TCP/IP چیست؟ مزایا، مفهوم و کاربرد آن در شبکه

TCP/IP مخفف دو پروتکل مهم یعنی Transmission Control Protocol (پروتکل کنترل انتقال) و Internet Protocol (پروتکل اینترنت) است. این مجموعه پروتکل‌ها، استانداردها و قوانین ارتباطی هستند که انتقال داده‌ها در اینترنت و شبکه‌های کامپیوتری را امکان‌پذیر می‌کنند.

IP (Internet Protocol)، که مخفف پروتکل اینترنت است، یک پروتکل شبکه‌ای است که نحوه انتقال و مسیریابی بسته‌های داده (Data Packets) در شبکه‌ها، به‌ویژه اینترنت، را تعیین می‌کند. TCP و IP دو جزء اصلی از مجموعه پروتکل‌های ارتباطی هستند که برای برقراری ارتباط بین دستگاه‌های متصل به شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

عملکرد TCP/IP:

TCP/IP مانند یک پل عمل می‌کند که به دستگاه‌های شبکه اجازه می‌دهد داده‌ها را به‌صورت امن و سازمان‌یافته منتقل کنند. TCP مسئول تضمین انتقال داده‌ها به‌صورت مطمئن و بدون خطا است. این پروتکل با تقسیم داده‌ها به بسته‌های کوچک‌تر و ارسال آن‌ها به مقصد، سپس بازسازی این بسته‌ها در مقصد، کار می‌کند. IP به‌عنوان بخشی از این فرایند، نقش مسیریابی و شناسایی آدرس مقصد را بر عهده دارد.

TCP/IP مشخص می‌کند که داده‌ها چگونه در شبکه تبادل می‌شوند. این پروتکل با ایجاد ارتباطات سراسری و مدیریت داده‌ها از زمان ارسال تا دریافت آن‌ها در مقصد، به عملکرد درست شبکه کمک می‌کند. طراحی TCP/IP به گونه‌ای است که شبکه‌ها را پایدار نگه می‌دارد و می‌تواند از خطاهای احتمالی به سرعت بازیابی کند. این پروتکل به مدیریت مرکزی کمی نیاز دارد و اغلب خودکار عمل می‌کند.

تفاوت TCP و IP:

این دو پروتکل با اهمیت کارکرد‌های ویژه و تفاوت‌های بی‌شماری با یک‌دیگر دارند که عبارت‌اند از:

TCP (Transmission Control Protocol)

• انتقال مطمئن و منظم بسته‌های داده در شبکه.
• استفاده از IP برای انتقال بسته‌ها و ارتباط دستگاه‌ها، برنامه‌ها، صفحات وب و سرورهای وب.
• مدیریت جریان داده و اطمینان از ارسال دقیق داده‌ها در اولین تلاش.
• تعریف نحوه ایجاد کانال‌های ارتباطی توسط برنامه‌ها در شبکه.
• تقسیم داده‌ها به بسته‌های کوچک‌تر و تجمیع صحیح آن‌ها در آدرس IP مقصد.
• قابلیت کارکرد در لایه چهارم یا همان لایه انتقال در مدل OSI
• پروتکلی اتصال‌محور با قابلیت برقراری ارتباط میان گیرنده و فرستنده قبل از انتقال مطمئن داده‌ها.
• کنترل اندازه و جریان داده‌ها به منظور جلوگیری از ازدحام شبکه.
• دشواری انتقال داده‌ها در صورت نبود TCP به‌دلیل نیاز به درخواست‌های متعدد IP برای هر بسته (تنها یک درخواست برای ارسال داده کافی است).
• انجام تست‌های اطمینان از صحت ارسال داده‌ها (تشخیص مشکلات احتمالی در IP و درخواست ارسال مجدد بسته‌های داده).

IP (Internet Protocol)

• پروتکلی برای سهولت ارسال و دریافت داده‌ها.
• ارسال بسته‌های داده که حاوی اطلاعاتی برای مسیریابی صحیح هستند (شامل منبع و مقصد).
• قابلیت مسیریابی و هدایت داده‌ها (هر Gateway با بررسی آدرس‌های IP، مسیر ارسال بسته‌ها را مشخص می‌کند).
• محدودیت میزان داده ۲۰ تا ۲۴ بایتی (داده‌های بزرگ باید به بسته‌های کوچک‌تر تقسیم شوند).
• سهولت انتقال داده‌ها میان دستگاه‌های شبکه.
• عملکرد در لایه سوم یا همان لایه انتقال در مدل OSI.
• برخلاف TCP، قابلیت تشخیص و حل مشکلات را ندارد.
• مسیریابی و شناسایی آدرس مقصد برای بسته‌های داده.
• استفاده از آدرس‌های IP برای هدایت بسته‌ها به مقصد نهایی.
• مدیریت انتقال داده‌ها در طول شبکه و ارتباط بین دستگاه‌های مختلف.

پروتکل‌های رایج استفاده شده در TCP/IP

• HTTP (Hypertext Transfer Protocol): نقش برقراری ارتباط بین سرور وب و مرورگر وب را بر عهده دارد.
• HTTPS (HTTP Secure): همانند پروتکل HTTP است اما با امنیت بیشتر.
• FTP (File Transfer Protocol): وظیفه کنترل انتقال فایل‌ها و داده‌ها بین کامپیوترها را دارد.
• DNS (Domain Name System): وظیفه تبدیل اسامی دامنه به آدرس‌های IP را بر عهده دارد.
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): نقش انتقال ایمیل بین سرورها را ایفا می‌کند.
• UDP (User Datagram Protocol): پروتکلی که با وجود عدم تشخیص یا حل مشکلات در انتقال داده‌ها، سرعت بسیار بالایی دارد. به همین دلیل، در بازی‌های آنلاین یا پخش آنلاین ویدیو از آن استفاده می‌شود.

نحوه کار TCP/IP

این پروتکل از مدل ارتباطی کلاینت-سرور (Client-Server) استفاده می‌کند. در این مدل، کلاینت (مانند کامپیوتر شما) درخواست دریافت سرویس یا خدماتی مانند بارگذاری یک وبسایت را از سرور از طریق شبکه انجام می‌دهد.

TCP/IP از نوع Stateless است، به این معنا که هر درخواست کاربر به‌عنوان یک درخواست جدید در نظر گرفته می‌شود و ارتباطات قبلی لحاظ نمی‌شوند. این ویژگی باعث کاهش بار ترافیک شبکه شده و انتقال داده را سریع‌تر و ساده‌تر می‌کند.

اگرچه لایه انتقال TCP/IP در کلاینت و سرور Stateful (بر اساس وضعیت‌های قبلی ارتباطات عمل می‌کند) است، اما این پروتکل پیام‌ها را تا زمانی‌که تمام بخش‌های یک داده دریافت و در مقصد مرتب نشوند، مدیریت و ارتباط را حفظ می‌کند.

مدل هفت لایه‌ای OSI نحوه ارتباطات در سرور را تعریف می‌کند و تا حدودی با TCP/IP متفاوت است.

دلیل اهمیت تی سی پی آی پی

این پروتکل عمومی است و به شرکت خاصی وابسته نیست، به همین دلیل مدیریت و تغییر آن آسان است. TCP/IP با هر سیستم عاملی سازگار است و می‌تواند با سیستم‌های دیگر ارتباط برقرار کند و با شبکه‌ها همگام شود. این پروتکل بسیار انعطاف‌پذیر است و قابلیت انتخاب بهترین مسیر برای انتقال داده در شبکه را دارد.

4 لایه مدل تی سی پی آی پی

این پروتکل بر اساس کاربرد به چهار لایه تقسیم شده است که هر کدام شامل پروتکل‌های خاص خود هستند:

1. لایه کاربرد (Application Layer): بالاترین لایه که به‌طور مستقیم با نرم‌افزارها و برنامه‌های مختلف (مانند مرورگرها) تعامل دارد و انتقال داده‌ها بین برنامه‌ها را تسهیل می‌کند. این لایه شامل پروتکل‌هایی مانند HTTP, FTP, POP3, SMTP, DNS و SNMP است.
2. لایه انتقال (Transport Layer): این لایه به‌عنوان کنترل‌کننده ترافیک شبکه عمل می‌کند و از انتقال امن داده‌ها بین دستگاه‌ها اطمینان حاصل می‌کند. پروتکل‌هایی مانند TCP و UDP در این لایه فعالیت دارند. UDP برخلاف TCP به ترتیب و صحت دریافت داده‌ها توجه ندارد ولی سرعت بیشتری دارد.
3. لایه اینترنت (Internet Layer): که به لایه شبکه (Network Layer) نیز معروف است، نقش سیستم انتقال داده در اینترنت را ایفا می‌کند. این لایه داده‌ها را به بخش‌های کوچک‌تری به نام پاکت‌ها (Packets) تقسیم کرده و آن‌ها را به شبکه‌های مختلف منتقل می‌کند. در این لایه دو پروتکل اصلی استفاده می‌شود: IP و ICMP. پروتکل IP (Internet Protocol) وظیفه ارسال داده‌ها را برعهده دارد، د‌حالی‌که پروتکل ICMP (Internet Control Message Protocol) برای ارسال پیام‌های خطا و گزارش مشکلاتی که در طول انتقال داده رخ می‌دهد، به کار می‌رود.
4. لایه پیوند شبکه (Network Interface Layer): که به لایه رابط شبکه یا لایه پیوند داده (Data Link Layer) نیز معروف است، به‌عنوان پایه و اساس شبکه عمل می‌کند و مدیریت انتقال داده بین دستگاه‌های شبکه را بر عهده دارد. این لایه دارای پروتکل‌ها و قوانینی است که فقط بر روی یک لینک کار می‌کنند. از جمله پروتکل‌های این لایه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• اترنت (Ethernet): یک روش رایج برای اتصال سیمی دستگاه‌ها در LAN (Local Area Network) مانند خانه یا دفتر کار.
• ARP (Address Resolution Protocol): پروتکلی که آدرس IP دستگاه‌ها را به آدرس کارت شبکه (MAC Address) تطبیق می‌دهد.

کاربردهای TCP/IP

• ورود به سیستم (Login) و انتقال فایل (File Transfer): با استفاده از این پروتکل می‌توانید به‌راحتی فایل‌ها را منتقل کرده و ایمیل ارسال کنید.
• دسترسی از راه دور به فایل‌ها (Remote File Access): امکان دسترسی از راه دور به اطلاعات و فایل‌های ذخیره شده روی سرورها یا کامپیوترهای دیگر.
• ارسال داده (Data Transmission): این پروتکل داده‌ها را به پکت‌های کوچک‌تر تقسیم کرده و با آدرس‌دهی مشخص، آن‌ها را به مقصد مورد نظر ارسال می‌کند.
• ارتباطات ابری (Cloud Computing): TCP/IP موجب بهبود ارتباط بین سرویس‌های ابری مانند Google Drive و Netflix می‌شود.

مزایا و معایب TCP/IP

مزایا:

 

• ایجاد ارتباط میان انواع کامپیوترها و دستگاه‌ها.
• تطابق با انواع سیستم‌عامل‌ها (Operating Systems).
• مسیریابی کارآمد داده‌ها با کاهش ترافیک شبکه.
• معماری شبکه انعطاف‌پذیر با قابلیت مدیریت درخواست‌های بیشتر.
• پروتکل مستقل بدون نیاز به پشتیبانی خارجی.
• عملکرد سبک و بهینه‌سازی مصرف انرژی.

معایب:

• راه‌اندازی پیچیده و مدیریت دشوار.
• عدم تضمین انتقال کامل داده‌ها (Packet Loss).
• تفکیک پیچیده سرویس‌ها و پروتکل‌ها به‌دلیل ساختار غیرشفاف.
• آسیب‌پذیری در برابر حملات IP Spoofing و سایر حملات مشابه.

تفاوت مدل OSI با مدل TCP/IP: TCP/IP و OSI از رایج‌ترین پروتکل‌های شبکه ارتباطی هستند. تفاوت اصلی این دو مدل در این است که OSI یک مدل مفهومی است که به‌طور عملی برای ارتباطات استفاده نمی‌شود، بلکه برای درک بهتر عملکرد سیستم‌های محاسباتی و ارتباطی طراحی شده و به هفت لایه تقسیم می‌شود. در این مدل، OSI تعیین می‌کند که برنامه‌ها چگونه می‌توانند از طریق شبکه با یک‌دیگر ارتباط برقرار کنند. در مقابل، TCP/IP یک پیاده‌سازی عملی است که به‌طور گسترده برای ایجاد ارتباط و تعاملات شبکه‌ای مورد استفاده قرار‌می‌گیرد.

این مقاله با ارائه توضیحات دقیق‌تر از مفاهیم مرتبط با TCP/IP و OSI، به درک بهتر ساختار و عملکرد این پروتکل‌ها کمک می‌کند. مدل‌های TCP/IP و OSI هر دو از ساختار لایه‌ای برای ارتباطات شبکه‌ای استفاده می‌کنند، اما در تعداد لایه‌ها و نحوه عملکرد آن‌ها تفاوت‌هایی وجود دارد. مدل TCP/IP شامل چهار لایه است، در‌حالی‌که مدل OSI از هفت لایه تشکیل شده است.

لایه‌های مدل OSI

• لایه 7: لایه کاربرد (Application Layer)
  این لایه به کاربر (نرم‌افزار یا انسان) اجازه می‌دهد تا با برنامه یا شبکه تعامل داشته باشد، مثلاً پیام‌ها را بخواند، فایل‌ها را منتقل کند یا از سرویس‌های شبکه‌ای استفاده کند.
• لایه 6: لایه ارائه (Presentation Layer)
  داده‌ها را برای لایه کاربرد بر اساس معانی یا نحوه نمایش قابل قبول توسط برنامه، ترجمه یا فرمت می‌کند.
• لایه 5: لایه نشست (Session Layer)
  ارتباط بین برنامه‌ها را ایجاد، هماهنگ و خاتمه می‌دهد.
• لایه 4: لایه انتقال (Transport Layer)
  داده‌ها را در سراسر شبکه منتقل می‌کند و شامل کنترل جریان داده و بررسی خطاها است.
• لایه 3: لایه شبکه (Network Layer)
  داده‌ها را از طریق شبکه‌های مختلف منتقل می‌کند.
• لایه 2: لایه پیوند داده (Data Link Layer)
  مشکلات ناشی از خطاهای انتقال بیت‌ها را مدیریت می‌کند.
• لایه 1: لایه فیزیکی (Physical Layer)
  داده‌ها را از طریق رابط‌های الکتریکی، مکانیکی و فیزیکی منتقل می‌کند.

مقایسه TCP/IP و OSI

لایه کاربرد (Application Layer) بالاترین لایه در هر دو مدل TCP/IP و OSI است. اگرچه این لایه‌ها وظایف مشابهی انجام می‌دهند، اما بسته به‌نوع داده‌ای که پردازش می‌شود، تفاوت‌هایی در عملکرد آن‌ها وجود دارد.
هر دو مدل از لایه شبکه (Network Layer) و لایه انتقال (Transport Layer) برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کنند و هدف اصلی هر دو انتقال بسته‌های داده به مقصد نهایی است. اگرچه روش‌ها و مسیرهای مورد استفاده متفاوت است، اما نتیجه نهایی یکسان است.

شباهت‌های TCP/IP و OSI

• هر دو مدل استانداردها و قوانینی برای ارتباطات شبکه‌ای تعریف می‌کنند.
• فرایند ارتباطات را به لایه‌هایی با وظایف مشخص تقسیم می‌کنند.
• چارچوب‌هایی برای ایجاد و اجرای استانداردهای شبکه و دستگاه‌های شبکه‌ای ارائه می‌دهند.
• به تولیدکنندگان اجازه می‌دهند تا دستگاه‌هایی بسازند که با دستگاه‌های دیگر تولیدکنندگان هماهنگ و سازگار باشند.

تفاوت‌های TCP/IP و OSI:

• TCP/IP از تنها یک لایه، یعنی لایه کاربرد (Application Layer)، برای تعریف ویژگی‌های لایه‌های بالایی استفاده می‌کند، در‌حالی‌که مدل OSI از سه لایه (لایه‌های کاربرد، ارائه و نشست) بهره می‌برد.
• TCP/IP از یک لایه، یعنی لایه فیزیکی (Physical Layer)، برای تعریف ویژگی‌های لایه‌های پایینی استفاده می‌کند، اما OSI دو لایه (لایه‌های فیزیکی و پیوند داده) را شامل می‌شود.
• اندازه هدر (Header Size) در TCP/IP برابر 20 بایت است، در‌حالی‌که در مدل OSI این اندازه 5 بایت است. هدر بخشی از بسته داده است که اطلاعات مهمی مانند آدرس مقصد را در خود دارد.
• TCP/IP بر اساس پروتکل‌ها (قوانین) ساخته شده است، به این معنی که ابتدا قوانین ارتباطی تعریف شده و سپس مدل ایجاد شده است. اما در مدل OSI ابتدا مدل طراحی شده و سپس پروتکل‌ها برای هر لایه تعریف شده‌اند.