ما هي عناصر البروتوكول في شبكات الحاسوب

في شبكات الحاسوب يحدث الاتصال بين الكيانات في أنظمة مختلفة والكيان هو أي شيء قادر على إرسال المعلومات أو تلقيها، ومع ذلك لا يمكن لكيانين إرسال دفق بتات إلى بعضهما البعض ويتوقع أن يتم فهمهما ولكي يحدث الاتصال يجب أن تتفق الكيانات على بروتوكول.

ما هو البروتوكول

البروتوكول: هو مجموعة من القواعد التي تحكم اتصالات البيانات، كما إنّه يحدد ما يتم توصيله وكيف يتم توصيله ومتى يتم توصيله، والعناصر الرئيسية للبروتوكول هي بناء الجملة والدلالات والتوقيت.

أساسيات عناصر البروتوكول

في عصر تقنيات الكمبيوتر والهاتف المحمول تنمو تقنية شبكات الكمبيوتر بسرعة وتردد سريع للغاية، كما تعمل المليارات من الأجهزة والأدوات الإلكترونية لتحقيق ذلك، حيث تم تصميم هذه الأجهزة وتصنيعها بواسطة جهات تصنيع مختلفة وربما تم تطويرها باستخدام موارد أجهزة وبرامج مختلفة، ونتيجة لذلك لا يمكنهم إنشاء اتصال والتواصل مع بعضهم البعض لمشاركة البيانات والمعلومات الأخرى.

ومن ثم لحل هذه المشكلة يكون هناك حاجة إلى بروتوكولات، حيث توفر البروتوكولات وسيطاً ومجموعة من القواعد تكوين الاتصال بين الأجهزة المختلفة لتبادل البيانات والخدمات الأخرى، وهناك حاجة إلى بروتوكولات في كل مجال مثل المجتمع والعلوم والتكنولوجيا واتصالات البيانات والوسائط وما إلى ذلك.

العناصر الرئيسية للبروتوكول

1- بناء الجملة

يشير مصطلح بناء الجملة إلى بنية البيانات أو تنسيقها ممّا يعني الترتيب الذي يتم تقديمها به، وعلى سبيل المثال قد يتوقع بروتوكول بسيط أن تكون أول “8 بتات” من البيانات هي عنوان المرسل، والثانية “8 بتات” هي عنوان جهاز الاستقبال وبقية الدفق هي الرسالة نفسها.

2- الدلالات

تشير كلمة دلالات إلى معنى كل قسم من البتات وكيف يتم تفسير نمط معين وما الإجراء الذي يجب اتخاذه بناءً على هذا التفسير، وعلى سبيل المثال هل يحدد العنوان المسار الذي يجب أن تسلكه أو الوجهة النهائية للرسالة.

3- التوقيت

يشير مصطلح التوقيت إلى خاصيتين هما متى يجب إرسال البيانات ومدى سرعة إرسالها.

خصائص عناصر البروتوكول

• البروتوكولات هي جانب أساسي من جوانب الاتصال الرقمي لأنها تملي كيفية تنسيق ونقل واستقبال البيانات.

• إنّها مجموعة من القواعد التي تحدد كيفية نقل البيانات عبر الشبكة.

• يمكن تعريفه أيضاً على أنّه معيار اتصال يتبعه الطرفان الرئيسيان أي المرسل والمستقبل في شبكة الكمبيوتر للتواصل مع بعضهما البعض.

• يحدد نوع البيانات التي يمكن إرسالها والأوامر المستخدمة لإرسال واستقبال البيانات وكيف يتم تأكيد عمليات نقل البيانات.

مبدأ عمل عناصر البروتوكول

بعبارات بسيطة يشبه البروتوكول اللغة، وكل لغة لها قواعدها ومفرداتها والبروتوكولات لها القواعد والمواصفات والتطبيقات الخاصة بها، حيث إذا كان هناك شخصان يتشاركان نفس اللغة فيمكنهما التواصل بسهولة وفعالية، وبالمثل يمكن لمضيفين ينفذان نفس البروتوكول الاتصال والتواصل بسهولة مع بعضهما البعض، ومن ثم توفر البروتوكولات لغة مشتركة لأجهزة الشبكة المشاركة في اتصالات البيانات.

تم تطوير البروتوكولات من قبل المنظمات على مستوى الصناعة وكان جزء وكالة مشروع البحث المتقدم “ARPA” من برنامج الدفاع الأمريكي هو أول منظمة تقدم مفهوم بروتوكول معياري، كما يمكن تضمين دعم بروتوكولات الشبكة في البرامج أو الأجهزة أو كليهما، حيث يعتمد جميع مستخدمي الشبكة النهائيين على بروتوكولات الشبكة للاتصال.

تستخدم البروتوكولات نموذجاً محدداً لتنفيذها مثل نموذج واجهة النظام المفتوحة “OSI” ونموذج بروتوكول التحكم في الإرسال أو بروتوكول الإنترنت “TCP / IP” وما إلى ذلك، حيث هناك طبقات مختلفة على سبيل المثال طبقة البيانات والشبكة والنقل وطبقة التطبيق في هذه النماذج، حيث يتم تنفيذ هذه البروتوكولات.

بدمج كل ذلك يمكن اعتبار أنّ البروتوكول هو اتفاق بين المرسل والمتلقي والذي ينص على كيفية إنشاء الاتصال وكيفية صيانته وإصداره وكما إنّه الاتصال بين الكيانات في أنظمة مختلفة، حيث يمكن أن تكون الكيانات برنامج تطبيق مستخدم وحزمة نقل الملفات ونظام إدارة قواعد البيانات وما إلى ذلك، وكما يمكن أن تكون الأنظمة جهاز كمبيوتر بعيداً أو جهاز استشعار.

• “ARPA” هي اختصار لـ “Advanced-Research-Projects-Agency”.

• “TCP / IP” هي اختصار لـ “Transmission-Control-Protocol/Internet-Protocol”.

• “OSI” هي اختصار لـ “Open-Systems-Interconnection”.

مستويات البروتوكول

أولاً: مستوى الأجهزة

في هذا المستوى يمكّن البروتوكول الأجهزة من الاتصال والتواصل مع بعضها البعض لأغراض مختلفة.

ثانياً: مستوى البرنامج

في مستوى البرنامج يمكّن البروتوكول البرامج المختلفة من الاتصال والتواصل مع بعضها البعض للعمل بشكل تعاوني.

ثالثاً: مستوى التطبيق

في هذا المستوى يمكّن البروتوكول البرامج التطبيقية من الاتصال والتواصل مع بعضها البعض لأغراض متنوعة.

أنواع البروتوكولات

أولاً: البروتوكولات القياسية

البروتوكول القياسي: هو بروتوكول إلزامي لجميع الأجهزة، حيث يدعم أجهزة متعددة ويعمل كمعيار والبروتوكولات القياسية ليست خاصة بالبائع أي أنّها ليست خاصة بشركة أو مؤسسة معينة، حيث تم تطويرها من قبل مجموعة من الخبراء من مختلف المنظمات.

خصائص البروتوكولات القياسية

• هذه البروتوكولات متاحة للجمهور ولا نحتاج إلى دفع ثمنها.

• بعض أمثلة البروتوكولات القياسية هي “FTP” و”DNS” و”DHCP” و”SMTP” و”TELNET” و”TFTP” وما إلى ذلك.

ملاحظة:“FTP” هي اختصار لـ “File-Transfer-Protocol” و”DNS” هي اختصار لـ “Domain-Name-System”.

ملاحظة:“DHCP” هي اختصار لـ “Dynamic-Host-Configuration-Protocol” و”TFTP” هي اختصار لـ “Trivial-File-Transfer-Protocol”.

ملاحظة:“SMTP” هي اختصار لـ “Simple-Mail-Transfer-Protocol” و”TELNET” هي اختصار لـ “Teletype-Network-Protocol”.

ثانياً: بروتوكولات الاحتكارية

• تم تطوير البروتوكولات الاحتكارية من قبل مؤسسة فردية لأجهزتها المحددة، حيث يتعين الحصول على إذن من المنظمة إذا تم استخدام بروتوكولاتها.

• إنّه ليس بروتوكولاً قياسياً ولا يدعم سوى أجهزة محددة، حيث قد يضطر المستخدم لدفع ثمن هذه البروتوكولات.

• بعض أمثلة البروتوكولات الاحتكارية هي “IMessage” و”Apple Talk” وما إلى ذلك.

وظائف عناصر البروتوكولات

1-  تسلسل البيانات

يشير بشكل أساسي إلى بيانات الغوص في حزم أي أنّه يقسم البيانات بأكملها إلى بعض الحزم.

2- تدفق البيانات

يتعامل بشكل أساسي مع إرسال البيانات إلى الوجهة الصحيحة أي أنّ تدفق البيانات صحيح أم لا.

3- توجيه البيانات

يشير إلى تحديد أفضل مسار لنقل البيانات بين المرسل والمستقبل لأنّه يمكن أن يكون هناك العديد من المسارات من المرسل إلى المستقبل ويجب عليك تحديد أفضل مسار ممكن.

4- التغليف

يشير إلى عملية أخذ بروتوكول واحد ونقله إلى بروتوكول آخر.

5- التقسيم وإعادة التجميع

• يتعامل مع تجزئة رسالة البيانات أي الغوص في البيانات في الحزم عندما تتدفق البيانات من طبقة البروتوكول العليا إلى الأسفل.

• إعادة التجميع هي عكس التجزئة أي يتم تذكر جميع الحزم المقسمة بالترتيب الصحيح عند جانب المتلقي.

6- التحكم في الاتصال

يضمن نقل البيانات الموجه نحو الاتصال لعناصر البيانات الطويلة.

7- تعدد الإرسال

• يسمح بدمج إشارات وحدة الإرسال المتعددة أو قنوات بروتوكولات المستوى الأعلى في وحدة إرسال واحدة لبروتوكول منخفض المستوى.

• يمكن أن يكون تعدد الإرسال صعوداً أو هبوطاً.

8- التسليم المطلوب

• يسهل البروتوكول التسليم المطلوب للبيانات من خلال توفير رقم تسلسل فريد لكل حزمة بيانات.

• إنّ وظيفة المرسل هي الحفاظ على التسليم المطلوب.

• من خلال القيام بذلك سيتلقى المستلم البيانات بنفس الترتيب الذي أرسله المرسل.

9- خدمات الإرسال

تتعامل بشكل أساسي مع الأولوية وجودة الخدمة “QoS” وأمن حزم البيانات.

• “QoS” هي اختصار لـ “Quality of service”.

10- العنونة

تتعامل بشكل أساسي مع مستويات العنونة ونطاق العنونة ومعرفات الاتصال وأنماط العنونة.

11- التحكم في التدفق

• يسهل الحد من تدفق البيانات.

• إنّها وظيفة نهاية المستقبل للحفاظ على التحكم في تدفق البيانات.

12- التحكم في الخطأ

• يتعامل مع الكشف عن الخطأ باستخدام بتات المجموع الاختباري والتحكم فيه.

• إذا تم الكشف عن أي خطأ أثناء نقل البيانات يتم إرسال طلب لإعادة إرسال البيانات إلى المرسل من قبل المتلقي ويتم تجاهل حزمة البيانات الفاسدة.