البروتوكولات في الشبكات

البروتوكول في الشبكات هو عبارة عن مجموعة من القواعد والضوابط لتحديد طريقة الاتصال بين جهازين أو أكثر ولتنسيق البيانات ومعالجتها. تعتبر بروتوكولات الشبكة بمثابة لغة شائعة لأجهزة الكمبيوتر، فقد تستخدم أجهزة الكمبيوتر داخل الشبكة برامج وأجهزة مختلفة وبذلك فإن استخدام البروتوكولات يمكنهم من التواصل مع بعضهم البعض.

البروتوكولات المعيارية تعتبر كلغة مشتركة يمكن لأجهزة الكمبيوتر استخدامها على غرار الطريقة التي قد لا يفهم بها شخصان من أجزاء مختلفة من العالم اللغات الأصلية لبعضهما البعض لكن يمكنهم التواصل باستخدام لغة ثالثة مشتركة، فمثلاً إذا كان أحد أجهزة الكمبيوتر يستخدم بروتوكول (IP) وهناك جهاز كمبيوتر آخر أيضاً يستخدم بروتوكول (IP) فسيكونان قادرين على التواصل أما لو كان أحدهما يستخدم هذا البروتوكول والآخر لا يعرفه فلن يتمكنوا من التواصل مع بعض.

بعض الأمور التي يجب معرفتها عن البروتوكولات:

1. هناك الكثير من البروتوكولات المختلفة في عملها ووظيفتها.
2. يمكن أن تعمل عدة بروتوكولات معاً لتنفيذ عمل ما.
3. يطلق على مجموعة البروتوكولات التي تعمل سوياً اسم Protocol Stack أو Protocol Suite، حيث يمكن تخيل هذه البروتوكولات على أنها بناء مكون من عدة طوابق في كل طابق يوجد بروتوكول معين يقوم بوظيفة محددة ويتكامل مع غيره من البروتوكولات في الطوابق الأخرى.

العملية الكاملة لنقل البيانات على الشبكة تمر بمجموعة من الخطوات وفي كل خطوة تنفذ مهام محددة لا يمكن تنفيذها في خطوة أخرى، ولكل خطوة بروتوكول محدد أو مجموعة من البروتوكولات تحدد كيفية تنفيذ المهام المتعلقة بهذه الخطوة، كما أن هذه الخطوات تكون متشابهة لكل جهاز على الشبكة، كما يجب الانتباه إلى أن الجهاز المرسل يقوم باتباع الخطوات من الأعلى للأسفل بينما الجهاز المستقبل يقوم بتنفيذها من الأسفل للأعلى.

في الجهاز المرسل تكون البروتوكولات مسؤولة عن القيام بالمهام التالية:

1. تقسيم البيانات إلى حزم.
2. إضافة معلومات العنونة.
3. تحضير البيانات للإرسال.

في الجهاز المستقبل تقوم البروتوكولات بالعمل التالي:

1. التقاط حزم البيانات من وسط الاتصال.
2. إدخال حزم البيانات إلى داخل الكمبيوتر عن طريق كرت الشبكة.
3. تجميع كل حزم البيانات المرسلة وقراءة معلومات التحكم المضافة إلى هذه الحزم.
4. نسخ البيانات من الحزم إلى ذاكرة مؤقتة لإعادة تجميعها.
5. تمرير البيانات المعاد تجميعها إلى البرامج في صورة مفهومة قابلة للاستخدام.

أنواع البروتوكولات:

1. Connection-Oriented Network: هذا النوع من البروتوكولات يقوم بإعداد اتصال مباشر يسمى دائرة ظاهرية أو افتراضية Virtual Circuit بين الأجهزة المتصلة في الشبكة، ويحقق هذا الاتصال المباشر موثوقية عالية لتسليم البيانات ولكنه قد يؤدي إلى بطء في عمل وأداء الشبكة. يعتبر بروتوكول Transmission Control Protocol واختصار TCP مثالا واضحا على البروتوكولات محددة وجهة الإتصال Connection- Oriented.
2. Connectionless Network: أما عن هذا النوع من البروتوكولات فإنها لا توفر اتصالا مباشرا مع الكمبيوتر المستقبل قبل إرسال البيانات، مما يعني أن البيانات تنتقل بسرعة أكبر مما يحسن من أداء الشبكة، ولكن هذه الطريقة ليست تامة الموثوقية نظرا لأنه لا سبيل لمعرفة فيما إذا حدثت أخطاء أثناء الإرسال أم لم تحدث، ويعتبر بروتوكول Internet Protocol واختصار IP مثالا واضحا على البروتوكولات عديمة الإتصال Connectionless.

مفهوم ال Binding:

 يطلق مصطلح Binding على الطريقة التي يتم بها ربط البروتوكولات وترتيبها معا لتكوين Protocol Stack ربط البروتوكولات معا يحدد الترتيب الذي يسلكه نظام التشغيل في تنفيذه لبروتوكولات الشبكة، فإذا كانت هناك مجموعة من البروتوكولات مرتبطة معا لتعمل مع بطاقة الشبكة، فإن هذا الارتباط يحدد الترتيب في تشغيل هذه البروتوكولات لتحقيق اتصال ناجح.

فلو افترضنا أن بروتوكول TCP/IP مرتبط مع مجموعة من البروتوكولات الأخرى بحيث يكون هو البروتوكول الأول الذي يتم تشغيله، فإذا فشل تشغيله يتم الانتقال تلقائيا الى البروتوكول الذي يليه في المجموعة المرتبطة معا … عملية ربط البروتوكولات معا تسمح بمقدار كبير من المرونة في إعداد الشبكة، كما من الممكن إعداد عملية الربط لتتناسب مع احتياجات المستخدم، ومن الممكن إعادة تنظيم عملية الربط لتتناسب مع مكونات أو بروتوكولات جديدة.

أهم البروتوكولات المستخدمة في الشبكات:

1.  TCP/IP Protocol:

بروتوكول التحكم بالإرسال بروتوكول الإنترنت أو Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP) هو عبارة عن باقة من البروتوكولات التي تسمح للشبكات والأنواع المختلفة من الأجهزة بالاتصال فيما بينها. يوفر بروتوكول TCP/IP خصائص تشبيك وتوجيه ووصول لشبكة الإنترنت والاستفادة من مواردها.

 وقد تطور بروتوكول TCP/IP أساسا في عام 1969 من قبل وكالة مشاريع البحوث المتطورة للدفاع الأمريكي US Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) وقد استخدم هذا البروتوكول في البداية لبناء شبكة مشاريع البحوث المتطورة للدفاع الأمريكي Advanced Research Projects Agency Network (ARPANET) وهي عبارة عن شبكة كانت تربط بين أربع جامعات أمريكية تجري بحوث في مجال الدفاع. ومنذ ذلك الحين أصبح بروتوكول TCP/IP هو البروتوكول القياسي المستخدم لضمان التوافق بين الأنواع المختلفة من الأجهزة، وحاليا فإن أغلب الشبكات المحلية والواسعة تدعم هذا البروتوكول، وتتكون باقة بروتوكولات TCP/IP من مجموعة من البروتوكولات، ولكن تعتبر بروتوكولات TCP وIP هي البروتوكولات المحورية في هذه الباقة.

يعتبر بروتوكول TCP مخصصا للنقل Transport Protocol وهو يوفر اتصالا موجها Connection- Oriented ويدعم الاتصال مزدوج الاتجاه Full Duplex ويوفر تحكما بتدفق البيانات. بينما IP عبارة عن بروتوكول شبكة Network Protocol وهو يوفر تسليم للبيانات دون اتصال مسبق Connectionless، حيث تسلك حزم البيانات مسارات مختلفة بين الكمبيوتر المرسل والمستقبل في شبكة الإنترنت وعند وصول الحزم الى وجهتها فإن بروتوكول IP هو المسؤول عن إعادة ترتيب وتجميع الحزم للحصول على البيانات الأصلية.

باختصار فإن بروتوكول الإنترنت Internet Protocol Address أو كما يعرف اختصارًا ب IP Address هو بروتوكول الاتصال الأساسي في حزمة بروتوكولات TCP/IP. يستخدم في الأجهزة الحاسوبية لربطها سويًا ضمن الشبكة كما أنه المسؤول عن عملية العنونة وإعطاء كل جهازٍ عنوانًا فريدًا من نوعه.

على نفس الطبقة مع بروتوكول IP في باقة بروتوكولات TCP/IP نجد أن هناك بروتوكولا مكملا لعمل البروتوكول IP وهو البروتوكول

 Internet Control Message Protocol (ICMP) و حيث يوفر بروتوكول IP خدمة عديمة الإتصال Connectionless فإذا حصلت أي مشاكل في الإرسال فإنه لا يوجد أي طريقة لبروتوكول IP للتعرف على هذه المشاكل أو حلها، و هنا يأتي دور بروتوكول ICMP ليكون مكملا في عمله لبروتوكول IP، و هو عبارة عن بروتوكول قياسي يؤمن خدمة التراسل لبروتوكول IP فإذا افترضنا أن حزمة بروتوكول IP قد تم عنونتها بشكل خاطئ و أرسلت لوجهة خاطئة، فإن دور بروتوكول ICMP يتمثل بإصدار تقرير عن المشكلة و توجيهها للبرنامج الشبكي لحل هذه المشكلة، لهذا نجد أن عمل بروتوكول ICMP يزيد من موثوقية عمل بروتوكول IP في إرسال البيانات.

بالتالي يمكننا القول إنه أحد بروتوكولات الإعلام عن الأخطاء، إذ يستخدم لإنشاء رسائل الخطأ إلى عنوان IP المرسل عند حدوث مشاكلٍ في الشبكة تمنع تسليم حزم IP. أي أن مهمته تتركز في إخبار المرسل بعدم القدرة على الوصول إلى جهاز المتلقي لتسليم الحزمة كأن يطلب المرسل إحدى الخدمات غير المتاحة.

يعتبر بروتوكول TCP بطيئا في عمله لهذا كان لابد من توفير بروتوكول آخر أسرع يكون عمله مكملا لهذا في نفس طبقة بروتوكول TCP في حزمة TCP/IP نجد بروتوكولا آخر هو بروتوكول User Datagram Protocol (UDP) وهو يوفر خدمة سريعة عديمة الإتصال Connectionless لتنفيذ نفس وظائف بروتوكول TCP.

تتضمن الطبقات العليا من باقة بروتوكولات TCP/IP ، البروتوكولات التالية:

• Simple Mail Transfer Protocol-SMTP: هو البروتوكول المسئول عن إرسال البريد الإلكتروني و هو يستخدم بروتوكولي TCP و IP لتبادل الرسائل.

• File Transfer Protocol-FTP: هو المسئول عن نسخ الملفات بين جهاز وآخر على الشبكة و هو يسمح بالأمور التالية:

1. الدخول إلى جهاز آخر عن بعد.
2. التنقل بين المجلدات.
3. تنفيذ وتشغيل الأوامر.
4. معالجة الملفات.

• Simple Network Management Protocol-SNMP: و الذي تطور من قبل Internet Engineering Task Force-IETF. هو مخصص لإدارة البيانات على الشبكة ويقوم بجمع معلومات الإدارة من كل جهاز متصل بالشبكة وهو أيضا الذي يستقبل التقارير عن حدوث مشاكل أو أخطاء على الشبكة، وهذا البروتوكول يستطيع التعامل مع عدة بروتوكولات منها:

1. IP
2. IPX
3. AppleTalk
4. حزمة بروتوكولات OSI.
5. DEC net

• Telnet: تعتبر وظائف بروتوكول Telnet مشابهة لوظائف FTP فهو يسمح بالدخول الى جهاز آخر عن بعد وتشغيل التطبيقات عليه.

أهم مميزات حزمة بروتوكولات TCP/IP:

1. الوصول إلى شبكة الإنترنت.
2. الموثوقية والانتشار
3. الوصول إلى شبكة الإنترانت Intranet.
4. دعم توجيه حزم البيانات Routing.
5. توفير القابلية للاتصال لأنظمة التشغيل والأجهزة المختلفة.
6. الدعم والتفاهم مع غيره من البروتوكولات.

العيوب الأساسية لحزمة TCP/IP تتمثل بالأمرين التاليين:

1. حجم الحزمة الكبير وتعقيدها.
2. سرعته المتواضعة.

بالنسبة لهاتين المشكلتين فقد أصبحتا أقل تأثيرا مع التطور الذي حصل في أنظمة التشغيل.

2. NETBIOS Protocol:

يعتبر هذا البروتوكول high-level Application Program Interface (API) وقد صمم ليسمح للمبرمجين بإنشاء تطبيقات وبرامج شبكية مثل ويندوز 95 وما أتى بعدها وهو حقيقة ليس بروتوكولاً بالمعنى المفهوم ولكنه أقرب ليكون واجهة للشبكة المحلية LAN Interface وهو يستخدم لتزويد تطبيقات الشبكة بمجموعة من الأوامر:

• إنشاء جلسات اتصال.
• إرسال واستقبال البيانات.
• تسمية مكونات الشبكة.

وقد أصبح NetBIOS مقياسا تستخدمه كثير من الشركات تنتج تطبيقات متوافقة مع NetBIOS مثل مايكروسوفت وNovell وIBM، والعيب الأساسي لهذا المقياس هو عدم دعمه لتوجيه الحزم بين الشبكات Routing.

يطلق على معيار مايكروسوفت المتوافق مع NetBIOS اسم NetBIOS Extended User Interface(NetBEUI) وهو عبارة عن بروتوكول نقل صغير ولذلك فهو سريع وفعال ويوفر تحكم بتدفق البيانات وتفحص بحثا عن الأخطاء، وهو متوافق مع كل بروتوكولات وتطبيقات التشبيك من مايكروسوفت.

أما العيب الأساسي لهذا البروتوكول فهو عدم دعمه لتوجيه حزم البيانات Routing ويقصد بالتوجيه:

• تحديد المسار الأفضل لعبور حزم البيانات عبر الشبكة.
• توجيه الحزم عبر هذا المسار الى وجهتها.

ونظراً لعدم دعم التوجيه فإن بروتوكول NetBEUI يقوم ببث الرسائل ونشرها عبر الشبكة الى كل الأجهزة بدلاً من توجيهها الى جهاز محدد، ولهذا نجد أن هذا البروتوكول مناسب أكثر للشبكات الصغيرة (20 الى 200) جهاز. ومن العيوب الأخرى لهذا البروتوكول أنه متوافق مع شبكات مايكروسوفت فقط.

3. IPS/SPX Protocol:

بروتوكول Internetwork Packet Exchange / Sequenced Packet Exchange هو عبارة عن حزمة من البروتوكولات المستخدمة في شبكات Novell وقد تطورت أساسا من قبل شركة Xerox Corporation وهذه الحزمة تتكون من مجموعة من البروتوكولات ولكن البروتوكولين المحوريين فيها هما IPX وSPX.

• بروتوكول IPX هو عبارة عن بروتوكول شبكة ومعظم خدمات NetWare قائمة عليه، وهو يقدم خدمة سريعة وعديمة الإتصال Connectionless ويدعم خاصية التوجيه.
• بينما بروتوكول SPX عبارة عن بروتوكول نقل محدد وجهة الإتصال Connection-Oriented ويوفر تحكم بتدفق البيانات ومقدرة على اكتشاف الأخطاء وتصحيحها.

تتمتع حزمة IPX / SPX بالعديد من الميزات، منها:

1. حزمة بروتوكولات سريعة.
2. دعم للتوجيه والتحكم بالأخطاء.
3. سهولة الإدارة.

أما عن عيوبه فتتمثل بالتالي:

1. انتشاره عبر شبكات NetWare فقط.
2. لا يوفر اتصال بشبكة الإنترنت.

أما بروتوكول NW Link فهو البروتوكول الذي صممته مايكروسوفت ليكون متوافقا مع IPX/SPX وهو عبارة عن بروتوكول نقل صغير وسريع ويدعم خاصية التوجيه وميزته الرئيسية هي أنه من الممكن استخدامه في البيئات التي تحتوي على شبكات كل من مايكروسوفت وNovell ولكن يجب ملاحظة أن NW Link بمفرده لا يستطيع أن يسمح لجهاز يعمل بنظام ويندوز بالوصول الى الملفات أو الطابعات من خلال مزود NetWare أو العكس، لهذا فأنت بحاجة إلى Redirector بالإضافة الى NW Link.

يمكن تعريف Redirector بأنه جزء من برنامج شبكة مهمته استقبال طلبات Input/Output من الملفات ثم إعادة توجيهها إلى خدمة شبكية على كمبيوتر آخر بنظام آخر، ومن الأمثلة عليه:

• Microsoft Client Service for NetWare (CSNW).
• Novell NetWare Client for NT.

4. AppleTalk Protocol:

 بدأت شركة أبل بتطوير مجموعة من بروتوكولات الإتصال في أوائل 1980 وكان الهدف منها تحقيق اتصال بين أجهزة ماكنتوش الشخصية وأجهزة من مصنعين آخرين عبر شبكة، ويطلق على حزمة بروتوكولات أبل اسم AppleTalk وهي تتضمن البروتوكولات التالية:

• AppleTalk Filing Protocol: (AFP) وهو المسئول عن الوصول إلى الملفات عن بعد.
• AppleTalk Transaction Protocol :(ATP) وهو المسئول عن إعطاء تأكيد لوصول البيانات إلى وجهتها المقصودة.
• Name Binding Protocol :(NBP) و هو بروتوكول نقل و اتصال.
• AppleTalk Session Protocol :(ASP) وهو يعمل كزبون لبروتوكول ATP.
• Datagram Delivery Protocol :(DDP) وهو المسئول عن نقل البيانات.

أما حزمة بروتوكولات Digital Equipment Corporation Net (DECnet) فقد طورت في السبعينيات من القرن الماضي لتكون متوافقة مع شبكات شركة ديجيتال وهي تدعم الشبكات التالية:

• شبكات إيثرنت.
• شبكات Fiber Distributed Data Interface Metropolitan Area Networks (FDDI MANs)
• شبكات WAN العامة والخاصة.

وتدعم DECnet بالإضافة الى بروتوكولاتها كلا من بروتوكولات TCP/IP وOSI، وتدعم أيضا خاصية التوجيه.

• يطلق على البروتوكولات التي تستخدم من قبل مصنعين ومنتجين مختلفين اسم Protocol Standards.

الجهات المخولة بالاتفاق على البروتوكولات

• The International Standards Organization واختصارا ISO.
• Institute of Electrical and Electronic Engineers واختصارا IEEE.
• International Telecommunications Union واختصارا ITU.

أقسام البروتوكولات حسب وظيفتها:

1. بروتوكولات التطبيقات Application Protocols: تعمل بروتوكولات التطبيقات في الطبقات العليا من Protocol Stack وتتلخص مهمتها في تبادل البيانات وتحقيق التفاعل بين التطبيقات ومن أمثلتها:

• Server Message Block واختصارا SMB
• Novell’s NetWare Core Protocols واختصارا NNCPs
• File Transfer Access and Management Protocol واختصارا FTAMP

بروتوكولات التطبيقات الخاصة بالإنترنت:

• File Transfer Protocol واختصاراً FTP: يقوم هذا البروتوكول بنقل الملفات بين جهازين متصلين عبر حزمة TCP/IP هما جهاز الخادم والزبون. يستخدم عادةً لنقل الملفات من وإلى المخدم بالإضافة إلى إمكانية التعديل عليها أو تبديل الاسم وغير ذلك من المهمات المشابهة. لكنه يعتبر غير آمنٍ بشكلٍ كافٍ لذا قل استخدامه في الآونة الأخيرة بشكلٍ كبيرٍ.

2. بروتوكولات النقل Transport Protocols: بروتوكولات النقل تستخدم لتوفير جلسات الاتصال بين الكمبيوترات على الشبكة وهي مسئوله عن صيانة جودة ودقة المعلومات المنقولة بين الأجهزة، ومن أمثلتها ما يلي:

• الجزء الناقل من بروتوكول مايكروسوفت NWLink.
• الجزء الناقل من بروتوكول NetBEUI.

من الأمثلة على هذه البروتوكولات ما يلي:

• Sequenced Packet Exchange واختصاراً SPE.
• Transmission Control Protocol واختصاراً TCP.

3. بروتوكولات الشبكة Network Protocols: تقدم بروتوكولات الشبكة خدمات ربط Link Services وتتلخص مهامها فيما يلي:

• عنونة وتوجيه المعلومات.
• البحث عن أخطاء في عملية الإرسال.
• التعامل مع طلبات إعادة الإرسال.
• تحديد قوانين الاتصال في بيئات محددة من الشبكات مثل إيثرنت و Token Ring.

من الأمثلة على هذه البروتوكولات ما يلي:

• Internet Protocol واختصارا IP.
• Internetwork Packet Exchange واختصارا IPX.

لنلقي نظرة على بعض البروتوكولات الأخرى الشهيرة والمستخدمة بكثرة إلى جانب بعض البروتوكولات التي سبق وتحدثنا عنها ضمن مقالتنا هذه حيث أننا لا نستطيع تعداد جميع البروتوكولات:

1. HTTP بروتوكول النص التشعبي:

هو البروتوكول الرئيسي لنقل البيانات عبر الإنترنت، إذ يشكل مجموعة القواعد لنقل الملفات كالنصوص والرسومات والصوت وغيرها على شبكة الإنترنت أي أنه يتيح نقل صفحات الإنترنت والتي تبنى اعتمادًا على لغة HTML واللغات المرتبطة بها مثل CSS وغيرها من المخدم إلى المستعرض.

2. HTTPs بروتوكول النص التشعبي الآمن:

يشكل نسخةً آمنةً من بروتوكول HTTP إذ يشير حرف s إلى كلمة Secure والتي تعني “آمن” باللغة الإنجليزية. كما أنه يشكل أسلوبًا لضمان الاتصال الآمن بين متصفح المستخدم وخادم الويب، ويتم التعرف عليه من خلال شريط العناوين في المتصفح إذ يظهر بلونٍ أخضر في شريط العنوان أو قفل في نافذة المتصفح للإشارة إليه.

3. DNS بروتوكول نظام أسماء النطاقات: 

يعمل هذا البروتوكول على ترجمة أسماء النطاقات والتي نبحث من خلالها على موقع ويب معين إلى عنوان IP الخاص بالموقع. إذ أن المستعرضات تحتاج إلى عناوين ال IP لتحميل الموارد من موقعٍ معينٍ لذا يجب ترجمة أسماء النطاقات إلى عناوين الإنترنت وهذه هي مهمةٌ هذا البروتوكول. أي يمكننا وصفه بدليل هاتف الإنترنت.

4. بروتوكولات البريد: 

يعتبر بروتوكول SMTP أحد بروتوكولات TCP/IP ويستخدم في إرسال وتلقي البريد الإلكتروني، إلا أنه وبسبب محدودية قدرته في جدولة الرسائل في بريد المتلقي فيتم عادةً استخدام أحد البروتوكولات POP) أو IMAP) والتي تتيح للمستخدم حفظ الرسائل في صندوق بريد الخادم وتحميلها بشكلٍ دوريٍّ من هناك. أي يستخدم عادةً SMTP لإرسال البريد الإلكتروني، بينما يستخدم بروتوكول POP بإصداراته الثلاث وبروتوكول IMAP لتلقي البريد.

5. DHCP بروتوكول التهيئة الآلية للمضيفين: 

أحد بروتوكولات الشبكة المستخدمة لتعيين عنوان بروتوكول الإنترنت بصورةٍ ديناميكيةٍ إلى أي جهازٍ أو عقدةٍ على الشبكة حتى يتمكنوا من الاتصال باستخدام IP. إذ يقوم بأتمتة هذه الأجهزة والمكونات وإدارتها مركزيًا بدلًا من مطالبة مسؤولي الشبكة بتعيين عناوين IP بشكلٍ يدويٍّ لكافة أجهزة الشبكة. يمكن تطبيقه على الشبكات المحلية الصغيرة بالإضافة إلى شبكات المؤسسات الكبيرة.

خاتمة

وأخيراً هناك العديد العديد من البروتوكولات ولكل منها عمله ووظائفه الخاصة ولكل منه ميزاته وعيوبه. تكلمنا في مقالنا هذا عن تعريف البروتوكولات وأنواعها وأهم البروتوكولات والأكثر استخداماً.

المراجع

1. موقع e3arabi
2. موقع momar.tech
3. موقع arageek
4. موقع الموسوعة العربية