مبادئ عمل البروتوكولات

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته،،،

سنتناول في هذا الدرس إن شاء الله الوظائف الأساسية للبروتوكولات. البروتوكولات هي عبارة عن مجموعة من القوانين و الإجراءات التي تستخدم للإتصال ، و حيث أننا نعلم أن الدبلوماسية كمثال تحتاج بروتوكولات معينة تحدد كيفية قيام الدبلوماسيين من دول مختلفة بالتفاعل و التفاهم و الإتصال فيما بينهم، فإن البروتوكولات في شبكات الكمبيوتر لها نفس المهمة ، فهي تحدد القوانين و الإجراءات التي تتحكم بالإتصال و التفاعل بين الكمبيوترات المختلفة على الشبكة.

هناك بعض الأمور يجب معرفتها فيما يخص البروتوكولات هي:
1- هناك الكثير من البروتوكولات المختلفة في عملها ووظيفتها.
2- عدة بروتوكولات من الممكن أن تعمل معا لتنفيذ عمل ما.
3- لكل بروتوكول مزاياه و عيوبه.
يطلق على مجموعة البروتوكولات التي تعمل سويا اسم Protocol Stack أو Protocol Suite.
و يمكن تخيل هذه المجموعة من البروتوكولات كبناء مكون من عدة طوابق و في كل طبقة يوجد بروتوكول معين يقوم بوظيفة محددة ويتكامل مع غيره من البروتوكولات في الطوابق الأخرى.
العملية الكاملة لنقل البيانات على الشبكة تمر بمجموعة من الخطوات، و في كل خطوة معينة تنفذ مهام محددة لا يمكن تنفيذها في خظوة أخرى، و لكل خطوة بروتوكول محدد أو مجموعة بروتوكولات تحدد كيفية تنفيذ المهام المتعلقة بهذه الخطوة، كما أن هذه الخطوات تكون متشابهة لكل جهاز على الشبكة، كما يجب ملاحظة أن الجهاز المرسل يقوم باتباع هذه الخطوات من الأعلى الى الأسفل بينما يقوم الجهاز المستقبل باتباع هذه الخطوات بشكل معكوس من الأسفل الى الأعلى.
في الجهاز المرسل تكون البروتوكولات مسئولة عن القيام بالمهام التالية:
1- تقسيم البيانات الى حزم.
2- إضافة معلومات العنونة الى الحزم.
3- تحضير البيانات للإرسال.
بينما تقوم البروتوكولات في الجهاز المستقبل بالعمل التالي:
1- التقاط حزم البيانات من وسط الإتصال.
2- إدخال حزم البيانات الى داخل الكمبيوتر عبر بطاقة الشبكة.
3- تجميع كل حزم البيانات المرسلة و قراءة معلومات التحكم المضافة الى هذه الحزم.
4- نسخ البيانات من الحزم الى ذاكرة مؤقتة لإعادة تجميعها.
5- تمرير البيانات المعاد تجميعها الى البرامج في صورة مفهومة قابلة للإستخدام.
حتى منتصف الثمانينات من القرن السابق كانت الشبكات المحلية معزولة و غير قادرة على الإتصال معا، الى أن تقدمت التقنيات المستخدمة في الشبكات و أصبحت هذه الشبكات قادرة على الإتصال فيما بينها لتكوين شبكات أكبر.
يطلق على حركة البيانات من الشبكة المصدر الى الشبكة الوجهة عبر عدة مسارات اسم التوجيه أو Routing.
أما البروتوكولات التي تدعم الإتصالات متعددة المسارات بين الشبكات المحلية فتسمى البروتوكولات القابلة للتوجيه Routable Protocols، و نظرا لأن هذه البروتوكولات تستخدم في ربط عدة شبكات محلية لتكوين شبكة واسعة فإن أهميتها في ازدياد مستمر.
تنقسم البروتوكولات بشكل عام الى قسمين:
1- Connection-Oriented.
2- Connectionless.
يقوم البروتوكول من النوع الأول Connection-Oriented بإعداد اتصال مباشر يسمى دائرة ظاهرية أو افتراضية Virtual Circuit بين الأجهزة المتصلة في الشبكة.
و يحقق هذا الإتصال المباشر موثوقية عالية لتسليم البيانات و لكنه قد يؤدي الى بطئ في عمل و أداء الشبكة.
يعتبر بروتوكول Transmission Control Protocol(TCP) مثالا واضحا على البروتوكولات محددة وجهة الإتصال Connection-Oriented.
بينما البروتوكولات من النوع الثاني Connectionless فإنها لا توفر اتصالا مباشرا مع الكمبيوتر المستقبل قبل إرسال البيانات، مما يعني أن البيانات تنتقل بسرعة أكبر مما يحسن من أداء الشبكة، و لكن هذه الطريقة ليست تامة الموثوقية نظرا لأنه لا سبيل لمعرفة فيما إذا حدثت أخطاء أثناء الإرسال أم لم تحدث.
يعتبر بروتوكول Internet Protocol (IP) مثالا واضحا على البروتوكولات عديمة الإتصال Connectionless.
يجب أن ينظم عمل البروتوكولات المختلفة حتى لا يحدث أي تعارض أو نقص في عملها.
يطلق على تنظيم المهام بين البروتوكولات المختلفة اسم layering .
كما ذكرت سابقا فإن Protocol Stack هي مجموعة من البروتوكولات المتكاملة في عملها معا، و كل طبقة في هذه المجموعة تحتوي على بروتوكول مختلف يقوم بوظيفة مختلفة.
تحدد الطبقات السفلى من Protocol Stack الكيفية التي تسمح لمصنعي الشبكات إعداد أجهزتهم للإتصال مع أجهزة مصنعين آخرين و يطلق على بروتوكولات الطبقات السفلى من المجموعة اسم البروتوكولات منخفضة المستوى Low-Level Protocols.
بينما تحدد الطبقات العليا من Protocol Stack الطريقة التي تتفاهم فيها برامج الإتصال، و يطلق على بروتوكولات الطبقات العليا اسم البروتوكولات مرتفعة المستوى High-Level Protocols.
كلما ارتفعنا في طبقات Protocol Stack كلما زاد تعقيد البروتوكولات في هذه الطبقات.
يطلق مصطلح Binding على الطريقة التي يتم بها ربط البروتوكولات و ترتيبها معا لتكوين Protocol Stack.
ترتيب 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 الإرتباط 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 الإنتقال 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، و من الممكن إعادة تنظيم عملية الربط لتتناسب مع مكونات أو بروتوكولات جديدة.
لنلق نظرة على شبكة محلية تستخدم أجهزتها بروتوكولي نقل هما TCP/IP و NetBEUI أو NetBIOS Extended User Interface ، كل من هذه البروتوكولات له خصائص قوة ، فبروتوكول TCP/IP فعال في نقل المعلومات عبر شبكة الإنترنت بينما بروتوكول NetBEUI فتأثيره فعال أكثر في نقل البيانات عبر الشبكة المحلية، ففي مثل هذه الشبكة إذا أراد المستخدمون الإتصال عبر الشبكة المحلية فبإمكانهم جعل البروتوكول NetBEUI هو البروتوكول الإفتراضي ، و إذا أرادوا الإتصال بشبكة الإنترنت فإنهم يستخدمون بروتوكول TCP/IP.
يطلق على البروتوكولات التي تستخدم من قبل مصنعين و منتجين مختلفين اسم Protocol Standars.
الجهات المخولة بالإتفاق على مثل هذه البروتوكولات تتضمن: 1
- The International Standards Organization (ISO).
2- The Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE).
3- International Telecommunications Union (ITU).
تنقسم البروتوكولات حسب وظيفتها الى ثلاث أقسام:
1- بروتوكولات تطبيقات Application Protocols.
2- بروتوكولات نقل Transport Protocols.
3- بروتوكولات شبكة Network Protocols.
تعمل بروتوكولات التطبيقات في الطبقات العليا من Protocol Stack و تتلخص مهمتها في تبادل البيانات و تحقيق التفاعل بين التطبيقات و من أمثلتها:
1- Server Message Block (SMB).
2- Novell’s NetWare Core Protocols (NCPs).
3- File Transfer Access and Management Protocol (FTAMP).
و من بروتوكولات التطبيقات الخاصة بالإنترنت :
1- File Transfer Protocol (FTP).
2- Telnet.
أما بروتوكولات النقل فتستخدم لتوفير جلسات الإتصال بين الكمبيوترات على الشبكة و هي مسئولة عن صيانة جودة و دقة المعلومات المنقولة بين الأجهزة، و من أمثلتها:
1- الجزء الناقل من بروتوكول ميكروسوفت NWLink.
2- الجزء الناقل من بروتوكول NetBEUI.
3- Sequenced Packet Exchange (SPX).
4- Transmission Control Protocol(TCP).
بينما تقدم بروتوكولات الشبكة خدمات ربط Link Services و تتلخص مهامها بما يلي:
1- عنونة و توجيه المعلومات.
2- البحث عن إخطاء في عملية الإرسال.
3- التعامل مع طلبات إعادة الإرسال.
4- تحديد قوانين الإتصال في بيئات محددة من الشبكات مثل إثرنت و Token Ring.
من الأمثلة على هذه البروتوكولاتما يلي:
1- Internet Protocol (IP).
2- Internetwork Packet Exchange (IPX). ملخص الدرس:

تنقسم البروتوكولات الى موجهة و عديمة الإتصال و تقسم وفقا لوظيفتها الى :
بروتوكولات تطبيقات و بروتوكولات نقل و بروتوكولات شبكة. سيكون الدرس المقبل بإذن الله بعنوان خصائص البروتوكولات الشائعة

والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته،،،