TCP IP چیست؟ – به زبان ساده + لایه ها، نحوه کار و تفاوت با OSI

تیم متخصصان شبکه گسترش اندیشه پویا (GAP) در این مطلب آموزشی به بررسی این موضوع می‌پردازد:

مدل TCP IP یک چارچوب استاندارد ارتباطی است که پایه و اساس اینترنت امروزی را تشکیل می‌دهد.TCP IP مجموعه‌ای از پروتکل‌های استاندارد است که قواعد ارسال، مسیریابی و تحویل داده‌ها در اینترنت و سایر شبکه‌ها را تعیین می‌کند. این مدل ارتباطات شبکه‌ای را در قالب چهار لایه کاربرد، انتقال، اینترنت و دسترسی به شبکه تعریف کرده و نحوه تبادل داده بین دستگاه‌های مختلف را مشخص می‌کند. در این مطلب از مجله به زبان ساده به این پرسش پاسخ داده شده است که TCP IP چیست و چرا به عنوان پایه و اساس ارتباطات در شبکه‌های کامپیوتری شناخته می‌شود.

با مدل ۴ لایه TCP IP در شبکه‌های کامپیوتری آشنا می‌شوید.لایه‌های مدل TCP IP و نقش هر کدام را درک می‌کنید.نحوه انتقال پیام در مدل TCP IP را فرا می‌گیرید.کاربردهای گسترده TCP IP در حوزه‌های مختلف را خواهید شناخت.تفاوت‌های بین دو مدل TCP IP و OSI را یاد می‌گیرید.درک عمیق‌تری از مفاهیم شبکه و اینترنت به دست خواهید آورد.

با مطالعه این مطلب ابتدا با پروتکل‌های TCP و IP آشنا خواهید شد و تفاوت‌های آن دو را درک خواهید کرد. در ادامه هر کدام از لایه‌های مدل TCP IP به تفکیک مورد بررسی قرار خواهند گرفت و عملکردشان با ارائه مثال‌های عملی توضیح داده خواهد شد. علاوه بر این، کاربردها، مزایا و محدودیت‌های مدل TCP IP نیز در این مطلب بیان شده است. در پایان یاد خواهید گرفت که چگونه داده‌ها در شبکه از دستگاه مبدا به مقصد ارسال می‌شوند.

مدل TCP IP یک ساختار لایه‌ای است که نحوه انتقال داده بین دستگاه‌های مختلف درشبکهرا توضیح می‌دهد. این مدل مجموعه‌ای از پروتکل‌های ارتباطی است که انتقال مطمئن و کارآمد داده‌ها در شبکه‌های کامپیوتری به خصوص اینترنت را تضمین می‌کند.

به زبان ساده، TCP IP یک زبان مشترک است که رایانه‌ها،سرورها، تلفن‌های همراه و هر دستگاه متصل به شبکه با استفاده از آن می‌توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و اطلاعات را به صورت مطمئن انتقال دهند. نام این مدل برگرفته از دو پروتکل اصلی تشکیل دهنده آن یعنی TCP و IP است. از جمله مهم‌ترین ویژگی‌های مدل TCP IP به موارد زیر می‌توان اشاره کرد.

TCP IP به عنوان یک معماری چهار لایه تعریف شده است.توسط پروتکل RFC 1122 استاندارد شده است که ساختار و رفتار آن را مشخص می‌کند.نسبت به مدل هفت لایه OSI ساده‌تر و کاربردی‌تر است.به عنوان چارچوب اصلی اینترنت مورد استفاده قرار می‌گیرد.

«پروتکل کنترل انتقال» (Transmission Control Protocol | TCP) یک استاندارد ارتباطی در شبکه‌های کامپیوتری است. این پروتکل به برنامه‌های کاربردی و دستگاه‌های مختلف امکان می‌دهد تا پیام‌ها و داده‌های خود را از طریق شبکه منتقل کنند. به زبان ساده، پروتکل TCP به شکلی طراحی شده است که بسته‌های اطلاعاتی را در سراسر اینترنت ارسال کند و از تحویل موفقیت آمیز داده‌ها به مقصد مطمئن شود.

TCP یکی از پروتکل‌های اصلی اینترنت است و در استانداردهای تعریف شده توسط «کارگروه مهندسی اینترنت» (Internet Engineering Task Force | IETF) نیز گنجانده شده است. این پروتکل برای انتقال داده ابتدا یک ارتباط اختصاصی بین فرستنده و گیرنده برقرار می‌کند و تا شروع تبادل اطلاعات نیز این ارتباط را نگه می‌دارد. در ادامه، داده‌ها به بسته‌های کوچک‌تر تقسیم می‌شوند و در طول فرایند ارسال نیز یکپارچگی داده‌ها تضمین می‌شود.

کاربردهای پروتکل TCP چیست؟

پروتکل TCP یک سرویس تضمین شده برای بسته‌بندی، ارسال و تحویل صحیح بسته‌های داده است. این پروتکل به دلیل قابلیت اطمینان بالا در سناریوهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که کوچک‌ترین خطا در انتقال داده‌ها می‌تواند به اختلال جدی یا از دست رفتن اطلاعات حیاتی منجر شود. بر همین اساس مهم‌ترین کاربردهای پروتکل TCP عبارتنداز:

ارسال و دریافت ایمیلانتقال فایلوب‌گردیارتباط امن با سرور

«پروتکل اینترنت» (Internet Protocol | IP) روشی استاندارد برای ارسال داده از یک دستگاه به دستگاه دیگر از طریق اینترنت است. هر دستگاه متصل به شبکه اینترنت یک آدرس IP منحصر به فرد دارد که امکان شناسایی آن را فراهم می‌کند. ارتباط و تبادل داده با سایر دستگاه‌های متصل به اینترنت از طریق همین آدرس IP امکان‌پذیر می‌شود. برای آشنایی بیشتر با مفهوم IP در شبکه‌های کامپیوتری می‌توانیدفیلم آموزش رایگان آدرس IP چیست؟ با ساختار و کاربردهااز را مشاهده کنید که لینک آن در ادامه آورده شده است.

پروتکل IP نحوه تبادل بسته‌های داده بین برنامه‌های کاربردی و سایر دستگاه‌ها را تعریف می‌کند. در واقع، پروتکل IP قالب‌ها و قواعد لازم برای تبادل داده بین دستگاه‌های مختلف در یک شبکه واحد یا چندین شبکه متصل به اینترنت را مشخص می‌کند. این ماموریت بزرگ به تنهایی توسط یک پروتکل قابل انجام نیست. بنابراین، پروتکل IP از طریق مجموعه پروتکل اینترنت (TCP/IP) این کار را انجام می‌دهد.

درک پروتکل IP با مثالی از دنیای واقعی

عملکرد پروتکل IP بسیار شبیه به سیستم پستی است. شرایطی را در نظر بگیرید که می‌خواهید نامه‌ای را برای یکی از دوستانتان در شهر دیگری ارسال کنید. در ادامه مراحل ارسال نامه در سیستم پستی با ارسال داده توسط پروتکل IP مقایسه خواهد شد.

۱. نوشتن نامه و درج آدرس

ابتدا نامه را می‌نویسید و آن را در پاکت قرار می‌دهید. آدرس کامل فرستنده و گیرنده بر روی پاکت نامه درج می‌شود. در پروتکل IP نیز هر دستگاه متصل به اینترنت یک آدرس IP منحصر به فرد دارد که مشابه همان آدرس فرستنده و گیرنده است. پروتکل IP بر روی هر کدام از بسته‌های داده آدرس IP مبدا و مقصد را قرار می‌دهد. در نتیجه، مسیریاب‌ها می‌دانند که بسته توسط چه دستگاهی ارسال شده و توسط چه دستگاهی دریافت خواهد شد.

۲. تحویل به دفتر پست محلی

سپس، نامه خود را به یکی از دفاتر پستی محلی تحویل می‌دهید و هیچ درکی از مسیر ارسال (زمینی، هوایی، ریلی) یا نحوه ارسال (کامیون، هواپیما، قطار) نامه ندارید. در پروتکل IP نیز دستگاه فرستنده تنها بسته‌ها را به شبکه تحویل می‌دهد و از جزئیات فیزیکی مسیر آگاه نیست.

۳. مسیریابی در مراکز توزیع

در ادامه نامه در مراکز توزیع بر اساس آدرس مقصد مسیریابی می‌شود و ممکن است بسته به شرایط از مسیرهای مختلفی نیز عبور کند. در پروتکل IP نیز مشابه این اتفاق توسط «مسیریاب‌» (Router) انجام می‌شود. در واقع، مسیریاب‌ها بهترین مسیر برای ارسال بسته را در لحظه انتخاب می‌کنند.

۴. تحویل نهایی به مقصد

در نهایت‌، نامه به اداره پست مقصد می‌رسد و توسط نامه‌رسان به گیرنده تحویل داده می‌شود. در پروتکل IP نیز بسته داده پس از عبور از مسیرهای مختلف به شبکه مقصد می‌رسد و به دستگاه گیرنده تحویل داده می‌شود. در این لحظه ماموریت پروتکل IP به پایان می‌رسد.

نکته مهمی که باید به آن توجه داشت این است که پروتکل IP تمام تلاش خود را برای ارسال و تحویل بسته انجام می‌دهد، ولی هیچ گونه تضمینی برای سلامت بسته‌های داده ارائه نمی‌کند.

تفاوت TCP و IP چیست؟

TCP و IP دو پروتکل مجزا و مستقل از یکدیگر هستند که برای تحویل موفقیت‌آمیز داده‌ها به مقصد مورد نظر در شبکه با یکدیگر همکاری می‌کنند. این دو پروتکل آن‌چنان به صورت درهم‌تنیده عمل می‌کنند که اغلب به صورت یک عبارت واحد یعنی TCP IP به کار می‌روند، ولی وظایف کاملاً متفاوتی را بر عهده دارند.پروتکل IP آدرس مقصد را مشخص می‌کند و پروتکل TCP تضمین می‌دهد که داده‌ها به همان آدرس به صورت سالم تحویل داده شوند.

پروتکل IP در نقش نشانی‌یاب شبکه

پروتکل IP مسئول دریافت و تعریف آدرس برای دستگاه یا برنامه‌ای است که داده باید به آن فرستاده شود. این آدرس با نام آدرس IP شناخته می‌شود که شناسه‌ای یکتا برای هر دستگاه در شبکه است. IP را می‌توان مانند شماره تلفن اختصاص داده شده به یک گوشی هوشمند در نظر گرفت. بدون وجود این شماره تلفن برقراری تماس امکان‌پذیر نخواهد بود.به زبان ساده، IP مشخص می‌کند که داده به کجا ارسال شود، ولی به چگونگی رسیدن آن کاری ندارد.

پروتکل TCP در نقش پیک مطمئن شبکه

پروتکل TCP بعد از مشخص شدن مقصد ارتباط توسط پروتکل IP وارد عمل می‌شود. TCP مسئولیت انتقال و مسیریابی داده‌ها در شبکه را بر عهده دارد و از سالم رسیدن داده‌ها به دستگاه مقصد اطمینان حاصل می‌کند. در واقع، اگر آدرس IP همانند شماره تلفن در نظر گرفته شود، آنگاه TCP در نقش فناوری برقراری تماس خواهد بود.پروتکل TCP برقراری تماس، ارسال داده و پایان ارتباط را تضمین می‌کند.

دلیل نام گذاری مدل TCP IP چیست؟

پروتکل‌های TCP و IP در ارتباطات شبکه‌ای همواره در کنار یکدیگر به کار می‌روند و به نوعی این دو مکمل هم هستند. تماس تلفنی بدون شماره (IP) ممکن نیست و یک شماره تنها نیز بدون فناوری برقراری تماس (TCP) فایده‌ای ندارد. بنابراین، TCP و IP مکمل یکدیگر هستند.پروتکل IP می‌گوید که داده‌ها کجا ارسال شوند و پروتکل TCP چگونگی ارسال را مشخص می‌کند. این همکاری اساس ارتباطات شبکه‌ای تشکیل می‌دهد.

دلیل نام گذاری مدل TCP IP نقش محوری و مکمل این دو پروتکل در قلب ارتباطات شبکه‌ای است. این دو پروتکل چنان درهم‌تنیده و مکمل یکدیگر هستند که از همان روزهای نخست توسعه اینترنت به عنوان یک زوج جدانشدنی شناخته می‌شدند. هر چند امروزه پروتکل‌های متعددی در مدل TCP IP وجود دارند، ولی نام این مدل برگرفته از این دو پروتکل بنیادین است. این نام گذاری نشان می‌دهد که هسته تمام ارتباطات اینترنتی در پاسخ به دو پرسش اساسی زیر شکل گرفته است.

داده‌ها بهکجاارسال شوند؟داده‌هاچگونهسالم به مقصد برسند؟

پاسخ به سوالات اساسی بالا به عبارت TCP IP چیست معنا می‌بخشد. در ادامه مدل TCP IP، لایه‌های موجود در آن و نحوه همکاری آن‌ها با یکدیگر مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

آشنایی با شبکه های کامپیوتری با

امروزه شبکه‌های کامپیوتری به بخشی جدایی‌ناپذیر از زندگی روزمره انسان‌ها تبدیل شده‌اند. کامپیوترها در حوزه‌های مختلفی از تجارت و آموزش گرفته تا بهداشت و حمل‌ونقل کاربرد دارند. در واقع، می‌توان گفت که امروزه شبکه‌های کامپیوتری تمام حوزه‌های زندگی را تحت تاثیر قرار داده‌اند. به همین دلیل اهمیت شبکه‌های کامپیوتری روزبه‌روز در حال افزایش است و نقش آن در حوزه‌های مختلف پررنگ‌تر می‌شود. بنابراین، بازار کار گسترده و فرصت‌های شغلی بسیار خوبی در حوزه شبکه‌های کامپیوتری وجود دارد که امکان کسب درآمد برای افراد متخصص در این حوزه را فراهم کرده است.

اگر به دنیای شبکه‌های کامپیوتری علاقه‌مند هستید یا می‌خواهید به یک فرد متخصص و حرفه‌ای در این حوزه تبدیل شوید، باید یک مسیر یادگیری اصولی را دنبال کنید. برای یادگیری مباحث شبکه می‌توانید از کتاب‌ها، کلاس‌های حضوری، دوره‌ها، مقالات آموزشی و فیلم‌های آموزشی استفاده کنید که هر کدام مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند. در این بین شاید کم‌هزینه‌ترین و پربازده‌ترین شیوه استفاده از ویدیو‌های آموزشی است. با تهیه ویدیوهای آموزشی بدون محدودیت زمانی و مکانی و هزینه‌ای به مراتب کمتر از کلاس‌های حضوری می‌توانید مباحث مورد نظر خود را دنبال کنید. همچنین، در این شیوه امکان تعیین سرعت یادگیری را نیز دارید.

آموزش‌های موجود در این مجموعه با رویکردی ترکیبی از مباحث تئوری و عملی مفاهیم پیچیده دنیای شبکه را با زبانی ساده و قابل فهم آموزش می‌دهند. این آموزش‌ها تمام سطوح یادگیری از مبتدی تا حرفه‌ای را شامل می‌شوند و علاقه‌مندان با توجه به سطح خود می‌توانند از این دوره‌ها استفاده کنند. علاوه بر این، تعداد زیادی از این دوره‌ها امکان دریافت گواهینامه پس از پایان دوره و موفقیت در آزمون را برای فراگیران فعال می‌کنند. در ادامه تعدادی از آموزش‌های پیشنهادی موجود در این مجموعه آورده شده است.

فیلم آموزش شبکه های کامپیوتری ۱ با گواهینامه از فرادرسفیلم آموزش امنیت شبکه های کامپیوتری با گواهینامه از فرادرسفیلم آموزش نتورک پلاس +‎Network و اصول شبکه + کاربردی و عملی با گواهینامه از فرادرسفیلم آموزش تامین امنیت شبکه‌ با فایروال سوفوس Sophos Firewall با گواهینامه از فرادرسفیلم آموزش راه اندازی تلفن تحت شبکه ویپ VoIP با گواهینامه از فرادرسفیلم آموزش روتینگ سیسکو CCNP Routing با گواهینامه از فرادرس

برای دسترسی به آموزش‌های بیشتر، پیشنهاد می‌کنیم به صفحه زیر مراجعه کنید:

مجموعه آموزش شبکه‌های کامپیوتری از مقدماتی تا پیشرفته فرادرس

مدل TCP IP نحوه انتقال داده بین دستگاه‌های مختلف در شبکه را تعریف می‌کند و برقراری ارتباط بین شبکه‌ها و فواصل دور را امکان‌پذیر می‌سازد. این مدل نشان می‌دهد که چگونه داده‌ها در شبکه تبادل و سازماندهی می‌شوند. برای پاسخ به این سوال که مدل TCP IP چیست و چگونه کار می‌کند باید لایه‌های تشکیل‌دهنده آن را شناخت.

مدل TCP IP به چهار لایه مختلف تقسیم می‌شود که هر لایه آن وظیفه مشخصی را بر عهده دارد. داده‌ها هنگام ارسال از فرستنده به گیرنده از این لایه‌ها عبور می‌کنند. طراحی لایه‌ای این مدل باعث شده است که فرایند توسعه، عیب‌یابی و ارتقا شبکه آسان‌تر انجام شود. در ادامه، چهار لایه تشکیل‌دهنده مدل TCP IP آورده شده است.

لایه «کاربرد» (Application)لایه «انتقال» (Transport)لایه «اینترنت» (Internet)لایه «شبکه» (Network)

در ادامه، در مورد این لایه‌ها توضیح می‌دهیم.

لایه کاربرد بالاترین لایه در مدل TCP IP است و نزدیک‌ترین لایه به کاربر محسوب می‌شود. این لایه به صورت مستقیم با برنامه‌های کاربردی مانند مرورگرهای وب، ابزارهای اشتراک‌گذاری فایل و نرم‌افزارهای ارسال ایمیل در ارتباط است. لایه کاربرد یک پل ارتباطی بین نرم‌افزارهای کاربر و لایه‌های زیرین ایجاد می‌کند که وظیفه انتقال داده را بر عهده دارند. در لایه کاربرد پروتکل‌هایی همچون SMTP،FTP،HTTPوDNSفعالیت می‌کنند. از جمله مهم‌ترین وظایف لایه Application به موارد زیر می‌توان اشاره کرد.

قالب‌بندی داده‌ها را مدیریت می‌کند تا اطلاعات به درستی بین فرستنده و گیرنده مبادله شوند.برای برقراری ارتباط امن داده‌ها را رمزگذاری می‌کند.نشست‌های ایجاد شده را به صورت مداوم پیگیری می‌کند تا جریان داده حفظ شود.

مثالی ساده از لایه کاربرد

لایه کاربرد را می‌توان به پیشخدمت یک رستوران تشبیه کرد. هنگامی که مشتری به رستوران مراجعه می‌کند با آشپز، انباردار و مسئول نوشیدنی‌ها هیچ گونه ارتباطی ندارد. مشتری تمام درخواست‌های خود را با پیشخدمت رستوران در میان می‌گذارد. پیشخدمت سفارش مشتری را دریافت کرده و آن را به آشپزخانه تحویل می‌دهد و کاری به فرایند پخت، زمان‌بندی و هماهنگی بین بخش‌های مختلف ندارد.

در نهایت بعد از آماده شدن سفارش، پیشخدمت رستوران آن را به شکلی آراسته و طبق انتظار مشتری سر میز تحویل می‌دهد. همچنین، در صورت بروز هر گونه مشکلی در سفارش این پیشخدمت رستوران است که پاسخگوی مشتری خواهد بود.در این مثال، پیشخدمت همان لایه کاربرد است و آشپزخانه، انبار و سایر بخش‌های رستوران نقش لایه‌های زیرین شبکه را ایفا می‌کنند.

درک نقش لایه کاربرد در مدل TCP IP با سناریو واقعی

برای پاسخ به این سوال که نقش لایه کاربرد در مدل TCP IP چیست و درک بهتر عملکرد آن یک سناریو ساده به صورت گام‌به‌گام دنبال خواهد شد. شرایطی را در نظر بگیرید که کاربر در نوار آدرس مرورگر خود عبارتwww.google.comرا وارد می‌کند. بعد از چند ثانیه صفحه اصلی سایت گوگل برای کاربر قابل مشاهده خواهد بود. این عمل به ظاهر ساده یک سفر پیچیده را در مدل چهار لایه TCP IP آغاز می‌کند. در ادامه، نقش لایه کاربرد در این سفر پرماجرا بررسی خواهد شد.

مرورگر یک برنامه کاربردی است که در لایه Application اجرا می‌شود و باید دو وظیفه اصلی زیر را انجام دهد.

تبدیل آدرس سایت (www.google.com) به یک آدرس IP قابل فهم برای شبکه (پروتکل DNS)دریافت صفحه درخواستی کاربر از سرور مقصد (پروتکل HTTP)

مرورگر کاربر ابتدا با استفاده از پروتکل DNS نامهدامنهرا به آدرس IP تبدیل می‌کند. پس از دریافت پاسخ، لایه کاربرد یک درخواست HTTP ایجاد می‌کند و آن را برای ارسال به لایه انتقال تحویل می‌دهد. زمانی که پاسخ سرور یعنی صفحه HTML سایت از مسیر معکوس به مرورگر برمی‌گردد، باز هم این لایه کاربرد است که داده‌ها را تحویل گرفته و صفحه را به کاربر نمایش می‌دهد.در واقع، لایه کاربرد نقطه آغاز و پایان این ارتباط شبکه‌ای است و به عنوان یک پل بین کاربر و زیرساخت ارتباطی عمل می‌کند.

پیش‌تر در مطلب زیر از مجله لایه اپلیکیشن در شبکه‌های کامپیوتری به صورت جامع مورد بررسی قرار گرفته است.

۲. لایه انتقال در TCP IP چیست؟

لایه انتقال در مدل TCP IP مسئولیت تحویل مطمئن و کارآمد بسته‌های داده بین دستگاه‌های مختلف را بر عهده دارد. این لایه داده‌های حجیم را به بسته‌های داده کوچک‌تر تقسیم می‌کند، آن‌ها را شماره‌گذاری کرده و در مقصد دوباره کنار هم قرار می‌دهد. در صورت بروز خطا یا گم شدن هر کدام از بسته‌های داده، لایه انتقال مجدد داده‌های از دست رفته را ارسال می‌کند.

لایه انتقال را می‌توان همانند یک پیک حرفه‌ای در نظر گرفت. این پیک محموله ارسالی را تحویل می‌گیرد، آن را به بسته‌های کوچک‌تر تقسیم می‌کند و بسته‌ها را به مقصد می‌رساند. این پیک به منظور ضمانت تحویل نیز بعد از رساندن بسته‌ها به مقصد از گیرنده رسید دریافت می‌کند.

وظایف لایه انتقال در مدل TCP IP چیست؟

لایه انتقال وظایف متعددی بر عهده دارد که در ادامه تعدادی از آن‌ها آورده شده است.

قطعه‌بندی و سرهم‌بندی مجدد: پیام‌های حجیم را به بسته‌های کوچک تقسیم می‌کند و در مقصد دوباره آن‌ها را کنار یکدیگر قرار می‌دهد.تحویل مطمئن و مدیریت خطا: پروتکل TCP خطایابی را انجام می‌دهد، داده‌های از دست رفته را دوباره ارسال می‌کند و تضمینی برای ترتیب صحیح بسته‌ها ارائه می‌دهد.ارتباط سریع: پروتکل UDP بسته‌های داده را بدون اتصال و با تاخیر بسیار کم ارسال می‌کند، زیرا بررسی خطا یا دریافت تاییدیه را انجام نمی‌دهد.کنترل جریان داده: با تنظیم نرخ ارسال داده از اشباع شدن گیرنده جلوگیری می‌کند.انتقال چندتایی پیام: با استفاده از «شماره پورت» (Port Number) امکان استفاده همزمان و بدون تداخل چندین برنامه از شبکه را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، مرورگر و سرویس ایمیل می‌توانند همزمان و بدون تداخل با یکدیگر داده رد و بدل کنند.

پروتکل های اصلی لایه انتقال

لایه انتقال برای انجام صحیح وظایف خود دو ابزار اصلی در اختیار دارد که هر کدام برای سناریویی متفاوت طراحی شده‌اند. پروتکل‌های اصلی لایه انتقال عبارتنداز:

پروتکل TCP: این پروتکل زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که قابلیت اطمینان و دقت در اولویت باشد. پروتکل TCP تضمین می‌کند که داده‌ها به همان شکلی که ارسال شده‌اند به مقصد برسند. از پروتکل TCP برای بارگذاری صفحات وب، دانلود فایل، ارسال و دریافت ایمیل استفاده می‌شود.پروتکل UDP: این پروتکلی زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که سرعت از دقت اولویت بیشتری داشته باشد. پروتکل UDP سریع‌تر از TCP است، ولی تحویل مطمئن داده‌ها را تضمین نمی‌کند. از پروتکل UDP برای مواردی همچون پخش زنده ویدیو، تماس‌های تصویری و بازی‌های آنلاین استفاده می‌شود.

درک نقش لایه انتقال در مدل TCP IP با سناریو واقعی

در سناریو مربوط به باز کردن سایتwww.google.comدر مرورگر لایه کاربرد درخواست HTTP خودش را برای لایه انتقال ارسال می‌کرد. لایه انتقال بعد از دریافت این درخواست با استفاده از پروتکل TCP یک اتصال مطمئن بین مرورگر کاربر ووب سروربرقرار می‌کند. سپس، درخواست‌ها را به بسته‌های کوچک‌تری تقسیم می‌کند و شماره‌گذاری آن‌ها را نیز انجام می‌دهد. در نهایت، با درج شماره پورت بر روی هر کدام از این بسته‌ها مسیر بازگشت پاسخ را نیز مشخص می‌کند.

در ادامه لایه انتقال سرعت ارسال را متناسب با گیرنده تنظیم می‌کند و در صورت خرابی یا گم شدن بسته‌ها آن‌ها را مجدد ارسال می‌کند. بعد از دریافت پاسخ از سمت گیرنده نیز بسته‌ها بر اساس شماره‌گذاری انجام شده مرتب می‌شوند و درخواست به لایه کاربرد تحویل داده می‌شود.

۳. لایه اینترنت در TCP IP چیست؟

لایه اینترنت در مدل TCP IP مسئول آدرس‌دهی، بسته‌بندی و مسیریابی بسته‌های داده است تا این بسته‌ها بتوانند از بین شبکه‌های مختلف عبور کرده و در نهایت به دستگاه مقصد برسند. به زبان ساده، این لایه جابه‌جایی صحیح بسته‌های داده بین شبکه‌های مختلف را تضمین می‌کند.

لایه اینترنت را می‌توان به مرکز توزیع شرکت پست تشبیه کرد. هنگام رسیدن یک بسته به مرکز توزیع کارکنان تنها به آدرس مقصد نوشته شده بر روی بسته نگاه می‌کنند و به محتوای بسته کاری ندارند. بعد از دیدن آدرس مقصد با مراجعه به جداول مسیریابی تصمیم می‌گیرند که بسته را چگونه و به کدام مرکز ارسال کنند.

وظایف لایه اینترنت در مدل TCP IP چیست؟

لایه اینترنت شرایط لازم برای انتقال بسته‌های داده را فراهم می‌کند. از جمله مهم‌ترین وظایف لایه اینترنت به موارد زیر می‌توان اشاره کرد.

آدرس‌دهی منطقی: با تخصیص آدرس‌های IP به دستگاه‌های مبدا و مقصد آن‌ها را در شبکه شناسایی می‌کند. آدرس‌های IP را می‌توان به کدپستی نوشته شده بر روی بسته‌های پستی تشبیه کرد که با استفاده از آن فرستنده و گیرنده بسته مشخص می‌شوند.مسیریابی بسته‌ها: بهترین مسیر را برای انتقال داده در شبکه مشخص می‌کند. روترها با استفاده از آدرس IP مقصد و جداول مسیریابی بسته‌های داده را به صورت گام‌به‌گام به مقصد نزدیک می‌کنند.قطعه قطعه کردن و ادغام مجدد: بسته‌های داده بزرگ را برای انتقال به بسته‌های کوچک‌تر تقسیم می‌کند و در مقصد آن‌ها را مجدد با یکدیگر ادغام می‌کند.پشتیبانی از پروتکل‌های مکمل: پروتکل اصلی مورد استفاده در لایه اینترنت IP است، ولی سایر پروتکل‌ها نیز در این لایه پشتیبانی می‌شوند. به عنوان مثال، پروتکل ICMP برای گزارش خطا و عیب‌یابی مورد استفاده قرار می‌گیرد و پروتکل ARP نیز آدرس‌های IP را به «آدرس‌های فیزیکی» (MAC Address) تبدیل می‌کند.

درک نقش لایه اینترنت در مدل TCP IP با سناریو واقعی

در ادامه بررسی سناریو مربوط به باز کردن سایتwww.google.comلایه انتقال بسته‌های TCP را به لایه اینترنت تحویل می‌دهد. لایه اینترنت با استفاده از پروتکل IP بر روی هر کدام از بسته‌ها آدرس مبدا و آدرس مقصد را درج می‌کند. سپس، مسیریاب‌ها با خواندن این آدرس‌ها بهترین مسیر را برای رسیدن بسته به مقصد انتخاب می‌کنند. اگر در مسیر شبکه‌ای نتواند بسته‌های بزرگ را انتقال دهد، آنگاه پروتکل IP آن را به قطعات کوچک‌تر تبدیل می‌کند. در مقصد این قطعات مجدد در کنار هم قرار می‌‌گیرند و بسته به صورت کامل به لایه انتقال تحویل داده می‌شود. همچنین، در صورت بروز هر گونه خطایی در تحویل بسته‌ها پروتکل ICMP خطا را به مبدا گزارش می‌دهد.

۴. لایه دسترسی به شبکه

لایه دسترسی به شبکه آخرین لایه در مدل TCP IP است که با نام‌هایی همچونلایه پیوند دادهیا لایه فیزیکی نیز شناخته می‌شود. این لایه مسئول انتقال فیزیکی داده‌ها از طریق سخت‌افزار شبکه یعنی کابل‌ها،سوئیچ‌هاو اتصالات بی‌سیم است. لایه Network نحوه ارسال داده‌ها در شبکه را مشخص می‌کند و مسئولیت انتقال داده بین برنامه‌ها و دستگاه‌های موجود در شبکه را بر عهده دارد.

لایه دسترسی به شبکه را می‌توان به پیک موتوری تشبیه کرد که بسته‌ها را از مرکز توزیع تحویل می‌گیرد و بر اساس آدرس ساختمان آن‌ها را به مقصد بعدی می‌رساند. پیک موتوری مسیر خود را بر اساس شرایط خیابان انتخاب می‌کند و در صورت آسیب دیدن بسته آن را دوباره به مرکز توزیع برمی‌گرداند.

وظایف لایه Network Access در مدل TCP IP چیست؟

مهم‌ترین وظایف لایه دسترسی به شبکه عبارتنداز:

انتقال فیزیکی: بیت‌های خام را بر بستر رسانه‌های فیزیکی مانندکابل‌های اترنت،فیبر نوریو امواج wif-fi ارسال و دریافت می‌کند. در این لایه صفر و یک‌های دیجیتال به سیگنال‌های الکتریکی، نوری یا رادیویی تبدیل می‌شوند.قاب‌بندی: داده‌ها را در واحدهایی به نام «قاب» (Frame) قرار می‌دهد تا انتقال و شناسایی آن‌ها توسط دستگاه‌های شبکه آسان‌تر شود.تشخیص خطا: با استفاده از سازوکارهایی همچون Checksum یاCRCخطاهای احتمالی در حین انتقال را شناسایی می‌کند.آدرس‌دهی MAC: از آدرس‌های MAC برای شناسایی دستگاه‌ها در شبکه محلی استفاده می‌کند.کنترل دسترسی: نحوه استفاده همزمان چندین دستگاه از یک رسانه فیزیکی مشترک را تعیین می‌کند تا از «برخورد داده‌ها» (Collision) جلوگیری شود.

درک نقش لایه دسترسی به شبکه در مدل TCP IP با سناریو واقعی

در ادامه سناریو مربوط به باز کردن سایتwww.google.comلایه اینترنت بسته IP را برای ارسال فیزیکی به لایه دسترسی به شبکه می‌سپارد. در لایه Network Access بسته درون یک Frame قرار می‌گیرد و آدرس MAC مبدا و مقصد بر روی آن درج می‌شود. سپس، این Frame به سیگنال‌های الکتریکی یا امواج رادیویی تبدیل می‌شود تا از طریق کابل یا امواج wi-fi منتقل شود.

در ادامه لایه دسترسی به شبکه خطاهای احتمالی را بررسی می‌کند. اگر Frame ارسالی سالم باشد، آنگاه لایه دسترسی به شبکه آن را باز می‌کند و بسته IP را استخراج و برای مسیریابی دوباره آن را به لایه اینترنت تحویل می‌دهد. این فرایند تا رسیدن بسته به کارت شبکه وب سرور مقصد تکرار می‌شود. بر این اساس، لایه دسترسی به شبکه بسته‌ها را گام‌به‌گام بر روی بستر فیزیکی جا‌به‌جا می‌کند.

براینصب اپلیکیشنرایگانمجله کلیک کنید.

مدل TCP IP چگونه کار می‌کند؟

جابه‌جایی داده‌ها بین دو دستگاه در مدل TCP IP مسیری دوطرفه و لایه‌به‌لایه را طی می‌کند. در سمت فرستنده، داده‌ها به تدریج از لایه کاربرد به سمت لایه دسترسی به شبکه حرکت می‌کنند و در هر مرحله اطلاعاتی به آن‌ها اضافه می‌شود. در سمت گیرنده نیز این فرایند به صورت معکوس انجام می‌شود تا پیام اصلی بازسازی شود.

در ادامه، برای درک بهتر نحوه کار لایه‌های مدل TCP IP مسیر ارسال یک پیام از فرستنده به گیرنده بررسی شده است.

ارسال داده از فرستنده به گیرنده

هنگام ارسال پیام مسیر حرکت داده‌ها از بالاترین لایه TCP IP شروع می‌شود و به تدریج از لایه‌های پایین‌تر عبور می‌کند. در این مسیر هر لایه اطلاعاتی را به داده اضافه می‌کند و آن را برای لایه بعد آماده می‌سازد. مسیر حرکت داده‌ها از فرستنده به گیرنده به صورت زیر است.

لایه کاربرد: نرم‌افزار کاربر مانند مرورگر داده را ایجاد می‌کند و آن را به لایه بعدی انتقال می‌دهد.لایه انتقال: داده به قطعات کوچک‌تری به نام Segment تقسیم می‌شود. برای اطمینان از انتقال، پروتکل TCP و برای انتقال سریع پروتکل UDP اطلاعاتی را به قطعات داده اضافه می‌کند.لایه اینترنت: هر کدام از Segmentها درون یک «بسته» (Packet) قرار می‌گیرند و آدرس IP مبدا و مقصد بر روی آن درج می‌شود. این کار امکان مسیریابی بسته در بین شبکه‌های مختلف را فراهم می‌کند.لایه دسترسی به شبکه: بسته‌های داده به Frameهایی تبدیل می‌شوند تا برای انتقال از طریق رسانه فیزیکی مناسب باشند. در نهایت، این Frameها از طریق کابل یا امواج بی‌سیم به سمت دستگاه مقصد ارسال می‌شوند.

در سمت دستگاه مقصد تمام مراحل قبلی باید به صورت معکوس انجام شود تا پیام به حالت اولیه خود بازگردد. مسیر دریافت داده به صورت زیر خواهد بود.

لایه دسترسی به شبکه: Frameها از طریق رسانه فیزیکی دریافت شده و از نظر خطا بررسی می‌شوند.لایه اینترنت: بسته‌های داده از Frameها استخراج می‌شوند و با بررسی آدرس IP مقصد اطمینان حاصل می‌شود که به دستگاه صحیح رسیده باشند.لایه انتقال: بخش‌های دریافت شده بر اساس شماره کنار یکدیگر قرار داده می‌شوند تا پیام اصلی بازسازی شود. در صورت استفاده از پروتکل TCP داده‌های گم شده و خراب شناسایی و تصحیح می‌شوند.لایه کاربرد: داده کامل و سالم در اختیار مرورگر کاربر قرار می‌گیرد و صفحه وب مورد نظر به کاربر نمایش داده می‌شود.

کاربردهای مدل TCP IP چیست؟

مدل TCP IP تنها یک چارچوب نظری نیست، این مدل پایه و اساس تمام ارتباطات دیجیتال در دنیای امروز است. از لحظه باز شدن یک صفحه وب گرفته تا برقراری یک تماس تصویری یا دانلود یک فایل، این مدل TCP IP است که همراه با پروتکل‌های خود در پس‌زمینه ارتباط مشغول کار هستند.

کاربردهای مدل TCP IP را می‌توان در حوزه‌های زیر خلاصه کرد.

وب‌گردیپست الکترونیکانتقال فایلمدیریت از راه دورتماس صوتی و تصویریپخش زنده و بازی آنلاینشبکه‌های داخلی سازمانیاینترنت اشیا

هنگام وارد کردن آدرس یک سایت در مرورگر پروتکل‌ HTTP بر بستر TCP IP درخواست شما را به سرور ارسال می‌کند و صفحه وب‌سایت را نمایش می‌دهد.

ارسال و دریافت ایمیل با استفاده از پروتکل‌های SMTP،IMAP و POP3 در بستر وب صورت می‌گیرد که همگی زیر مجموعه خانواده TCP IP هستند.

پروتکل‌های FTP و SFTP بر بستر TCP IP بارگذاری یا دریافت فایل از سرور را امکان‌پذیر می‌کنند.

متخصصان شبکه برای پیکربندی یا عیب‌یابی سرورها از راه دور از پروتکل‌هایی نظیر SSH یا Telnet استفاده می‌کنند که بر بستر TCP IP اجرا می‌شوند. برای آشنایی بیشتر با پروتکل‌های SSH و Telnet می‌توانیدفیلم آموزش رایگان Telnet و SSH در شبکه چیست؟ + تفاوت‌ و نحوه عملکرد را مشاهده کنید که لینک آن در ادامه آورده شده است.

برنامه‌های تماس تصویری مانند «اسکایپ» (Skype) و «گوگل میت» (Google Meet) از پروتکل UDP برای انتقال بی‌درنگ و لحظه‌ای صدا و تصویر با کمترین تاخیر استفاده می‌کنند.

پخش زنده و بازی آنلاین

سرویس‌های پخش زنده ویدیو و بازی‌های آنلاین چندنفره نیز برای کاهش تاخیر از پروتکل UDP بهره می‌گیرند که در لایه انتقال مدل TCP IP قرار دارد.

شبکه‌های داخلی سازمانی

بسیاری از سازمان‌ها و شرکت‌ها برای انتقال داده در شبکه‌های داخلی خود از مدل TCP IP استفاده می‌کنند. این مدل فارغ از مقیاس شبکه عملکردی پایدار و قابل اعتماد دارد که باعث استفاده گسترده آن توسط شرکت‌ها شده است.

در حوزه «اینترنت اشیا» (IOT) نیز میلیاردها دستگاه‌ها متصل به یکدیگر از مدل TCP IP برای تبادل داده با یکدیگر و سرورها استفاده می‌کنند.

مزایا و معایب مدل TCP IP چیست؟

مدل TCP IP فراگیرترین و شناخته‌شده‌ترین مدل مورد استفاده در شبکه‌های کامپیوتری است. این مدل همانند هر فناوری دیگری مجموعه‌ای از نقاط قوت و ضعف را همراه خود دارد. در ادامه این بخش مزایا و محدودیت مدل TCP IP به تفکیک مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

مزایای مدل TCP IP چیست؟

مهم‌ترین نقاط قوت و مزایای مدل TCP IP عبارتنداز:

کاربرد گسترده: مدل TCP IP پایه و اساس اینترنت و بیشتر شبکه‌های مدرن را تشکیل می‌دهد.مستقل از پلتفرم: وابسته به سخت‌افزار یا سیستم‌عامل خاصی نیست و بر روی هر پلتفرمی اجرا می‌شود.ارتباط امن: با سازوکارهایی همچون تشخیص خطا، دریافت تاییدیه و ارسال مجدد بسته‌های از دست رفته یکپارچگی و صحت داده‌ها را تضمین می‌کند.مقیاس‌پذیری بالا: از شبکه‌های کوچک محلی گرفته تا شبکه‌های جهانی در مقیاس اینترنت پشتیبانی می‌کند.استاندارد باز: به هیچ سازمان یا شرکت خاصی تعلق ندارد و استفاده از آن برای همه آزاد است.

محدودیت های مدل TCP IP چیست؟

مدل TCP IP با داشتن نقاط قوت بسیار محدودیت‌هایی نیز دارد که در ادامه آورده شده است.

پیچیدگی برای مبتدیان: تنوع پروتکل‌های موجود در این مدل می‌تواند درک کامل آن برای افراد مبتدی را دشوار سازد.عدم مرزبندی لایه‌ها: برخلاف مدل OSI مرز میان لایه‌های مختلف مشخص نیست. این موضوع می‌تواند باعث بروز ناسازگاری در پیاده‌سازی‌ها شود.سربار اضافی: ویژگی بررسی خطا و قابلیت اطمینان در مدل TCP باعث ایجاد سربار داده اضافی می‌شود.محدودیت امنیتی: طراحی اولیه مدل TCP IP با اولویت ارتباط‌پذیری و سادگی انجام شد. بنابراین، این مدل فاقد سازوکارهای داخلی برای مسائل امنیتی است و به پروتکل‌های مکمل مانند TLS/SSL نیاز دارد.پشتیبانی محدود از چندرسانه‌ای: طراحی اولیه مدل TCP IP بیشتر بر انتقال داده‌های متنی و فایلی متمرکز بود و برای کاربردهایی همچون پخش زنده صدا و تصویر نیاز به پروتکل‌های مکمل نظیر UDP دارد.

تفاوت مدل OSI با مدل TCP IP چیست؟

مدل OSI یک چارچوب نظری هفت لایه است که برای استانداردسازی ارتباطات شبکه‌ای تدوین شد. در نقطه مقابل، مدل TCP IP بر اساس نیازهای عملی اینترنت شکل گرفت.

امروزه مدل TCP IP به دلیل سادگی، کاربردی بودن و قابلیت پیاده‌سازی گسترده‌تر در شبکه‌های دنیای واقعی و اینترنت نسبت به مدل OSI ارجحیت دارد. مدل OSI بیشتر رویکرد تئوری دارد ولی، مدل TCP IP مبتنی بر پروتکل است و تمرکز آن بر روی نیازهای ارتباطی واقعی است. در ادامه تفاوت‌های مدل OSI با مدل TCP IP آورده شده است.

ساختار ساده‌ترطراحی پروتکل محورانعطاف‌پذیریاستاندارد بازکاربرد واقعی

مدل TCP IP تنها ۴ لایه دارد ولی مدل OSI از ۷ لایه تشکیل شده است. تعداد کمتر لایه‌ها در این مدل پیاده‌سازی و درک آن را آسان‌تر می‌کند.

مدل TCP IP بر پایه پروتکل‌های واقعی طراحی شده است. در نقطه مقابل، مدل OSI یک چارچوب نظری است که پیش از ساخت پروتکل‌ها تدوین شده است.

مدل TCP IP به خوبی با سخت‌افزارها و شبکه‌های گوناگون سازگار می‌شود و امکاناتی همچون مدیریت خطا، مسیریابی و کنترل جریان را ارائه می‌دهد.

مدل TCP IP یک استاندارد باز است که به صورت رایگان در دسترس همه افراد قرار گرفته است. این استاندارد توسط هیچ سازمانی کنترل نمی‌شود و همین ویژگی سرعت رشد آن را شتاب بخشیده است.

مدل OSI ابزاری عالی برای آموزش و یادگیری مفاهیم شبکه است. در نقطه مقابل، TCP IP مدل کاربردی‌تر است که پایه و اساس اینترنت و شبکه‌های امروزی را تشکیل می‌دهد. در جدول زیر به صورت خلاصه مدل‌های OSI و TCP IP با یکدیگر مقایسه شده‌اند.

امنیت شبکه را از کجا شروع کنیم؟

بعد از یادگیری مفاهیم پایه شبکه یکی از حوزه‌های جذاب برای افراد حرفه‌ای ورود به دنیای امنیت شبکه است. امنیت شبکه به مجموعه‌ای از سیاست‌ها، راهکارها و فناوری‌هایی گفته می‌شود که از یکپارچگی، محرمانگی و دسترس‌پذیری داده‌ها و زیرساخت‌های شبکه در برابر تهدیدهای داخلی و خارجی محافظت می‌کنند. با رشد روزافزون حملات سایبری و خطرات آن برای کسب‌وکارها تقاضا برای متخصصان امنیت شبکه به طرز قابل توجهی افزایش پیدا کرده است.

اگر به دنیای امنیت شبکه علاقه دارید یا می‌خواهید در آینده در این حوزه فعالیت کنید باید علاوه بر مفاهیم پایه شبکه به موضوعاتی نظیر رمزنگاری، «دیوارهای آتش» (Firewall)، تشخیص نفوذ، امنیت اطلاعات، مهندسی اجتماعی و سایر موارد دیگر تسلط پیدا کنید. خوشبختانه به عنوان یکی از پلتفرم‌های آموزشی پیش‌رو در این حوزه آموزش‌های با کیفیتی را منتشر کرده است. این آموزش‌ها درمجموعه فیلم‌های آموزش امنیت شبکه (Network Security) – مقدماتی تا پیشرفتهقابل دسترسی هستند که لینک آن در ادامه آورده شده است.

در این آموزش‌ها مفاهیم امنیت شبکه به صورت ترکیبی از مباحث تئوری و عملی آموزش داده شده است. با مشاهده این آموزش‌ها مفاهیم امنیت شبکه را به صورت اصولی و گام‌به‌گام یاد خواهید گرفت. در ادامه تعدادی از آموزش‌های پیشنهادی این مجموعه آورده شده است.

فیلم آموزش شناخت انواع هک و روش های مقابله با آن + گواهینامهفیلم آموزش تست نفوذ در وب و راه های مقابله با آنفیلم آموزش امنیت زیر ساخت شبکه – امن سازی تجهیزات سیسکوفیلم آموزش سیسکو آیس Cisco ISE برای امنیت شبکه های کامپیوتری + گواهینامهفیلم آموزش حملات DoS و DDoS در شبکه مجازی + از شناسایی تا روش‌های مقابله + گواهینامهفیلم آموزش امنیت اطلاعات و رمزنگاری + گواهینامه

مدل TCP IP در قلب دنیای شبکه‌های کامپیوتری جای دارد و ستون فقرات اینترنت را تشکیل می‌دهد. این مدل چهار لایه نقشه راه عملی و استاندارد برای تبادل داده بین دستگاه‌های مختلف را ارائه می‌کند. هر لایه در این مدل وظیفه مشخصی را برعهده دارد و هماهنگی بین آن‌ها ارتباطات شبکه‌ای را امکان‌پذیر می‌سازد. به زبان ساده، TCP IP زبان مشترکی است که به وسیله آن دستگاه‌های مختلف فارغ از سخت‌افزار و سیستم‌عامل خود می‌توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کند و تبادل داده انجام دهند.

در این مطلب از مجله با ارائه مثال‌های ملموس به این سوال پاسخ داده شد که مدل TCP IP چیست و چگونه کار می‌کند. علاوه بر این، معماری چهار لایه مدل TCP IP شامل لایه کاربرد، انتقال، اینترنت و دسترسی به شبکه تشریح شد و نقش هر لایه در قالب یک سناریو واقعی توضیح داده شد. در ادامه نیز مزایا، محدودیت‌ها و کاربردهای مدل TCP IP مورد بررسی قرار گرفت. آشنایی با مدل TCP IP نه تنها برای متخصصان شبکه، بلکه برای تمام فعالان و علاقه‌مندان به حوزه فناوری اطلاعات ضروری است.

مجموعه فیلم آموزش شبکه های کامپیوتری – مقدماتی تا پیشرفتهفیلم آموزش شبکه های کامپیوتری ۱ + گواهینامهمجموعه فیلم آموزش نتورک پلاس +Network – مقدماتی تا پیشرفتهانواع شبکه های کامپیوتری – راهنمای جامعانواع پروتکل های ارتباطی شبکه که باید بشناسید – راهنمای جامع و کاربردی

این آموزش توسط تیم تخصصی گسترش اندیشه پویا (GAP) گردآوری و ویرایش شده است. برای مشاوره و خدمات تخصصی در این حوزه با ما در ارتباط باشید.