البروتوكولات ونموذج TCP/IP
| English | العربية |
|---|---|
| protocol/ˈprəʊtəkɒl/ | بروتوكول |
| TCP/ˌtiː siː ˈpiː/ | TCP |
| UDP/ˌjuː diː ˈpiː/ | UDP |
| modularity/ˌmɒdjʊˈlærɪti/ | التجزئة |
| link layer/lɪŋk ˈleɪə/ | طبقة الربط |
| abstraction/əbˈstrækʃn/ | التجريد |
| application layer/ˌæplɪˈkeɪʃn ˈleɪə/ | طبقة التطبيقات |
| transport layer/ˈtrænspɔːt ˈleɪə/ | طبقة النقل |
| port numbers/pɔːt ˈnʌmbəz/ | أرقام المنافذ |
| internet layer/ˈɪntənet ˈleɪə/ | طبقة الإنترنت |
| packets/ˈpækɪts/ | حزم |
| IP address/ˌaɪ ˈpiː əˈdres/ | عنوان IP |
| routers/ˈruːtəz/ | الموجهات |
| MAC addresses/mæk əˈdresɪz/ | عناوين MAC |
| connection-oriented/kəˈnekʃn ˈɔːrɪəntɪd/ | اتجاه الاتصال |
| connectionless/kəˈnekʃənləs/ | غير اتجاه الاتصال |
| layering/ˈleɪərɪŋ/ | التصعيد الطبقي |
الرسالة المكونة من كلمتين التي أطلقت الإنترنت
- في 29 أكتوبر 1969، كتب طالب في جامعة كاليفورنيا بلوس أنجلوس كلمة LOGIN إلى جهاز في ستانفورد، حرفاً بحرف، بينما كان زميل على الهاتف يؤكد كل حرف. بعد L و O تعطل النظام.
- المشكلة لم تكن السلك أبداً. كانت أن جهازين بُنِيا بواسطة شركات مختلفة لم يتفقوا على قواعد حول معنى البايت، ومتى يتحدث، أو ما فعله عند فقدان شيء ما.
- كل ما جاء afterward كان كتابة تلك القواعد. البروتوكول هو هذا الاتفاق، والإنترنت هو ركام من بروتوكولاته.
- هذه الدرس هو سبب وجود البروتوكولات، ولماذا هي متعددة الطبقات، طبقات TCP/IP الأربع، والفرق بين TCP و UDP.
ما يعرّفه البروتوكول
- البروتوكول هو مجموعة قواعد لكيفية تواصل الأجهزة. يجب أن يلتزم الطرفان بنفس القواعد، وإلا تكون إشارات أحد الطرفين بلا معنى للطرف الآخر.
- يحدد صيغة البيانات، أين العناوين وأين يبدأ الحمل المفيد؛ ترتيب الرسائل، من يتحدث أولاً ومتى يتم الاعتماد عليها؛ معنى كل رسالة؛ التوقيت، مؤقتات إعادة الإرسال؛ وما فعله عند حدوث خطأ.
- بدون واحد، تفشل التواصل تماماً، كما تفشل شخصان بدون لغة مشتركة.
قواعد متفق عليها مسبقاً، من كلا الطرفين
بروتوكول الشبكة هو:
يحدد البروتوكول تنسيق وترتيب ومعنى وتوقيت ومعالجة أخطاء الرسائل — يجب أن يتفق الطرفان.
ماذا يحدد بروتوكول؟ حدد كل ما ينطبق.
التنسيق والترتيب والمعنى والتوقيت ومعالجة الأخطاء. سرعة الكابل هي خاصية للعتاد، وليست للاتفاق.
لماذا تُطبَّق البروتوكولات على شكل طبقات
- الشبكات معقدة للغاية لدرجة لا تسمح بمجموعة واحدة من القواعد، لذا يتم تقسيمها إلى طبقات، كل منها يقوم بمهمة مركزة واحدة، ويتواصل فقط مع الطبقة التي تعلوها والطبقة التي تسفله. يتم تنفيذ ذلك على شكل رصة.
- التقسيم المعياري: يمكن استبدال طبقة واحدة دون المساس بالبقية، فاستبدال إيثرنت بواي فاي لا يغير شيئًا فوق طبقة الربط.
- المعايير: تتكامل المعدات من موردين مختلفين لأن واجهة كل طبقة متفق عليها. التجريد: مبرمج يكتب تطبيق ويب يتجاهل تمامًا ما تقوم به الطبقات السفلية.
أربع طبقات، كل منها بمهمة واحدة
من فوائد تقسيم الشبكات إلى طبقات هو:
لكل طبقة وظيفة وواجهة واضحة، لذا يمكن (مثلاً) استبدال Ethernet بـ Wi-Fi دون المساس بالطبقات الأعلى.
طبقات TCP/IP الأربعة
| الطبقة | الغرض | أمثلة |
|---|---|---|
| طبقة التطبيق | خدمات لبرامج المستخدم، والبروتوكولات التي تستخدمها | HTTP، FTP، SMTP، IMAP |
| طبقة النقل | التوصيل من طرف إلى طرف بين العمليات، يتم تحديدها عبر أرقام المنافذ | TCP، UDP |
| طبقة الإنترنت | نقل الحزم بين المضيفين عن طريق عناوين IP IP، يتم توجيهها بواسطة الموجهات | IP |
| طبقة الربط | إرسال البتات عبر رابط فيزيائي واحد، وإطار البيانات باستخدام عناوين MAC MAC | Ethernet، Wi-Fi |
- طبقة الإنترنت لا تضمن الوصول إلى الوجهة. هذه مهمة طبقة النقل، وذلك فقط عند استخدام بروتوكول TCP.
اضغط على الطبقات الأربع لنموذج TCP/IP
استكشف كل طبقة. تنتقل البيانات لأسفل عبر الرصيف عند الإرسال (تضيف كل طبقة ترويتها) وأعلى عند الاستلام — ويمكن استبدال أي طبقة دون المساس بالباقي.
صل كل طبقة من TCP/IP بوظيفتها.
التطبيق = بروتوكولات المستخدم؛ النقل = تسليم TCP/UDP؛ الإنترنت = توجيه IP؛ الرابط = بتات على الوسيط.
طبقة الإنترنت (IP) تضمن وصول كل حزمة.
يقوم IP بتوجيه الحزم ولا يضمن الوصول. موثوقية الإضافة تُضاف فوقه بواسطة TCP، بينما يتعمد UDP عدم توفيرها.
مثال محلول: رسالة تعبر الإنترنت
- صف ما يحدث في كل طبقة عندما يطلب متصفح صفحة من خادم.
- التطبيق: يبني المتصفح طلب HTTP للصفحة.
- النقل: يقسم TCP الطلب إلى أجزاء، ويضيف أرقام المنافذ، وسيقوم بالتأكيد وإعادة إرسال أي جزء مفقود.
- الإنترنت: يضيف IP عناوين المصدر والوجهة لكل حزمة، وتقوم الموجهات بتوجيهها قفزة تلو الأخرى عبر الشبكات.
- الربط: تضع كل قفزة الحزمة في إطار مع عناوين MAC وتُرسل البتات عبر الكابل أو موجات الراديو. عند الخادم، تتم إزالة الإطارات في اتجاه معاكس.
رتب طبقات TCP/IP من برنامج المستخدم حتى السلك.
كل طبقة تغلف الطبقة التي فوقها؛ وفي الطرف الآخر يتم فكها بالعكس.
TCP وUDP
- TCP موجه للاتصال: يُنشئ اتصالًا أولًا، ويضمن وصول جميع البيانات وبترتيبها، ويعيد إرسال الحزم المفقودة ويتحكم في تدفق البيانات. موثوق، على حساب الزيادة في حجم البيانات والتأخير. يُستخدم في HTTP وHTTPS وSMTP وFTP.
- UDP غير موجه للاتصال: يرسل وينسى، بدون تأكيدات، ولا ترتيب، ولا إعادة إرسال. زائد بيانات منخفض، ولا ضمانات.
- يُستخدم UDP للبث المباشر، ونظام أسماء النطاقات (DNS)، والألعاب عبر الإنترنت، حيث السرعة تفوق الموثوقية: إطار الفيديو المعاد إرساله سيصل بعد الوقت الذي كان ضروريًا فيه، لذا فإن فقدانه أفضل من الانتظار.
موثوق وأبطأ، أو سريع وغير مضمون
كيف يختلف TCP عن UDP؟
يُعد TCP اتصالاً ويضمن تسليماً موثوقاً ومرتباً (مع عبء زائد)؛ UDP هو أرسل ولا تراقب.
TCP موجه الاتصال ويضمن التسليم المرتب والكامل (مع عبء زائد)، بينما UDP هو أرسل ولا تراقب — أسرع لكن بدون ضمان وصول.
ولهذا فإن UDP مناسب للبث المباشر والألعاب وDNS، بينما يُستخدم TCP للملفات والبريد الإلكتروني والصفحات الآمنة حيث يجب وصول كل بايت.
يستخدم البث المباشر لفيديو ____ لأن السرعة أهم من إعادة إرسال الحزم المفقودة.
لأن الإطار المُعاد إرساله سيصل بعد اللحظة التي كان فيها مطلوباً، فإن تجاهله أفضل من الانتظار. ضمانات TCP تستحق تكلفتها لصفحة الدفع.
مثال محلول: اختيار بروتوكول النقل
- شركة تبث مباراة رياضية مباشرة وتبيع التذاكر أيضًا عبر صفحة ويب. أي بروتوكول نقل يُستخدم لكل منهما، ولماذا؟
- البث المباشر: UDP. الإطار المفقود يصبح بلا قيمة بحلول وقت إعادة إرساله، لذا فالسرعة والتأخير المنخفض مهمان أكثر من الاكتمال، ويفضل المشاهد فقدان إطار بدلاً من مشاهدة الصورة متوقفة.
- صفحة التذاكر: TCP. يجب أن تصل كل بايت من الدفع والحجز بشكل صحيح وبترتيبه، لذا فإن التأكيدات والإعادة الإرسال تستحق الزيادة في حجم البيانات.
- سمِّ البروتوكول، ثم اذكر خاصية البيانات التي تحدد اختياره.
علامات ضائعة
- البروتوكول هو مجموعة قواعد، وليس برنامجًا أو كابلًا. سمِّ اثنين على الأقل من الأشياء التي يحددها.
- فائدة الطبقات هي التقسيم المعياري، والمعايير، والتجريد، وليس "إنه أسرع".
- IP لا يضمن الوصول؛ TCP يفعل ذلك. لا تُحسب لطبقة الإنترنت الموثوقية.
- UDP ليس "أسوأ". يُختار عندما السرعة تفوق الموثوقية، ويجب أن تذكر الإجابة نوع البيانات المناسب لذلك.
لقد فهمت الأمر
- البروتوكول هو قواعد متفق عليها للتنسيق، والترتيب، والمعنى، والتوقيت، ومعالجة الأخطاء، يتبعها الطرفان
- تشكل البروتوكولات رصة من الطبقات، مما يوفر التقسيم المعياري، والمعايير، والتجريد
- طبقات TCP/IP: التطبيق (HTTP، SMTP)، النقل (TCP، UDP، أرقام المنافذ)، الإنترنت (عناوين IP، الموجهات)، الربط (Ethernet، Wi-Fi، عناوين MAC)
- TCP موجه للاتصال، مرتب وموثوق؛ UDP غير موجه بالاتصال بدون ضمانات، للبث، ونظام DNS، والألعاب