TCP/IP چیست و چطور کار می‌کند؟

TCP/IP مجموعه‌ای از قوانین برای انتقال داده‌ها بین دستگاه‌ها در شبکه است. این قوانین زمانی اهمیت پیدا می‌کنند که بخواهیم اطلاعات را در فضای آنلاین منتقل کنیم. در ادامه این نوشته بیشتر شرح می‌دهیم که TCP/IP چیست و به این مسئله می‌پردازیم که TCP/IP چطور کار می‌کند.

در ارسال نامه اگر بخواهیم از خدمات پستی استفاده کنیم، مطابق با قوانین باید نام و آدرس را روی پاکت نامه بنویسیم. باید تعداد معینی تمبر استفاده کنیم و نامه را داخل صندوق پستی بیاندازیم. همچنین، قوانین بیشتری هم وجود داشت که نحوه تعامل کارمندان پستی با نامه ما را تعیین می‌کرد. اینترنت تمبر نیاز ندارد، اما قوانین خودش را دارد. مدل TCP/IP مجموعه‌ای جامع از پروتکل‌ها است که نحوه عملکرد اینترنت را همان‌طور که امروزه می‌شناسیم تعریف می‌کند.

TCP/IP چیست و مخفف چه عبارتی است؟

TCP/IP مجموعه‌ای از پروتکل‌های شبکه است که الزامات انتقال داده‌ها به شکل ایمن و کارآمد را در اینترنت تعریف می‌کند. TCP مخفف عبارت «Transmission Control Protocol» به معنای «پروتکل کنترل انتقال» است که مسئولیت تحویل داده‌ها از یک دستگاه به دستگاه دیگر را بر عهده دارد. IP مخفف Internet Protocol بوده که وظیفه‌اش یافتن آدرس IP مقصد است.

TCP/IP چگونه کار می‌کند؟

TCP/IP بر اساس مدل ارتباطی کلاینت-سرور عمل می‌کند، جایی که دستگاه کلاینت خدمات را از دستگاه سرور دریافت می‌کند. وظیفه اصلی TCP/IP، انتقال دقیق پیام‌ها بین دستگاه‌ها در شبکه است.

برای دستیابی به حداکثر دقت، پیام‌ها به بسته‌های داده (قطعات کوچک اطلاعاتی با سرصفحه‌هایی برای هدایت آن‌ها از طریق شبکه) تقسیم می‌شوند. اگر هر یک از بسته‌ها در مسیر دچار مشکل شوند، نیازی به ارسال مجدد کل پیام نیست — سیستم فقط بسته مورد نیاز را دوباره ارسال می‌کند.

مدل TCP/IP مسئول انتقال داده‌ها بین ۲ دستگاه است. چرا فقط ۲ دستگاه؟ برخلاف رادیو، ارسال داده‌ها در اینترنت فقط به‌صورت پخش کردن (Broadcast) به همه شنونده‌ها نیست. حتی زمانی که صدها کامپیوتر به‌طور همزمان در حال به اشتراک‌گذاری داده‌ها هستند، تنها ۲ دستگاه در هر مبادله داده شرکت می‌کنند.

معرفی ۴ لایه اصلی TCP/IP

پروتکل‌های TCP/IP روی ۴ لایه عمل می‌کنند. این سیستم چهار لایه‌ای، نحوه‌ای است که از طریق آن مدل TCP/IP اطمینان حاصل می‌کند دستگاه‌ها و برنامه‌های مختلف می‌توانند به‌راحتی با یکدیگر «ارتباط» برقرار کرده و داده‌ها را به‌صورت کارآمد منتقل کنند. این ۴ لایه عبارتند از:

• لایه کاربرد (اپلیکیشن)
• لایه انتقال (ترانسپورت)
• لایه اینترنت
• لایه پیوند داده (دیتالینک)

لایه اپلیکیشن در TCP/IP چیست؟

«لایه کاربرد» (Application Layer) در بالاترین لایه قرار دارد و حاوی پروتکل‌های این لایه است. این لایه برای کاربران قابل درک‌تر است، چرا که این پروتکل‌ها در برنامه‌های کاربردی کاربران تعبیه شده‌اند (و از همین رو این نام را گرفته است). برای مثال، برنامه‌های ایمیل از پروتکل SMTP یا همان «Simple Mail Transfer Protocol» استفاده می‌کنند. مرورگرها از HTTP یا «Hypertext Transfer Protocol» بهره می‌برند و به همین ترتیب سایر برنامه‌های دیگر نیز از پروتکل‌های دیگر این لایه استفاده می‌کنند. سایر پروتکل‌های رایج در لایه کاربردی عبارتند از:

• Dynamic Host Configuration Protocol | DHCP (پروتکل پویای پیکربندی میزبان)
• File Transfer Protocol | FTP (پروتکل انتقال فایل)
• Simple Network Management Protocol | SNMP (پروتکل ساده مدیریت شبکه)

لایه انتقال در TCP/IP چیست؟

همان‌طور که از نامش پیداست، لایه انتقال، مسئولیت انتقال داده‌ها را برعهده دارد. این لایه شامل پروتکل TCP و همچنین UDP (پروتکل داده‌نگاری کاربر |‌ User Datagram Protocol ) می‌شود. UDP ساده‌تر از TCP است و معمولاً توسط برنامه‌های بلادرنگ (Real-Time) استفاده می‌شود که نیازی به امنیت بالا ندارند.

TCP ارتباط بین ۲ شبکه را برقرار می‌کند و برای کارایی بیشتر، داده‌ها را به قطعات کوچک‌تری (به نام بسته‌ها یا پکت‌ها) تقسیم می‌کند. TCP همچنین قواعد بازسازی را به هر بسته اضافه می‌کند تا پس از اتمام انتقال، داده‌ها به ترتیب صحیح دوباره در کنار هم قرار گیرند.

لایه اینترنت در TCP/IP

پروتکل‌های لایه اینترنت شامل IP و همچنین ARP (پروتکل تفسیر آدرس)، IGMP (پروتکل مدیریت گروهی اینترنت) و ICMP (پروتکل پیام کنترلی اینترنت) می‌شوند. لایه اینترنت، مسئول مدیریت و جابه‌جایی بسته‌های داده بین شبکه‌ها است.

لایه پیوند داده Data Link در TCP/IP

لایه پیوند داده، پایین‌ترین لایه در انتقال داده است و می‌توان آن را لایه رابط شبکه نیز نامید. وظیفه این لایه این است که اطمینان حاصل کند داده‌ها نه تنها به آدرس IP (روتر) مقصد می‌رسند، بلکه به دستگاه مورد نظر در آن شبکه (مثلا گوشی شما که به آن روتر متصل است) نیز ارسال می‌شوند. این کار شامل شناسایی آدرس MAC دستگاه مقصد و مدیریت انتقال داده از طریق کابل‌های اترنت و وای‌فای است.

ارتباط TCP و آدرس‌های IP

انواع مختلفی از آدرس IP وجود دارد. یک آدرس IP می‌تواند عمومی یا خصوصی، و همچنین استاتیک یا پویا باشد. اما آیا TCP/IP با تمامی انواع آدرس IP کار می‌کند؟ بله. هر پروتکل اینترنتی که دستگاه شما استفاده کند، باز هم در فرایند انتقال داده TCP/IP عمل خواهد کرد.

بهترین و ساده‌ترین راه برای پیدا کردن آدرس TCP/IP شما، گوگل کردن عبارت «What’s my IP address» است. اما اگر قصد دارید آدرس IP دستگاه خاصی را در شبکه خود پیدا کنید، این روش جواب نمی‌دهد. برای پیدا کردن آدرس IP دستگاهی مانند یک پرینتر شبکه، سعی کنید به تنظیمات شبکه رفته و آدرس IPv4 را پیدا کنید. متاسفانه دستورالعمل‌های یکسانی برای همه سیستم‌عامل‌ها وجود ندارد، چرا که هر سیستم‌عامل طراحی خاص خودش را دارد.

تفاوت IP با TCP/IP چیست؟

اگرچه TCP/IP و IP هر دو نقش مهمی در ارتباطات داده از طریق اینترنت ایفا می‌کنند، اما با یکدیگر متفاوت هستند. TCP/IP یک استک (مجموعه‌ای از پروتکل‌ها برای هدف خاصی) است، در حالی که IP پروتکل سطح پایین منفرد محسوب می‌شود. در واقع، TCP/IP از IP برای انتقال بسته‌های داده استفاده می‌کند – اما علاوه بر آن، دستگاه‌ها و سرورها را نیز به هم متصل می‌کند.

IP به‌تنهایی محدود به بسته‌های داده با طول ۲۰ تا ۲۴ بایت است – قطعات بزرگ‌تر باید در چندین بسته ارسال شده و در مقصد دوباره بازسازی شوند. این روش همیشه کارآمد نیست، زیرا برای هر بسته نیاز به یک درخواست داده جداگانه وجود دارد. در مقابل، TCP/IP تمام داده‌ها را یک‌جا ارسال می‌کند و هم قبل و هم بعد از تحویل، بررسی‌هایی را برای اطمینان از یکپارچگی داده‌ها انجام می‌دهد. TCP/IP همچنین برای مسیریابی داده‌ها، ازدحام شبکه را کنترل می‌کند.

تفاوت مدل OSI با TCP/IP چیست؟

تفاوت بین TCP/IP و مدل OSI، تفاوت بین عمل و تئوری است – TCP/IP مجموعه پروتکل به‌صورت عملی است، در حالی که OSI مدل مفهومی مستقل از پروتکل محسوب می‌شود. به عبارت دیگر، TCP/IP از پروتکل‌های استاندارد برای رفع چالش‌های ارتباطی روزمره استفاده می‌کند، در حالی که OSI چارچوب فراگیری برای روش‌های ارتباطی مختلف ارائه می‌دهد.

هر ۲ مدل TCP/IP و OSI از لایه‌ها برای دسته‌بندی عملیات استفاده می‌کنند، با هم‌پوشانی قابل توجهی در کارکردها – برای مثال، لایه شبکه و لایه انتقال در هر ۲ مدل نقش یکسانی دارند. با این حال، در حالی که مدل TCP/IP تنها از ۴ لایه تشکیل شده است، مدل OSI هفت لایه دارد. همچنین اندازه هدرهای TCP/IP بیست بایت است، در حالی که هدرهای OSI فقط ۵ بایت هستند. اما TCP/IP و OSI شباهت‌های بیشتری نسبت به تفاوت‌هایشان دارند. هر ۲ مدل‌های منطقی هستند که از سیستم‌های لایه‌بندی شده برای تعریف نحوه انتقال بسته‌های داده از طریق شبکه‌ها استفاده می‌کنند.

مزایای مدل TCP/IP چیست؟

دلایل خوبی برای محبوبیت TCP/IP وجود دارد و TCP/IP مزایای بسیاری در حوزه ارتباطات و شبکه دارد که در ادامه به مهم‌ترین آن‌ها اشاره شده است.

• قابلیت کار با دستگاه‌ها و نرم‌افزارهای سازندگان مختلف را دارد: از آنجایی که TCP/IP مجموعه‌ای از پروتکل‌های استانداردسازی شده است، امکان ارتباط آسان بین ماشین‌های مختلف را فراهم می‌کند. مشخصات پروتکل‌های مدل TCP/IP به‌صورت عمومی در دسترس هستند، بنابراین پیاده‌سازی راهکارهای سازگار تا حد زیادی ساده است.
• به‌صورت جهانی پذیرفته شده است. TCP/IP محبوبیت دارد، زیرا مفید است – و در عین حال، مفید بودنش هم به دلیل محبوبیتش است. TCP/IP بنیان اینترنت را تشکیل می‌دهد و گستردگی جهانی آن، امکان ارتباط دستگاه‌ها در هر نقطه از جهان را فراهم می‌آورد.
• قابلیت مقیاس‌پذیری بالایی دارد. توانایی اضافه کردن راحت سرویس‌ها و دستگاه‌های جدید به زیرساخت‌های موجود، کلید گسترش شبکه‌ها – از جمله بزرگ‌ترین آن، یعنی اینترنت – است.
• انعطاف‌پذیر است. مدل TCP/IP به نوع خاصی از شبکه فیزیکی وابسته نیست، در واقع می‌تواند به‌راحتی با انواع مختلف فناوری‌های شبکه (مانند اترنت و وای‌فای) تطبیق داده شود.

کاستی‌های مدل TCP/IP چیست؟

با وجود محبوبیت، مدل TCP/IP به هیچ وجه بی‌نقص نیست. اینجا برخی از معایب آن را شمرده‌ایم که باید از آن‌ها آگاه باشید:

• «پیکربندی پیچیده‌ای دارد.» مدل TCP/IP انعطاف‌پذیر و مقیاس‌پذیر است، به شرط اینکه بدانید چکار می‌کنید. معماری لایه‌بندی شده می‌تواند رفع اشکالات را دشوار سازد.
• «در مقایسه با بسیاری از مدل‌های دیگر، پهنای باند بیشتری مصرف می‌کند.» TCP/IP هدرها و تأییدیه‌های اضافی را به هر بسته داده اضافه می‌کند تا ارتباطات پایدار را تضمین کند، منتظر تأیید دریافت می‌ماند و بسته‌های گم شده یا خراب را دوباره ارسال می‌کند. اگرچه این اقدامات TCP/IP را قابل اعتماد می‌کند، اما باعث افزایش تاخیر و مصرف پهنای باند بیشتر می‌شوند.
• «برای شبکه‌های کوچک بهینه‌سازی نشده است.» TCP/IP در ابتدا برای شبکه‌های گسترده (WAN) طراحی شده بود. در نتیجه برای شبکه‌های محلی (LAN) و شبکه‌های شخصی (PAN) مناسب نیست.
• «رو به جلو نیست.» TCP/IP مدل قدرتمندی به حساب می‌آید، اما در برابر تغییر مقاوم است. از آنجایی که مفاهیم سرویس‌ها، رابط‌ها و پروتکل‌ها را به وضوح جدا نمی‌کند، TCP/IP در توصیف فناوری‌های جدید در شبکه‌های جدید با مشکل مواجه می‌شود.

جمع‌بندی

مجموعه پروتکل‌های TCP/IP سیستم چندلایه‌ای است که اساس کارکرد اینترنت و ارتباطات شبکه را تشکیل می‌دهد. با تقسیم داده‌ها به بسته‌های کوچک و استفاده از پروتکل‌های مختلف برای تضمین انتقال موثر و امن، TCP/IP به دستگاه‌ها امکان می‌دهد به طور دقیق و کارآمد با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این مدل، با وجود محدودیت‌هایی که دارد، به دلیل قابلیت انعطاف، مقیاس‌پذیری و پذیرش جهانی، همچنان به‌عنوان استاندارد طلایی در شبکه‌های کامپیوتری شناخته می‌شود و نقش بنیادینی در تکامل دیجیتالی جهان ایفا می‌کند.