TCP/IP در دهه ۱۹۷۰ توسط آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی آمریکا (DARPA) توسعه یافت. هدف اصلی آن ایجاد یک شبکه ارتباطی مقاوم بود که حتی در صورت از کار افتادن بخشی از شبکه، همچنان به کار خود ادامه دهد. این پروتکل به‌مرور زمان تکامل پیدا کرد، به صورتی که امروزه TCP/IP یکی از پایه‌های اصلی ارتباطات شبکه در دنیای اینترنت است. این پروتکل مجموعه‌ای از قوانین و استانداردهاست که نحوه انتقال داده‌ها بین دستگاه‌های مختلف در شبکه را تعیین میکند. در این مقاله، به بررسی چیستی TCP/IP، نحوه کارکرد آن، و اهمیت آن در شبکه‌های کامپیوتری می‌پردازیم.
TCP/IP چیست؟
TCP/IP مخفف Transmission Control Protocol/Internet Protocol است. این پروتکل مجموعه‌ای از قوانین است که نحوه انتقال داده‌ها بین دستگاه‌های مختلف در شبکه را مدیریت میکند. TCP/IP اساس اینترنت و اکثر شبکه‌های محلی (LAN) و گسترده (WAN) است.
این پروتکل شامل دو بخش اصلی است:
TCP (Transmission Control Protocol): مسئول اطمینان از انتقال صحیح داده‌ها بین دستگاه‌های مختلف است. TCP داده‌ها را به بسته‌های کوچک تقسیم کرده و از آنجایی که یک پروتکل اتصال‌گرا (Connection-oriented) است، پس از ارسال، با استفاده از تکنیک‌هایی مانند تأیید دریافت (ACK) و ارسال مجدد (Retransmission)، اطمینان حاصل میکند که بسته‌ها به درستی دریافت شده‌اند.
IP (Internet Protocol): مسئول آدرس‌دهی و مسیریابی بسته‌های داده در شبکه است. این بخش مشخص میکند که داده‌ها از کدام مبدا به کدام مقصد ارسال شوند. اما باید بدانیم که IP یک پروتکل اتصال‌گریز (Connectionless) است و تضمینی برای تحویل داده‌ها ارائه نمی‌دهد.
۳. معماری TCP/IP و لایه‌های آن
TCP/IP از چهار لایه اصلی تشکیل شده که هر کدام وظایف مشخصی دارند.
- لایه کاربردی (Application Layer): این لایه مسئول ارائه خدمات شبکه به برنامه‌های کاربردی است. پروتکل‌هایی مانند HTTP, FTP, SMTP و DNS در این لایه کار می‌کنند.
- لایه انتقال (Transport Layer): این لایه مسئول انتقال داده‌ها بین دستگاه‌هاست. پروتکل‌های TCP و UDP در این لایه قرار دارند.
- لایه اینترنت (Internet Layer): این لایه مسئول آدرس‌دهی و مسیریابی داده‌هاست. پروتکل IP در این لایه کار میکند.
- لایه شبکه (Network Access Layer): این لایه مسئول انتقال فیزیکی داده‌ها از طریق سخت‌افزار شبکه است و شامل پروتکل‌هایی مانند Ethernet و Wi-Fi می‌شود.
مراحل کار TCP/IP
۱. تقسیم داده‌ها به بسته‌های کوچکتر (Segmentation)
هنگامی که داده‌ها از یک برنامه کاربردی (مانند مرورگر وب یا ایمیل) ارسال می‌شوند، TCP/IP این داده‌ها را به بخش‌های کوچکتری به نام بسته (Packet) تقسیم میکند.
این کار به دو دلیل انجام می‌شود:
1.بهینه‌سازی انتقال: داده‌های بزرگ به‌راحتی قابل انتقال نیستند و ممکن است در شبکه باعث ایجاد ترافیک شوند.
2.قابلیت اطمینان: اگر یک بسته در طول انتقال از بین برود، فقط همان بسته باید دوباره ارسال شود، نه کل داده.
۲. افزودن هدر به هر بسته (Encapsulation)
هر بسته داده با اطلاعات اضافی به نام هدر (Header) همراه می‌شود. این هدر شامل اطلاعاتی مانند آدرس مبدأ، آدرس مقصد، شماره پورت، و اطلاعات کنترل خطا است.
هر لایه TCP/IP هدر مخصوص به خود را اضافه میکند:
- لایه کاربردی: داده‌ها را آماده میکند (مانند درخواست HTTP).
- لایه انتقال (TCP/UDP): شماره پورت و اطلاعات کنترل جریان را اضافه میکند.
- لایه اینترنت (IP): آدرس IP مبدأ و مقصد را اضافه میکند.
- لایه شبکه (Network Access): آدرس MAC مبدأ و مقصد را اضافه میکند.
۳. مسیریابی بسته‌ها (Routing)
پس از اضافه شدن هدرها، بسته‌ها به لایه اینترنت (IP) منتقل می‌شوند. در این لایه، مسیریاب‌ها (Routers) مسئول تعیین مسیر بهینه برای رسیدن بسته‌ها به مقصد هستند.
هر مسیریاب با استفاده از جداول مسیریابی (Routing Tables)، بهترین مسیر را برای انتقال بسته‌ها انتخاب میکند.
اگر مسیریاب نتواند بسته‌ها را به مقصد برساند، یک پیغام خطا به نام ICMP (Internet Control Message Protocol) ارسال میکند.
۴. انتقال فیزیکی داده‌ها (Transmission)
در لایه شبکه (Network Access)، بسته‌ها به سیگنال‌های فیزیکی (الکتریکی، نوری، یا رادیویی) تبدیل می‌شوند و از طریق کابل‌ها، فیبر نوری، یا امواج (Wi-Fi) ارسال می‌شوند.
این لایه همچنین مسئول تشخیص و تصحیح خطاهای فیزیکی است.
۵. دریافت بسته‌ها در مقصد (Reception)
در مقصد، بسته‌ها دوباره به لایه شبکه منتقل می‌شوند. در این مرحله، هدرهای اضافه شده در هر لایه به‌ترتیب حذف می‌شوند (Decapsulation).
- لایه شبکه آدرس MAC را بررسی میکند.
- لایه اینترنت آدرس IP را بررسی میکند.
- لایه انتقال (TCP/UDP) شماره پورت و اطلاعات کنترل جریان را بررسی میکند.
- لایه کاربردی داده‌ها را به برنامه مقصد تحویل می‌دهد.
۶. بازسازی داده‌ها (Reassembly)
- اگر داده‌ها در مبدأ به چند بسته تقسیم شده باشند، در مقصد دوباره به‌هم متصل می‌شوند.
- TCP از شماره‌های توالی (Sequence Numbers) استفاده میکند تا مطمئن شود بسته‌ها به‌درستی و به ترتیب بازسازی می‌شوند.
۷. تأیید دریافت داده‌ها (Acknowledgment)
- TCP از مکانیزم تأیید دریافت (ACK) استفاده میکند. پس از دریافت هر بسته، مقصد یک پیغام ACK به مبدأ ارسال میکند تا تأیید کند که بسته به‌درستی دریافت شده است.
- اگر مبدأ ACK را دریافت نکند، بسته را دوباره ارسال میکند (Retransmission).
مثال عملی: ارسال یک درخواست HTTP
- کاربر در مرورگر خود آدرس یک وب‌سایت را وارد میکند (مثلاً https://example.com).
- مرورگر یک درخواست HTTP ایجاد میکند.
- TCP داده‌ها را به بسته‌های کوچکتر تقسیم میکند و هدرهای لازم را اضافه میکند.
- IP آدرس مقصد (سرور وب‌سایت) را پیدا میکند و بسته‌ها را ارسال میکند.
- بسته‌ها از طریق مسیریاب‌ها به سرور مقصد می‌رسند.
- سرور بسته‌ها را دریافت میکند و داده‌ها را بازسازی میکند.
- سرور یک پاسخ HTTP ارسال میکند که شامل صفحه وب درخواستی است.
- مرورگر صفحه وب را به کاربر نمایش می‌دهد.
نتیجه گیری
پروتکل TCP/IP یکی از پایه‌های اصلی شبکه‌های مدرن و اینترنت است. این پروتکل با فراهم کردن مکانیزم‌های آدرس‌دهی، مسیریابی و انتقال داده‌ها، ارتباطات امن و پایدار را بین دستگاه‌های مختلف برقرار میکند. با توجه به اهمیت TCP/IP در دنیای فناوری، آشنایی با این پروتکل برای هر فردی که در حوزه شبکه و IT فعالیت میکند، ضروری است زیرا با درک نحوه کار TCP/IP، می‌توانید شبکه‌های کارآمدتر و ایمن‌تری طراحی کنید.
