرات تهدید کننده پروتکل شبکه

پروتکل‌ های شبکه اگرچه برای برقراری ارتباطات موثر و کارآمد ضروری هستند، اما به دلیل پیچیدگی‌های موجود در طراحی و پیاده‌سازی آنها، در برابر تهدیدات امنیتی متعددی آسیب‌پذیر هستند. این تهدیدات می‌توانند تأثیرات جدی بر امنیت و عملکرد شبکه‌ها بگذارند. در کل می‌توان گفت که، پروتکل‌های قدیمی که به‌روز رسانی نمی‌شوند، می‌توانند آسیب‌پذیری‌های جدی داشته باشند که مهاجمان می‌توانند از آنها سوءاستفاده کنند. برای کاهش این خطرات، استفاده از پروتکل‌های امن، رمزنگاری داده‌ها، و احراز هویت قوی ضروری است.

یکی از خطرات مهم، حملات مرد میانی (Man-in-the-Middle) است که در آن مهاجم بین دو دستگاه ارتباطی قرار می‌گیرد و می‌تواند داده‌های رد و بدل‌شده را شنود یا دستکاری کند. پروتکل‌های بدون رمزنگاری، مانند HTTP، بیشتر در معرض این حملات قرار دارند. همچنین، حملات تزریق داده (Injection Attacks) ممکن است باعث وارد کردن داده‌های مخرب به درخواست‌ها یا پاسخ‌های پروتکل‌ها شده و آسیب‌ جدی به امنیت سیستم وارد کنند.

حملات DoS و DDoS هم یکی دیگر از تهدیدات جدی به شمار می‌روند که در آن مهاجم با ارسال درخواست‌های زیاد، سرویس‌دهی را مختل می‌کند و به سرورها یا دستگاه‌ها آسیب می‌زند. در این حملات، پروتکل‌ها نمی‌توانند درخواست‌ها را مدیریت کنند و شبکه از کار می‌افتد. همچنین، استراق سمع می‌تواند باعث شنود داده‌های حساس مانند پسوردها و اطلاعات مالی شود، به ویژه در پروتکل‌های بدون رمزنگاری.

حملات Replay، که در آن پیام‌های قدیمی مجدداً ارسال می‌شوند، می‌تواند به سیستم‌ها آسیب وارد کرده و امنیت داده‌ها را تهدید کند. از سوی دیگر، کپی یا جعل هویت (Identity Spoofing) نیز به مهاجم این امکان را می‌دهد که هویت دستگاه یا کاربر را جعل کرده و به اطلاعات حساس دسترسی یابد.

خلاصه و نتیجه‌گیری

در این مقاله در رابطه با مفهوم پروتکل شبکه چیست صحبت کردیم و انواع آن براساس لایه به شما معرفی شد. در نهایت، می‌توان گفت که پروتکل‌های شبکه نقش حیاتی در ارتباطات و انتقال داده‌ها در شبکه‌های کامپیوتری ایفا می‌کنند. این پروتکل‌ها با تعیین قوانین و استانداردها، اطمینان حاصل می‌کنند که داده‌ها به‌طور امن و کارآمد از یک دستگاه به دستگاه دیگر منتقل شوند.

هر پروتکل بسته به لایه‌ای که در مدل OSI یا TCP/IP قرار دارد، وظایف خاص خود را انجام می‌دهد، از مسیریابی و انتقال داده‌ها تا ارائه خدمات کاربردی و امنیتی. انتخاب پروتکل مناسب در طراحی شبکه، نه‌تنها کارایی شبکه را بهبود می‌بخشد بلکه به حفظ امنیت و یکپارچگی داده‌ها نیز کمک می‌کند.

موسسه پل استار در راستای شتابدهی استعداد فرزندان ایران زمین، اقدام به برگزاری دوره‌هایی مبتنی بر علم برنامه نویسی می‌کند. اعتقاد ما براین است که آموزش برنامه نویسی به کودکان و نوجوانان باعث بهبود عملکرد ذهن و تفکر منطقی در آن‌ها می‌شود. بچه ها با حل کردن چالش‌های کدنویسی برای ورود به دنیای تحصیلی و شغلی آماده می‌شوند.

سوالات متداول

Protocol- 1 کامپیوتر چیست؟

پروتکل کامپیوتر مجموعه‌ای از قوانین است که نحوه ارتباط و تبادل داده‌ها بین دستگاه‌ها یا برنامه‌ها در یک شبکه را مشخص می‌کند. این قوانین شامل نحوه انتقال داده‌ها، شناسایی دستگاه‌ها، مدیریت خطاها و امنیت اطلاعات است. مثال‌ها شامل HTTP، FTP و TCP/IP هستند.

2- چرا استفاده از پروتکل‌ های شبکه ضروری است؟

پروتکل‌ها برای تضمین هماهنگی، اطمینان از انتقال صحیح داده‌ها، مدیریت خطاها، و حفظ امنیت اطلاعات در شبکه‌ها ضروری هستند.

3- تفاوت بین TCP و UDP چیست؟

TCP (Transmission Control Protocol) یک پروتکل قابل اطمینان است که تضمین می‌کند داده‌ها به‌درستی و بدون خطا منتقل شوند، در حالی که UDP (User Datagram Protocol) پروتکلی بدون اتصال است که سرعت بالاتری دارد اما هیچ‌گونه تضمینی برای انتقال صحیح داده‌ها ارائه نمی‌دهد.

4- پروتکل‌های لایه کاربرد چه کارکردی دارند؟

پروتکل‌های لایه کاربرد مانند HTTP، FTP و SMTP برای ارائه خدمات مستقیم به کاربران نهایی استفاده می‌شوند و ارتباطات بین برنامه‌های کاربردی مختلف را مدیریت می‌کنند.

منابع:

• کتاب "Computer Networking" نوشته اندرو تننبام
• وب‌سایت رسمی IETF
• مقالات مرتبط در وب‌سایت Medium