הרכבת החלקים הפיזיים של רשת מחשבים בפני עצמה אינה מספיקה כדי לגרום לה לפעול; התקנים מחוברים דורשים גם שיטת תקשורת. שפות תקשורת אלו נקראות פרוטוקולי רשת.
מטרת פרוטוקולי רשת
ללא פרוטוקולים, למכשירים לא תהיה היכולת להבין את האותות האלקטרוניים שהם שולחים זה לזה דרך חיבורי רשת. פרוטוקולי רשת משרתים את הפונקציות הבסיסיות הבאות:
- כתובת נתונים לנמענים הנכונים.
- העברת נתונים פיזית ממקור ליעד, עם הגנת אבטחה במידת הצורך.
- קבל הודעות ושלח תגובות כראוי.
שקול השוואה בין פרוטוקולי רשת לאופן שבו שירות דואר מטפל בדואר נייר פיזי. בדיוק כפי ששירות הדואר מנהל מכתבים ממקורות ויעדים רבים, פרוטוקולי הרשת ממשיכים לזרום נתונים לאורך נתיבים רבים ברציפות.
עם זאת, בניגוד לדואר פיזי, פרוטוקולי רשת מספקים יכולות מתקדמות. אלה כוללים משלוח זרימה קבועה של הודעות ליעד אחד (נקרא סטרימינג) ויצירה אוטומטית של עותקים של הודעה למסירה למספר יעדים בו-זמנית (נקראת שידור).
סוגים נפוצים של פרוטוקולי רשת
לא קיים פרוטוקול אחד שתומך בכל התכונות שכל רשת מחשבים צריכה. ובכל זאת, כל אחד מהם משמש כמפתח שפותח מכשיר או שירות נתון ברשת. פרוטוקולי רשת שונים הומצאו במהלך השנים, כאשר כל אחד מהם מנסה לתמוך בסוגים מסוימים של תקשורת רשת.
שלושת המאפיינים הבסיסיים המבדילים סוג אחד של פרוטוקול לאחר הם:
- Simplex לעומת דופלקס: חיבור סימפלקס מאפשר רק מכשיר אחד לשדר ברשת. חיבורי רשת דופלקס מאפשרים למכשירים לשדר ולקבל נתונים על פני אותו קישור פיזי.
- מכוון חיבור או חסר חיבור: פרוטוקול רשת מונחה חיבור מחליף מידע כתובות (תהליך הנקרא לחיצת יד) בין שני מכשירים המאפשרים להם לנהל שיחה (נקראת מפגש). פרוטוקולים חסרי חיבור מספקים הודעות בודדות מנקודה אחת לאחרת ללא התחשבות בהודעות דומות שנשלחו לפני או אחרי (ובלי לדעת אם הודעות מתקבלות בהצלחה).
- Layer: פרוטוקולי רשת פועלים בדרך כלל יחד בקבוצות (הנקראים ערימות מכיוון שדיאגרמות לרוב מתארות פרוטוקולים כתיבות מוערמות זו על גבי זו).פרוטוקולים מסוימים פועלים בשכבות נמוכות יותר הקשורות באופן הדוק לאופן שבו סוגים שונים של כבלים אלחוטיים או רשת פועלים פיזית. אחרים עובדים בשכבות גבוהות יותר המקושרות לאופן שבו יישומי רשת עובדים, וחלקם עובדים בשכבות ביניים ביניהן.
משפחת פרוטוקול האינטרנט
פרוטוקולי הרשת הנפוצים בשימוש ציבורי שייכים למשפחת פרוטוקולי האינטרנט. IP הוא הפרוטוקול הבסיסי המאפשר לרשתות ביתיות ולרשתות מקומיות אחרות ברחבי האינטרנט לתקשר זו עם זו.
IP עובד היטב להעברת הודעות בודדות מרשת אחת לאחרת. זה לא תומך בקונספט של שיחה (חיבור שזרם של הודעות יכול לנוע באחד הכיוונים או לשני הכיוונים). פרוטוקול בקרת השידור (TCP) מרחיב את ה-IP עם יכולת השכבה הגבוהה הזו. מכיוון שחיבורים מנקודה לנקודה חיוניים באינטרנט, שני הפרוטוקולים מותאמים יחד וידועים כ-TCP/IP.
הן TCP והן IP פועלות בשכבות האמצעיות של ערימת פרוטוקולי רשת.יישומים פופולריים באינטרנט יישמו לפעמים את הפרוטוקולים שלהם על גבי TCP/IP. פרוטוקול העברת HyperText נמצא בשימוש על ידי דפדפני אינטרנט ושרתים ברחבי העולם. TCP/IP, בתורו, פועל על גבי טכנולוגיות רשת ברמה נמוכה יותר כמו Ethernet. פרוטוקולי רשת פופולריים אחרים במשפחת ה-IP כוללים ARP, ICMP ו-FTP.
איך פרוטוקולי רשת משתמשים במנות
האינטרנט ורוב רשתות הנתונים האחרות פועלות על ידי ארגון נתונים לחתיכות קטנות הנקראות מנות. כדי לשפר את ביצועי התקשורת והאמינות, כל הודעה גדולה הנשלחת בין שני התקני רשת מחולקת לרוב למנות קטנות יותר על ידי החומרה והתוכנה הבסיסית. רשתות מיתוג מנות אלו דורשות ארגון של מנות בדרכים ספציפיות בהתאם לפרוטוקולים בהם הרשת תומכת. גישה זו עובדת היטב עם הטכנולוגיה של רשתות מודרניות, שכן אלו מטפלות בנתונים בצורה של ביטים ובייטים (1 ו-0 דיגיטליים).
כל פרוטוקול רשת מגדיר כללים לאופן שבו יש לארגן את מנות הנתונים שלו.מכיוון שפרוטוקולים כמו אינטרנט פרוטוקול עובדים לעתים קרובות יחד בשכבות, חלק מהנתונים המוטמעים בתוך חבילה המעוצבת עבור פרוטוקול אחד יכולים להיות בפורמט של פרוטוקול קשור אחר (שיטה הנקראת אנקפסולציה).
פרוטוקולים בדרך כלל מחלקים כל חבילה לשלושה חלקים - כותרת עליונה, מטען וכותרת תחתונה. חלק מהפרוטוקולים, כמו IP, אינם משתמשים בכותרות תחתונות. כותרות עליונות ותחתונות של מנות מכילות את המידע ההקשרי הנדרש לתמיכה ברשת, כולל כתובות של התקני השליחה והקבלה. מטענים מכילים את הנתונים שיש להעביר.
כותרות עליונות או תחתונות כוללות לעתים קרובות נתונים מיוחדים כדי לשפר את המהימנות והביצועים של חיבורי רשת, כגון מונים שעוקבים אחר סדר שליחת ההודעות וסיכומי בדיקה שעוזרים ליישומי רשת לזהות פגמים או חבלה בנתונים.
איך התקני רשת משתמשים בפרוטוקולים
מערכות ההפעלה של התקני רשת כוללות תמיכה מובנית בכמה פרוטוקולי רשת ברמה נמוכה יותר.כל מערכות ההפעלה המודרניות למחשבים שולחניים תומכות ב-Ethernet וב-TCP/IP, למשל. סמארטפונים רבים תומכים בבלוטות' ובפרוטוקולים ממשפחת ה-Wi-Fi. פרוטוקולים אלה מתחברים לממשקי הרשת הפיזיים של מכשיר, כמו יציאות ה-Ethernet שלו ומכשירי רדיו Wi-Fi או Bluetooth.
יישומי רשת תומכים בפרוטוקולים ברמה גבוהה יותר שמדברים עם מערכת ההפעלה. דפדפן אינטרנט, למשל, מתרגם כתובות כמו https://lifewire.com/ למנות HTTP המכילות את הנתונים ששרת אינטרנט יכול לקבל ולשלוח בחזרה את הדף הנכון. המכשיר המקבל אחראי להרכבה מחדש של מנות בודדות להודעה המקורית על ידי הסרת הכותרות העליונות והתחתונות וצירוף מנות ברצף הנכון.
