ما هو TCP / IP وكيف يعمل

0
140
TCP/IP

في الشبكة ، تحتاج الأجهزة إلى الاتصال. لهذا ، ظهرت بروتوكولات الاتصال ونماذج لهم. من بينها ، هناك  نموذج TCP / IP  . يأتي الاسم من اثنين من بروتوكولاتها ،  TCP  و  IP  .

بطريقة بسيطة ، يمكن القول أن البروتوكول هو “اللغة” التي يستخدمها الجهاز المتصل في الشبكة للتواصل. بهذه الطريقة ، يمكن للمعدات من مختلف التقنيات والمصنعين والأغراض أن تفهم بعضها البعض.

بدون بروتوكولات الاتصال الموحدة ، سيكون من الصعب ، على سبيل المثال ، وجود شبكة عالمية مثل الإنترنت.

لتوحيد إنشاء البروتوكولات ، تم إنشاء نموذج OSI (Open Systems Interconnection) في عام 1971 وتم إضفاء الطابع الرسمي عليه في عام 1983. يحدد هذا النموذج بنية البروتوكول للشبكات. باستخدامه ، يمكن للمصنعين المختلفين إنتاج معداتهم من أجل التواصل وتفسير المعلومات الواردة في الاتصال وأداء المهمة المطلوبة.

يتنبأ نموذج OSI بأن الشبكة يجب أن تحتوي على 7 طبقات:

التطبيق  – وظائف متخصصة على مستوى التطبيق

العرض التقديمي  – تنسيق البيانات وتحويل الأحرف والأكواد

الجلسة  – التفاوض وإنشاء اتصال مع عقدة أخرى

النقل  – وسائل وطرق تقديم البيانات الشاملة

الشبكة  – حزم التوجيه عبر شبكة واحدة أو أكثر

الوصلة  – كشف وتصحيح الأخطاء التي تحدث بواسطة وسيط الإرسال

المادي  – انتقال البتات عبر وسيط الإرسال

TCP / IP

TCP / IP عبارة عن مجموعة من بروتوكولات الاتصال. يأتي الاسم من بروتوكولين TCP (بروتوكول التحكم في الإرسال) و IP (بروتوكول الإنترنت). يهدف إلى توحيد جميع اتصالات الشبكة ، وخاصة اتصالات الويب.

تم تطوير هذا النموذج في عام 1969 من قبل وزارة الدفاع الأمريكية كمورد اتصالات لـ ARPANET ، مقدمة إلى الإنترنت. كان لها وظيفة السماح بتبادل كمية كبيرة من المعلومات بين عدد هائل من أنظمة الكمبيوتر التي تشمل الشركات والجامعات والهيئات الحكومية ، وكلها بسرعة وموثوقية كبيرة.

يجب أن يكون لديه القدرة على تحديد أفضل طريق لمتابعة داخل الشبكة التي شكلتها المنظمات المعنية. في عام 1983 ، مع إضفاء الطابع الرسمي على نموذج OSI ، تم تكييف TCP / IP مع النموذج وتم تعريفه على أنه معيار اتصالات الشبكة. ثم التوسع في الترابط الخارجي لهذه الشبكات وتشكيل معيار الاتصال عبر الإنترنت.

يحتوي نموذج TCP / IP على 4 طبقات فقط تشمل 7 طبقات من نموذج OSI. تتلقى الطبقات العليا المعلومات وتوزعها على الطبقات السفلية ، وتنسب إلى كل واحدة منها الدور الذي ستلعبه أثناء الاتصال.

مقارنة مع نموذج OSI

مقارنةً بنموذج OSI ، يمكنك معرفة كيفية ارتباط طبقات TCP / IP الأربع ووظائفها:

التطبيق (الطبقة 4)

ستجد هنا جميع بروتوكولات الخدمة التي تتصل مباشرة بالبرنامج لتحديد نوع الطلب الذي يتم تنفيذه.

وهكذا ، نجد HTTP الذي يسمح بتصفح الويب ، DNS الذي يحول عنوان url الخاص بالمتصفح إلى رقم فريد (IP) يستخدم لتحديد الموقع على شبكة الوسيط المراد الاتصال به ، ويستخدم SMTP لإرسال رسائل البريد الإلكتروني. البريد ، SSH الذي يسمح باتصال آمن عن بعد والعديد من الآخرين.

بعد الاتصال بين البرنامج وطبقة التطبيقات ، يتم تشفير المعلومات ضمن معيار البروتوكول وتمريرها إلى الطبقات الدنيا.

النقل (الطبقة 3)

مسؤول عن الاتصال بين النقاط (المضيفين) المعنيين. إنها وظيفة الحفاظ على موثوقية وسلامة الاتصال ، والتحقق مما إذا كانت الحزمة قد وصلت إلى وجهتها وما إذا كانت البيانات الواردة فيها قد وصلت بطريقة متكاملة.

هنا نجد TCP ، المستخدم في الاتصال من نقطة إلى نقطة. نظرًا لكونه بروتوكول اتصال أكثر موثوقية ، يتم استخدامه في التطبيقات التي لا تتسامح كثيرًا مع فقدان الحزمة.

نجد أيضًا بروتوكول UDP (بروتوكول مخطط بيانات المستخدم) ، وهو بروتوكول به اتصال غير موثوق به. لا يتحقق من موثوقية وسلامة المعلومات ، ومع ذلك ، نظرًا لأنه لا يحتوي على خصائص التحكم ذات الصلة بـ TCP ، فإنه يسمح بنقل المعلومات بشكل أسرع.

وبالتالي ، لدينا بروتوكول TCP باعتباره البروتوكول الرئيسي للاتصال بين التطبيقات و UDP لحركة مرور الوسائط (مقاطع الفيديو والتسجيلات الصوتية) ، حيث تكون السرعة أكثر أهمية من التكامل.

أبواب

تستخدم هذه الطبقة بوابات منطقية للتأكد من أن التطبيق (البرنامج) الذي بدأ المحادثة سيجد التطبيق المطلوب في وجهته. هذه المنافذ المنطقية عبارة عن قنوات افتراضية عشوائية ، يتم تحديدها بشكل عام بواسطة نظام التشغيل ، والتي تفتح وفقًا لنوع التطبيق قيد التشغيل ، على سبيل المثال ، يستخدم HTTP المنفذ 80 ، ويستخدم FTP المنفذ 21 ، إلخ.

تضمن هذه القناة الافتراضية أن التطبيق الذي يبدأ مكالمة عبر المنفذ 80 ، مثل استخدام متصفح لفتح صفحة HTTP على الكمبيوتر A ، يجد ، في الوجهة ، خادم الويب الذي سيوفر صفحة HTTP المطلوبة أيضًا بواسطة المنفذ 80 هذا يمنع توجيه المعلومات بشكل خاطئ إلى تطبيق آخر ، مثل خادم FTP (المنفذ 21).

الهجمات

تستخدم بعض أنواع هجمات القراصنة ، مثل DDoS (رفض الخدمة) ، عبء الطلبات على منفذ معين ، مما يتسبب في توقف الخدمة. على سبيل المثال ، الملايين من طلبات الاتصال المتزامنة عبر المنفذ 80 لخادم الويب قادرة على التسبب في قطع اتصال الخدمة ، وبالتالي سحب الصفحات التي تستضيفها للمستخدمين.

لتجنب ذلك ، تحاول طبقة النقل باستمرار تحليل وقياس مقدار تحميل الشبكة وتؤدي “توازن الحمل” ، مما يقلل من معدل إرسال الحزم لتجنب التحميل الزائد.

الحزم

وظيفة أخرى مهمة هي التسليم الصحيح لحزم المعلومات ، والتحقق من تسلسل وصول الحزم ، لأنه ، أثناء حركة المرور ، يمكن أن يضيع بعضها. للتوضيح ، لنفترض أن المعلومات التي تم إنتاجها في المعدات A والمخصصة للمعدات B ، نظرًا لحجمها ، تم تقسيمها في الأصل إلى 10 حزم وتم إرسالها إلى النقطة B.

عند الوصول إلى النقطة B ، تتحقق طبقة النقل ، من خلال TCP ، من التسلسل ، وإذا فقدت حزمة على طول الطريق ، فإنها تطلب من الأصل إعادة إرسالها.

وبالتالي ، إذا استقبلت النقطة B الحزم 1 و 5 و 3 و 2 ، فإن TCP يعيد ترتيب التسلسل ، ويتحقق من عدم وجود الحزمة 4 ، ويطلب إعادة إرسال هذه الحزمة ، وعند وصولها ، يضعها في التسلسل الصحيح بحيث تكون الوجهة تفسير المعلومات في اكتمالها.

الإنترنت أو الشبكة (الطبقة 2)

يمكن القول أنه يوجد هنا نظام تحديد المواقع العالمي لحزمة TCP / IP ، لأنه داخل هذه الطبقة نجد عناوين المصدر والوجهة للاتصال.

خلال كل حركة مرور الحزم عبر الشبكة ، تجد العديد من الأجهزة التي توجهها إلى أفضل طريق للوصول إلى وجهتها. تسمى هذه الأجهزة أجهزة التوجيه ، وعلى سبيل المقارنة ، يمكن تعريفها على أنها عقد للشبكة.

عندما يستقبل جهاز التوجيه الحزمة ، فإنه يقرأ طبقة الإنترنت (أو الشبكة) ، ويتحقق من عنوان الوجهة ، ويتحقق من قائمة المسارات الداخلية لديه ، ويوجه الحزمة إلى المسار الصحيح ، والذي يمكن أن يكون أطول مسار بأقل حركة مرور أو الاقصر.

عند الوصول إلى الوجهة ، يقوم الجهاز بتخزين عنوان المصدر للحزمة المستلمة ، وتشغيل التطبيق المطلوب في طبقة النقل ، وتنفيذ الإجراء المطلوب في طبقة التطبيق ، وصياغة الاستجابة ، وتغليف الاستجابة في حزمة TCP / IP أخرى ، ووضعها كوجهة عنوان المصدر المخزن وإدراج عنوانه كعنوان المصدر.

ضمن هذه الطبقة يمكننا أن نجد بروتوكولات ICMP و IGMP. يستخدم الأول لنقل التشخيص عبر الشبكة التي تنتقل. يتم استخدام الثانية لإدارة الإرسال المتعدد للبيانات.

وظيفة أخرى لهذه الطبقة هي حمل بروتوكولات التوجيه. على سبيل المثال ، BGP و OSPF و RIP ، والتي تقدم المعلومات الملتقطة حول حركة مرور الشبكة إلى أجهزة التوجيه أثناء مرور البروتوكول من خلالها. يسمح هذا لهذه الأجهزة بتحسين قوائم المسارات الخاصة بها. أيضًا ، استهدف الحزم المستقبلية بشكل أكثر ملاءمة.

الرابط أو الفيزياء (الطبقة 1)

وتتمثل وظيفتها في تحديد الاتصال المادي للشبكة التي تنتقل الحزمة من خلالها. على سبيل المثال ، Ethernet و Wi-Fi ومودم الطلب الهاتفي و ATM و FDDI و Token Ring و X.2. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يحمل في طياته هوية الجهاز الذي أنشأ إرسال الحزمة ، ويخزن عنوان MAC الخاص به.

مسؤول عن تكييف الحزمة مع البيئة المادية التي تسافر من خلالها. يسمح للحزمة بالسفر عبر وسائل مختلفة ، من خلال الترابطات والتشغيلات البينية المختلفة للشبكات غير المتجانسة للغاية. هذه واحدة من أعظم نقاط القوة في TCP / IP. تسمح البروتوكولات القديمة بالمرور على نفس الوسيط المادي فقط.

من خلال هذه الطبقة ، يكون لدى الكمبيوتر الدفتري أو الهاتف الذكي ، المتصل بالإنترنت عبر Wi-Fi ، طلبًا يتم إرساله عبر تردد الراديو ، ويمكن تحويل الإشارة إلى السفر في الألياف الضوئية لمعدات الإنترنت التي يوفرها المشغل وتصل في الوجهة. .

ميزة أخرى لهذه الطبقة هي ترجمة الأسماء والعناوين المنطقية إلى عناوين مادية ، بالإضافة إلى إدارة حركة المرور ومعدلات السرعة لقنوات الاتصال.

أخيرًا ، هناك وظيفة أخرى وهي تقسيم المعلومات إلى حزم أصغر ، كما ذكرنا في المثال الوارد في طبقة النقل.

بينما تكون طبقة النقل مسؤولة عن التسلسل الصحيح لحزم المعلومات المقسمة الفرعية ، فإن طبقة ارتباط البيانات مسؤولة عن التقسيم وهذه المعلومات.

كما أن لديها الميزات التالية:

  • إنشاء الاتصالات وإنهائها ؛
  • إخطار وتصحيح الفشل ؛
  • استخدام الإشارات التناظرية أو الرقمية في التوصيلات ؛
  • استخدام الوسائل الموجهة (الكابلات) أو غير الموجهة (الراديو ، الميكروويف) ؛
  • انبعاث أكثر من إشارة واحدة على نفس الوسط المادي ؛
  • التعيين المنطقي للعناوين المادية ؛
  • يحول العناوين المادية إلى منطقية (عنوان IP) ؛
  • تبديل الحزم داخل الجهاز ؛
  • يسمح بتنفيذ TCP / IP على أجهزة مختلفة.

بروتوكول TCP

TCP هو بروتوكول طبقة نقل موثوق به يهدف إلى ضمان نقل البيانات بالكامل إلى مضيفي الوجهة الصحيحين في التسلسل الذي تم إرسالها فيه.

أقسام TCP (مقاطع) المعلومات المستلمة من طبقة التطبيق إلى كتل أصغر من المعلومات ، تُعرف باسم مخططات البيانات ، وتضمين رأس تعريف يسمح للمضيف الوجهة بإعادة تكوين البيانات. يحتوي هذا الرأس على مجموعة من البتات (المجموع الاختباري) تسمح بالتحقق من صحة البيانات والرأس نفسه.

تسمح هذه المجموعة من البتات للمضيف الوجهة باستعادة المعلومات في حالة حدوث أخطاء في الإرسال أو في الحالات التي يتعذر فيها استرداد المعلومات أو فقدان حزمة TCP / IP أثناء الإرسال. تتمثل مهمة TCP في إعادة إرسال الحزمة.

لكي يتأكد مضيف المصدر من وصول الحزمة بدون أخطاء ، يقوم المضيف الوجهة بإبلاغ حالة الإرسال عن طريق إرسال رسالة  إقرار  .

لكي تكون قادرًا على تحديد الخدمة التي ينتمي إليها مخطط بيانات معين ، يستخدم TCP مفهوم المنافذ. ترتبط الخدمة بكل منفذ. بعد تحديد المنفذ يتم إجراء جميع الاتصالات مع التطبيق والمعالجة من خلاله.

ميزات TCP

نقل البيانات  : معيار ثنائي الاتجاه بين نقطتين ، أي أنه يمكن لكلتا النقطتين المتصلتين الإرسال والاستقبال في وقت واحد.

نقل البيانات بأولويات مختلفة  : يفسر إشارات الأولوية وينظم توجيه مخططات البيانات وفقًا لذلك.

إنشاء وتحرير الاتصالات  : يطلب ويقبل بدء وإنهاء عمليات الإرسال بين  المضيفين  .

التسلسل  : ترتيب الحزم المستلمة.

التجزئة وإعادة التجميع  : يقسم المعلومات الأكبر إلى حزم أصغر للإرسال. وبالتالي ، تحديدها حتى يتم تجميعها بشكل صحيح عند الاستلام.

التحكم في التدفق  : يحلل ظروف الإرسال (السرعة ، الوسيط المادي ، حركة المرور ، إلخ) ويكيف مخططات البيانات لهذا الإرسال.

التحكم في الخطأ: من خلال مجموعة البتات (المجموع الاختباري) لرأسه ، يتحقق مما إذا كانت البيانات المرسلة خالية من الأخطاء. بالإضافة إلى الكشف ، من الممكن أيضًا تصحيحه.

مضاعفة IP  : نظرًا لاستخدام مفهوم المنافذ ، فمن الممكن إرسال البيانات من أنواع مختلفة من الخدمات (منافذ مختلفة) إلى نفس المضيف الوجهة.

بروتوكول IP

يحدد بروتوكول IP آليات نقل مخطط البيانات ، مع وجود اتجاه اتصال مميز. يتم التعامل مع كل حزمة IP كوحدة مستقلة للمعلومات ، لا علاقة لها بأي وحدة أخرى.

وهي مسؤولة عن الاتصال بين مضيفي شبكة TCP / IP ، وإدارة نقل الرسالة من مضيف المصدر إلى مضيف الوجهة. يقوم بذلك حتى عندما يحتاج مخطط البيانات الخاص بك إلى المرور عبر شبكات فرعية متعددة.

ومع ذلك ، فإن بروتوكول IP غير موثوق به لأنه لا يستخدم أي تحكم في التدفق أو معالجة الأخطاء. هذه هي مسؤولية بروتوكولات الطبقة العليا.

وظائفه الأكثر صلة هي تعيين مخطط عنونة مستقل عن عنوان الشبكة المستخدمة ومستقل عن طوبولوجيا الشبكة نفسها.

بالإضافة إلى ذلك ، لديه القدرة على التوجيه واتخاذ قرارات التوجيه لنقل الرسائل بين العناصر التي تربط الشبكات.

ميزات IP

خدمة مخطط بيانات غير موثوق بها ؛

العنونة الهرمية

سهولة تجزئة وإعادة تجميع العبوات ؛

حقل خاص يشير إلى بروتوكول النقل الذي يجب استخدامه في المستوى الأعلى ؛

تحديد أهمية مخطط البيانات ومستوى الموثوقية المطلوب من أجل إعطاء الأولوية في الإرسال ؛

التحكم في التخلص من الحزم المتداولة على الشبكة ومدى عمرها.

عنوان IP

إنه التعريف الفريد الذي لا لبس فيه لكل مضيف يشكل شبكة. وهي عبارة عن مجموعة من 32 بت ، مكتوبة عادة في النظام العشري وتنتشر على 4 ثماني بتات. وهي تتبع المواصفات التي حددها  NIC  (  مركز معلومات الشبكة  ). يقوم NIC بتعيين عناوين IP والتحكم فيها حول العالم. وبهذه الطريقة ، يتم ضمان أمان العناوين وتفردها.

إنه مرتبط بالمضيف ، وأيضًا بقناع الشبكة الذي يحدد التعريف والقيود وعدد المعدات على الشبكة حيث يتم توصيل هذا المضيف.

نظرًا لوجود شبكات بأحجام مختلفة ، يتم استخدام مفهوم فئة العنوان. وبالتالي ، يمكن التمييز بين الفئات التالية:

ج  : 128 شبكة مع القدرة على مخاطبة 16 مليون مضيف ؛

ب  : 16384 شبكة مع القدرة على مخاطبة 64000 مضيف ؛

ج  : 2 مليون شبكة مع إمكانية مخاطبة 256 مضيفًا ؛

D  : يسمح بتوزيع مخطط بيانات عبر مجموعة من الأجهزة المضيفة ؛

E  : هذه هي العناوين التي تبدأ بالرقم 1111 وهي محجوزة للاستخدام في المستقبل.

بشكل افتراضي ، تستخدم الإنترنت الفئة C لمخاطبة شبكاتها  ومضيفيها.  لذلك عندما  يتصل مزود خدمة الإنترنت  (  ISP ) الجديد  بالإنترنت ، فإنه يتلقى على الأقل مجموعة من 256 عنوانًا لاستخدامها على  مضيفيه  . وبالتالي ، السماح بالوصول المتزامن إلى الإنترنت من قبل 256 مستخدمًا.

مع نمو الإنترنت بشكل كبير ، انخفضت عناوين IP المتاحة بشكل كبير وكانت إحدى الطرق لحل مشكلة نفاد عناوين IP التي لا مفر منها هي إنشاء مفهوم الشبكات الفرعية.

IPv4 و IPv6

في البداية ، لم يتم تصميم الإنترنت للاستخدام التجاري. لذلك ، مع استنفاد العناوين المحتمل ، بالإضافة إلى التحسينات في التكنولوجيا ، تم إنشاء IPv6. يحتوي IPv6 على عناوين 128 بت. بهذه الطريقة ، السماح بعدد أكبر من العناوين.

صفات TCP / IP

TCP / IP هو البروتوكول القياسي. بعد كل شيء ، لديها سلسلة من الصفات التي تسمح بتنوع هائل في الاتصالات. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يسمح بالتوحيد القياسي في تطوير التقنيات الجديدة في البرمجيات والأجهزة. والجدير بالذكر أن الصفات التالية يمكن إدراجها على أنها صفات رئيسية:

التوحيد القياسي  : هو بروتوكول قياسي وقابل للتوجيه وهو الأكثر اكتمالاً وقبولًا والمتوفر حاليًا. تدعم جميع أنظمة التشغيل الحديثة بروتوكول TCP / IP. كما أن معظم الشبكات الكبيرة تعتمد عليه في معظم حركة المرور الخاصة بهم.

الترابط  : تقنية لربط أنظمة مختلفة. تتوفر العديد من أدوات الاتصال القياسية للوصول إلى البيانات ونقلها بين هذه الأنظمة المختلفة. وتشمل هذه   FTP   (  بروتوكول نقل الملفات  ) و   Telnet   (  بروتوكول مضاهاة المحطة الطرفية  ).

التوجيه  : يسمح للتقنيات القديمة والحديثة بالاتصال بالإنترنت ويمكّنها. إنه يعمل مع بروتوكولات الخط مثل  PPP  (  بروتوكول نقطة إلى نقطة  ). بهذه الطريقة ، السماح بالاتصال عن بعد من الطلب الهاتفي أو الخط المخصص. أيضًا كآليات IPCs والواجهات الأكثر استخدامًا بواسطة أنظمة التشغيل ، مثل مآخذ Windows و NetBIOS.

بروتوكول قوي  : إنه قابل للتطوير ومتعدد الأنظمة ، مع هيكل يستخدم في أنظمة تشغيل العميل / الخادم ، مما يسمح باستخدام تطبيقات بهذا الحجم بين نقطتين بعيدتين.

الإنترنت  : من خلال مجموعة بروتوكولات TCP / IP يمكننا الوصول إلى الإنترنت. توزع الشبكات المحلية خوادم الوصول إلى الإنترنت (خوادم بروكسي). يتصل المضيفون المحليون بهذه الخوادم للوصول إلى الإنترنت. لا يمكن تحقيق هذا الوصول إلا إذا تم تكوين أجهزة الكمبيوتر لاستخدام TCP / IP.

خاتمة

باختصار ، يحدد TCP / IP كيفية تبادل البيانات عبر الإنترنت. يوفر اتصالات من طرف إلى طرف. إنه يحدد كيفية حزمها ومعالجتها وإرسالها وتوجيهها واستلامها في الوجهة.

يتطلب TCP / IP القليل من الإدارة المركزية وهو مصمم لجعل الشبكات موثوقة. باستخدامه ، من الممكن التعافي تلقائيًا من فشل أي جهاز على الشبكة.

اترك رد