پروتکل(protocol) چیست؟

پروتکل‌ها یکی از پایه‌های اساسی دنیای ارتباطات دیجیتال هستند که بدون وجود آن‌ها، انتقال اطلاعات بین دستگاه‌ها و شبکه‌ها غیرممکن می‌شود. از ساده‌ترین فرآیندهای روزمره مانند باز کردن یک وب‌سایت گرفته تا ارتباطات پیچیده بین سرورها و سیستم‌های ابری، همگی به لطف وجود پروتکل‌های شبکه امکان‌پذیر هستند. پروتکل‌ها مجموعه‌ای از قوانین و دستورالعمل‌ها هستند که نحوه برقراری ارتباط بین دستگاه‌های مختلف را تعیین می‌کنند. در این مقاله به بررسی کاربرد، عملکرد، انواع پروتکل‌ها، مدل‌های مرجع شبکه مانند OSI و TCP/IP، و همچنین آسیب‌پذیری‌ها و آینده این فناوری پرداخته می‌شود.

پروتکل چیست؟

پروتکل (Protocol) به مجموعه‌ای از قوانین و دستورالعمل‌ها گفته می‌شود که نحوه ارتباط و تبادل اطلاعات بین دستگاه‌های مختلف در یک شبکه را مشخص می‌کند. به زبان ساده، پروتکل‌ها به دستگاه‌ها می‌گویند که چگونه با یکدیگر صحبت کنند تا بتوانند اطلاعات را به درستی به هم انتقال دهند. مثل اینکه برای برقراری یک مکالمه موفق، افراد باید از یک زبان مشترک استفاده کنند؛ پروتکل‌ها هم مانند زبان مشترکی برای دستگاه‌های شبکه هستند.

کاربرد پروتکل در ارتباطات و اتصالات شبکه

پروتکل‌ها یکی از مهم‌ترین ابزارهای ارتباطی در شبکه‌های کامپیوتری هستند. آن‌ها به دستگاه‌ها، مانند کامپیوترها، تلفن‌های هوشمند، سرورها و حتی دستگاه‌های خانگی هوشمند کمک می‌کنند تا بتوانند به درستی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. برای مثال، وقتی شما یک وب‌سایت را باز می‌کنید، مرورگر شما از پروتکل HTTP استفاده می‌کند تا اطلاعات لازم را از سرور دریافت کند. بدون پروتکل‌ها، دستگاه‌ها نمی‌توانند داده‌ها را با یکدیگر به اشتراک بگذارند و ارتباط بین آن‌ها دچار مشکل می‌شود.
اگر با پروتکل http آشنایی ندارید می توانید مقاله پروتکل HTTP چیست؟ را مطالعه نمایید و با کارکرد آن به خوبی آشنا شوید.

نحوه عملکرد Protocol
 

پروتکل‌ها به شکل دستورات و قوانینی هستند که نحوه ارسال و دریافت اطلاعات را مشخص می‌کنند. هر بار که یک دستگاه اطلاعاتی را به دستگاه دیگری ارسال می‌کند، از این قوانین پیروی می‌کند. به عنوان مثال، پروتکل HTTP که برای باز کردن وب‌سایت‌ها استفاده می‌شود، شامل مراحلی است که مرورگر و سرور طی می‌کنند تا اطلاعات رد و بدل شود. مرورگر یک درخواست (Request) ارسال می‌کند و سرور نیز پس از پردازش، پاسخ (Response) را بازمی‌گرداند. این فرآیند، از آغاز تا پایان، تحت قوانین پروتکل انجام می‌شود.
به بیان ساده، پروتکل‌ها مانند راهنما یا نقشه‌ای هستند که به دستگاه‌ها نشان می‌دهند چگونه اطلاعات را بفرستند و دریافت کنند.

انواع Protocol
 

پروتکل‌های مختلفی وجود دارند که هر کدام برای کاربردهای خاصی طراحی شده‌اند. در اینجا به چند نمونه از معروف‌ترین پروتکل‌ها اشاره می‌کنیم:

- HTTP/HTTPS: 

این پروتکل برای انتقال صفحات وب استفاده می‌شود. با کمک این پروتکل می‌توانید وب‌سایت‌ها را مشاهده کنید. HTTPS نسخه‌ای امن‌تر از HTTP است که اطلاعات شما را در حین انتقال رمزگذاری می‌کند.

- FTP: 

این پروتکل برای انتقال فایل‌ها بین کامپیوترها یا سرورها به‌کار می‌رود. به عنوان مثال، اگر بخواهید فایل‌هایی را از کامپیوتر خود به سرور وب‌سایتتان منتقل کنید، از این پروتکل استفاده می‌کنید.

- TCP/IP: 

این پروتکل یکی از پایه‌های اصلی اینترنت است و برای ارتباط مطمئن و امن بین دستگاه‌های مختلف در اینترنت استفاده می‌شود.

-SMTP: 

این پروتکل برای ارسال ایمیل استفاده می‌شود. هر بار که یک ایمیل ارسال می‌کنید، این پروتکل اطلاعات ایمیل شما را به سرور مربوطه ارسال می‌کند.

- DNS: 

این پروتکل نام‌های دامنه (مانند google.com) را به آدرس‌های IP تبدیل می‌کند. بدون DNS، شما باید برای دسترسی به وب‌سایت‌ها از آدرس‌های عددی پیچیده استفاده می‌کردید.
 

مدل OSI؛ راهنمای لایه‌بندی برای شبکه‌های کامپیوتری

مدل OSI یک چارچوب مرجع است که به توضیح نحوه عملکرد شبکه‌های کامپیوتری کمک می‌کند. این مدل شامل هفت لایه است و هر لایه مسئول بخشی از فرآیند ارتباطات شبکه است. به این ترتیب، مدل OSI کمک می‌کند تا ارتباطات به شکل منظم‌تری انجام شود. لایه‌های مدل OSI عبارتند از:
1.    لایه فیزیکی: این لایه مسئول ارسال سیگنال‌های الکتریکی یا نوری است که داده‌ها را بین دستگاه‌ها جابجا می‌کند.
قا    لایه پیوند داده: در این لایه، داده‌ها به بسته‌های کوچکتری تقسیم می‌شوند تا به‌درستی در شبکه انتقال یابند.
3.    لایه شبکه: وظیفه این لایه مسیریابی داده‌ها و پیدا کردن بهترین مسیر برای انتقال آن‌ها است.
4.    لایه انتقال: این لایه مسئول اطمینان از ارسال داده‌ها به صورت سالم و صحیح است.
5‌    لایه جلسه: در این لایه، ارتباطات بین دو دستگاه مدیریت می‌شود و اطمینان حاصل می‌شود که ارتباط به‌درستی حفظ می‌شود.
ک    لایه نمایش: داده‌ها در این لایه به فرمتی تبدیل می‌شوند که دستگاه مقصد بتواند آن‌ها را درک کند.
7.    لایه کاربرد: این لایه با نرم‌افزارها و برنامه‌هایی مانند مرورگرهای وب و ایمیل در ارتباط است.
مدل OSI به ما کمک می‌کند تا درک کنیم چگونه داده‌ها از یک دستگاه به دستگاه دیگر منتقل می‌شوند و هر لایه چه نقشی در این فرآیند ایفا می‌کند.

مدل TCP/IP؛ ساختار اصلی ارتباطات شبکه در عصر اینترنت

مدل TCP/IP یکی از معروف‌ترین و پراستفاده‌ترین مدل‌ها در دنیای اینترنت است. این مدل ساده‌تر از مدل OSI است و از چهار لایه تشکیل شده است. لایه‌های مدل TCP/IP به ترتیب عبارتند از:

1. لایه دسترسی به شبکه: این لایه مسئول برقراری ارتباط فیزیکی بین دستگاه‌ها است.
2. لایه اینترنت: در این لایه داده‌ها از طریق شبکه‌های مختلف به مقصد هدایت می‌شوند.
3. لایه حمل: این لایه اطمینان حاصل می‌کند که داده‌ها به صورت سالم به مقصد می‌رسند.
4. لایه کاربرد: این لایه با برنامه‌های شبکه‌ای مثل مرورگرهای وب و ایمیل در ارتباط است.

مدل TCP/IP پایه اصلی اینترنت مدرن است و به دستگاه‌ها کمک می‌کند تا در اینترنت به‌درستی ارتباط برقرار کنند.
 

پیاده‌سازی پروتکل‌های شبکه

پروتکل‌ها توسط سازمان‌های استاندارد مانند IETF گروه وظیفه مهندسی اینترنت یا IEEEموسسه مهندسان برق و الکترونیک تعریف می‌شوند. این سازمان‌ها پروتکل‌ها را تعریف و استانداردسازی می‌کنند تا تمامی دستگاه‌ها بتوانند از آن‌ها پیروی کنند. سپس توسعه‌دهندگان نرم‌افزار و سخت‌افزار از این پروتکل‌ها استفاده می‌کنند تا ارتباطات شبکه را پیاده‌سازی کنند. برای مثال، وقتی یک شرکت نرم‌افزاری یک مرورگر وب می‌سازد، باید از پروتکل HTTP برای نمایش صفحات وب استفاده کند.

 
آسیب‌پذیری‌های پروتکل‌ها

 
با وجود اینکه پروتکل‌ها برای برقراری ارتباطات مطمئن طراحی شده‌اند، اما برخی از آن‌ها دارای آسیب‌پذیری‌های امنیتی هستند. برای مثال، پروتکل HTTP به دلیل ارسال اطلاعات به‌صورت رمزنگاری نشده، در برابر حملات سایبری آسیب‌پذیر است. به همین دلیل، نسخه امن‌تری به نام HTTPS توسعه داده شد که با استفاده از رمزنگاری، اطلاعات را محافظت می‌کند. سایر پروتکل‌ها نیز ممکن است در برابر حملات «مرد میانی» یا Man-in-the-Middle آسیب‌پذیر باشند. در نتیجه، باید همواره از پروتکل‌های امن‌تری مانند HTTPS و SFTP استفاده کرد.
 

آینده پروتکل‌ها

با پیشرفت فناوری و نیاز به ارتباطات سریع‌تر و ایمن‌تر، پروتکل‌های جدیدی در حال توسعه هستند. فناوری‌هایی مانند اینترنت اشیا (IoT) و شبکه‌های 5G نیاز به پروتکل‌های جدید دارند که بتوانند حجم بالایی از داده‌ها را به‌طور امن و سریع مدیریت کنند. آینده پروتکل‌ها به سمت توسعه بیشتر در زمینه امنیت و کارایی پیش می‌رود تا شبکه‌های کامپیوتری بتوانند با چالش‌های جدید روبرو شوند.

پروتکل‌ها را کدام گروه یا سازمانی تعریف و منتشر می‌کند؟

پروتکل‌ها توسط سازمان‌های استانداردسازی بین‌المللی مانند IETF و IEEE تعریف و منتشر می‌شوند. این سازمان‌ها وظیفه دارند قوانینی را تدوین کنند تا دستگاه‌های مختلف از این پروتکل‌ها برای برقراری ارتباطات استفاده کنند. بدون این استانداردها، هر دستگاه ممکن بود از روش خاص خود برای ارسال و دریافت داده‌ها استفاده کند که منجر به عدم هماهنگی در شبکه می‌شد.

اصطلاح مجموعه پروتکل (Protocol Suite) به چه معناست؟

مجموعه پروتکل (Protocol Suite) به گروهی از پروتکل‌ها گفته می‌شود که با هم همکاری می‌کنند تا ارتباطات در شبکه‌های کامپیوتری به صورت کارآمد و هماهنگ برقرار شود. هر پروتکل در این مجموعه وظیفه خاصی را بر عهده دارد و با سایر پروتکل‌ها به شکلی یکپارچه کار می‌کند تا ارتباطات شبکه‌ای به‌درستی انجام شوند. این پروتکل‌ها به‌صورت هماهنگ، از مراحل ابتدایی برقراری ارتباط تا انتقال و مدیریت داده‌ها، به کار گرفته می‌شوند.
به‌عنوان مثال، مجموعه پروتکل TCP/IP شامل پروتکل‌های TCP و IP است:
•    IP (Internet Protocol): وظیفه مسیریابی بسته‌های اطلاعاتی را در شبکه بر عهده دارد. IP اطمینان می‌دهد که داده‌ها از مبدأ به مقصد صحیح هدایت می‌شوند.
•    TCP (Transmission Control Protocol): این پروتکل وظیفه تضمین ارسال صحیح و کامل داده‌ها را بر عهده دارد. TCP مطمئن می‌شود که بسته‌های اطلاعاتی به صورت سالم و بدون نقص به مقصد می‌رسند و اگر بسته‌ای در راه از بین برود، مجدداً درخواست ارسال آن را به سرور می‌دهد.
این دو پروتکل در کنار هم عملکرد شبکه‌های اینترنتی را ممکن می‌کنند. در کنار این‌ها، پروتکل‌های دیگری نیز وجود دارند که وظایف مختلفی مانند امنیت، ترجمه نام‌ها و مدیریت اتصالات را بر عهده دارند.
   

مدل OSI و مدل TCP/IP هر دو به عنوان چارچوب‌های مرجع برای درک نحوه ارتباطات شبکه‌های کامپیوتری استفاده می‌شوند. هر دو مدل به تفکیک مراحل ارتباطات شبکه کمک می‌کنند، اما تفاوت‌هایی نیز با یکدیگر دارند:
1.    لایه‌بندی:
o    مدل OSI دارای هفت لایه است که شامل لایه‌های فیزیکی، پیوند داده، شبکه، انتقال، جلسه، نمایش و کاربرد می‌باشد.
o    مدل TCP/IP دارای چهار لایه است که عبارتند از لایه دسترسی به شبکه، اینترنت، حمل و کاربرد. در این مدل، برخی از وظایف لایه‌های OSI ترکیب شده‌اند.
2.    هدف و کاربرد:
o    مدل OSI بیشتر به‌عنوان یک مدل تئوریک و آموزشی استفاده می‌شود. این مدل به شبکه‌سازان کمک می‌کند تا ارتباطات را به شکل لایه‌لایه درک کرده و آن‌ها را بهینه‌سازی کنند.
o    مدل TCP/IP به‌عنوان استاندارد اصلی اینترنت به کار گرفته می‌شود و در دنیای واقعی برای برقراری ارتباطات اینترنتی به کار می‌رود.
3.    کاربرد در دنیای واقعی:
o    مدل OSI بیشتر برای درک اصول و طراحی شبکه‌های پیچیده استفاده می‌شود و در دنیای واقعی به شکل مستقیم کاربرد چندانی ندارد.
o    مدل TCP/IP در همه جنبه‌های اینترنت و شبکه‌های محلی استفاده می‌شود و مبنای ارتباطات اینترنت مدرن است.
4.    جزئیات لایه‌های کاربرد:
o    مدل OSI سه لایه مجزا برای کاربرد، جلسه و نمایش دارد، در حالی که مدل TCP/IP این سه لایه را در لایه کاربرد ترکیب می‌کند.
در نهایت، هر دو مدل تلاش می‌کنند تا به شبکه‌سازان و مهندسان کمک کنند تا ارتباطات شبکه‌ای به شکلی امن، سریع و مطمئن انجام شود.
 

نتیجه‌گیری
پروتکل‌ها بخش اساسی از زیرساخت شبکه‌های کامپیوتری و اینترنت هستند. آن‌ها قوانین و دستورالعمل‌های مشخصی را برای تبادل اطلاعات بین دستگاه‌ها تعریف می‌کنند. از پروتکل‌های ساده‌ای مانند HTTP که برای مرور صفحات وب استفاده می‌شود، گرفته تا پروتکل‌های پیچیده‌تری مانند TCP/IP که زیرساخت اصلی اینترنت را تشکیل می‌دهند، همه این پروتکل‌ها به ایجاد و مدیریت ارتباطات کمک می‌کنند.
با پیشرفت تکنولوژی و ظهور نیازهای جدید در دنیای دیجیتال، پروتکل‌های جدیدتر و امن‌تر همچنان در حال توسعه هستند تا بتوانند با سرعت و امنیت بیشتری ارتباطات را برقرار کنند. به کمک مدل‌های OSI و TCP/IP، طراحان شبکه می‌توانند سیستم‌های کارآمدتری ایجاد کنند و ارتباطات اینترنتی را به شکل بهینه‌تری مدیریت کنند.