تعرف على بروتوكول TCP/IP وبعض من خدماته

إن بروتوكول التحكم في نقل البيانات (Transmission Control Protocol) وبروتوكول الإنترنت (Internet Protocol) المسمى اختصارًا TCP/IP هو معيار يضم مجموعة بروتوكولاتٍ مطورةً في نهاية السبعينات من القرن الماضي من وكالة مشاريع أبحاث الدفاع المتقدمة (Defense Advanced Research Projects Agency‏ [DARPA])، كطرق للتواصل بين مختلف أنواع الحواسيب وشبكات الحواسيب؛ إن بروتوكول TCP/IP هو العصب المحرك للإنترنت، وهذا ما يجعله أشهر مجموعة بروتوكولات شبكيّة على وجه الأرض.

TCP/IP

المكونان الرئيسيان من مكونات TCP/IP يتعاملان مع مختلف نواحي شبكة الحاسوب؛ بروتوكول الإنترنت -جزء «IP» من TCP/IP- هو بروتوكول عديم الاتصال (connectionless) يتعامل مع طريقة توجيه (routing) الرزم الشبكية مستخدمًا ما يسمى «IP Datagram» كوحدة رئيسية للمعلومات الشبكية؛ تتكون IP Datagram من ترويسة، يتبعها رسالة. إن بروتوكول التحكم في نقل البيانات هو «TCP» من TCP/IP، ويُمكِّن مضيفي الشبكة من إنشاء اتصالاتٍ يستطيعون استخدامها لتبادل مجاري البيانات (data streams)؛ ويَضمَن أيضًا بروتوكول TCP أن البيانات التي أُرسِلَت بواسطة تلك الاتصالات ستُسَلَّم وتصل إلى مضيف الشبكة المُستقبِل كما أُرسِلَت تمامًا وبنفس الترتيب من المُرسِل.

ضبط TCP/IP

يتكون ضبط TCP/IP من عدِّة عناصر التي يمكن أن تُغيَّر بتعديل ملفات الإعدادات الملائمة، أو باستخدام حلول مثل خادوم «بروتوكول ضبط المضيف الديناميكي» (Dynamic Host Configuration Protocol‏ [DHCP])، الذي يمكن أن يُضبَط لتوفير إعدادات TCP/IP صالحة لعملاء الشبكة تلقائيًا، يجب أن تُضبط قيم تلك الإعدادات ضبطًا صحيحًا لكي تساعد في عمل الشبكة عملًا سليمًا في نظام أوبنتو عندك.

عناصر الضبط الخاصة ببروتوكول TCP/IP ومعانيها هي:

عنوان IP: هو سلسة نصية فريدة يُعبَّر عنها بأربع مجموعات من أرقام تتراوح بين الصفر (0)، ومئتان وخمسٌ وخمسون (255)، مفصولةٌ بنقط، وكل أربعة أرقام تمثل ثمانية (8) بتات من العنوان الذي يكون طوله الكامل اثنان وثلاثون (32) بتًا، تُسمى هذه الصيغة باسم «dotted quad notation».
قناع الشبكة: قناع الشبكة الفرعية (أو باختصار: قناع الشبكة [netmask])، هو قناع ثنائي يفصل قسم عنوان IP المهم للشبكة، عن قسم العنوان المهم للشبكة الفرعية (Subnetwork)؛ على سبيل المثال، في شبكة ذات الفئة C‏ (Class C network)، قناع الشبكة الافتراضي هو 255.255.255.0، الذي يحجز أول ثلاثة بايتات من عنوان IP للشبكة، ويسمح لآخر بايت من عنوان IP أن يبقى متاحًا لتحديد المضيفين على الشبكة الفرعية.
عنوان الشبكة: يمثل عنوان الشبكة (Network Address) البايتات اللازمة لتمثيل الجزء الخاص من الشبكة من عنوان IP، على سبيل المثال، المضيف صاحب العنوان 12.128.1.2 في شبكة ذات الفئة A يستطيع استخدام 12.0.0.0 كعنوان الشبكة، حيث يمثل الرقم 12 البايت الأول من عنوان IP (جزء الشبكة)، وبقية الأصفار في البايتات الثلاثة المتبقية تمثل قيم مضيفين محتملين في الشبكة؛ وفي مضيف شبكة يستخدم عنوان IP الخاص 192.168.1.100 الذي يستخدم بدوره عنوان الشبكة 192.168.1.0 الذي يحدد أول ثلاثة بايتات من شبكة ذات الفئة C والتي هي 192.168.1، وصفرًا الذي يُمثِّل جميع القيم المحتملة للمضيفين على الشبكة.
عنوان البث: عنوان البث (Broadcast Address) هو عنوان IP يسمح لبيانات الشبكة بأن تُرسَل إلى كل المضيفين معًا في شبكة محلية بدلًا من إرسالها لمضيف محدد. العنوان القياسي العام للبث لشبكات IP هو 255.255.255.255، لكن لا يمكن استخدام هذا العنوان لبث الرسائل لكل مضيف على شبكة الإنترنت، لأن الموجهات (routers) تحجبها؛ ومن الملائم أن يُضبَط عنوان البث لمطابقة شبكة فرعية محددة، على سبيل المثال، في شبكة خاصة ذات الفئة C،‏ أي 192.168.1.0، يكون عنوان البث 192.168.1.255؛ تُولَّد رسائل البث عادةً من بروتوكولات شبكيّة مثل بروتوكول استبيان العناوين (Address Resolution Protocol‏ [ARP])، وبروتوكول معلومات التوجيه (Routing Information Protocol‏ [RIP]).
عنوان البوابة: إن عنوان البوابة (Gateway Address) هو عنوان IP الذي يمكن الوصول عبره إلى شبكة معينة أو إلى مضيف معين على شبكة؛ فإذا أراد أحد مضيفي الشبكة التواصل مع مضيفٍ آخر، ولكن المضيف الآخر ليس على نفس الشبكة، فيجب عندئذٍ استخدام البوابة؛ في حالات عديدة، يكون عنوان البوابة في شبكةٍ ما هو الموجه (router) على تلك الشبكة، الذي بدوره يُمرِّر البيانات إلى بقية الشبكات أو المضيفين كمضيفي الإنترنت على سبيل المثال. يجب أن تكون قيمة عنوان البوابة صحيحةً، وإلا فلن يستطيع نظامك الوصول إلى أي مضيف خارج حدود شبكته نفسها.
عنوان خادوم الأسماء: عناوين خادوم الأسماء (Nameserver Addresses) تمثل عناوين IP لخواديم خدمة أسماء المضيفين DNS، التي تستطيع استبيان (resolve) أسماء مضيفي الشبكة وتحويلها إلى عناوين IP؛ هنالك ثلاث طبقات من عناوين خادوم الأسماء، التي يمكن أن تُحدَّد بترتيب استخدامها: خادوم الأسماء الرئيسي (Primary)، وخادوم الأسماء الثانوي (Secondary)، وخادوم الأسماء الثلاثي (Tertiary)، ولكي يستطيع نظامك استبيان أسماء أسماء مضيفي الشبكة وتحويلها إلى عناوين IP الموافقة لهم، فيجب عليك تحديد عناوين خادوم الأسماء الذي تثق به لاستخدامه في ضبط TCP/IP لنظامك؛ في حالاتٍ عديدة، تُوفَّر هذه العناوين من موزع خدمة شبكتك، لكن هنالك خواديم أسماء عديدة متوفرة مجانًا للعموم، كخواديم Level3‏ (Verizon) بعناوين IP تتراوح بين 4.2.2.1 إلى 4.2.2.6.

تنبيه: إن عنوان IP، وقناع الشبكة، وعنوان الشبكة، وعنوان البث، وعنوان البوابة تُحدَّد عادةً بالإمكان الملائمة لها في ملف ‎/etc/network/interfaces، عناوين خادوم الأسماء تُحدَّد عادة في قسم nameserver في ملف ‎/etc/resolve.conf، للمزيد من المعلومات، راجع صفحة الدليل لكلٍ من interfaces و resolv.conf على التوالي وبالترتيب، وذلك بكتابة الأوامر الآتية في محث الطرفية:

للوصول إلى صفحة دليل interfaces، اكتب الأمر الآتي:

man interfaces

وللوصول إلى صفحة دليل resolv.conf:

man resolv.conf

توجيه IP

يمثِّل توجيه IP‏ (IP Routing) الوسائل اللازمة لتحديد واكتشاف الطرق في شبكات TCP/IP بالإضافة إلى تحديد بيانات الشبكة التي ستُرسَل، يَستخدِم التوجيه ما يسمى «جداول التوجيه» (routing tables) لإدارة تمرير رزم بيانات الشبكة من مصدرها إلى وجهتها؛ وذلك عادة بواسطة عقد شبكيّة وسيطة تسمى «موجهات» (routers)؛ وهنالك نوعان رئيسيان من توجيه IP: التوجيه الثابت (static routing)، والتوجيه الديناميكي (dynamic routing).

يشتمل التوجيه الثابت على إضافة توجيهات IP يدويًّا إلى جدول توجيهات النظام، ويتم ذلك عادةً بتعديل جدول التوجيهات باستخدام الأمر route؛ يتمتع التوجيه الثابت بعدِّة مزايا تميزه عن التوجيه الديناميكي، كسهولة استخدامه في الشبكات الصغيرة، وقابلية التوقع (يُحسَب جدول التوجيهات مسبقًا دائمًا، وهذا ما يؤدي إلى استخدام نفس المسار في كل مرة)، ويؤدي إلى حِملٍ قليل على الموجهات الأخرى ووصلات الشبكة نتيجةً لعدم استخدام بروتوكولات التوجيه الديناميكي؛ لكن يواجه التوجيه الثابت بعض الصعوبات أيضًا؛ فعلى سبيل المثال، التوجيهُ الثابتُ محدودٌ للشبكات الصغيرة، ولا يمكن أن يتوسَّع توسعًا سهلًا، ويصعب عليه التأقلم مع نقصان أو فشل معدات الشبكة في الطريق المسلوك نتيجةً للطبيعة الثابتة لذاك الطريق.

يُعتَمَد على التوجيه الديناميكي في الشبكات الكبيرة ذات احتمالات عديدة للطرق الشبكية المسلوكة من المصدر إلى الوجهة، وتُستخدَم بروتوكولات توجيه خاصة، كبروتوكول معلومات الموجه (Router Information Protocol [RIP])، الذي يتولَّى أمر التعديلات التلقائية في جداول التوجيه، مما يجعل من التوجيه الديناميكي أمرًا ممكنًا؛ وللتوجيه الديناميكي مزايا عدّة عن التوجيه الثابت، كإمكانية التوسع بسهولة، والتأقلم مع نقصان أو فشل معدات الشبكة خلال الطريق المسلوك في الشبكة، بالإضافة إلى الحاجة لإعداداتٍ قليلةٍ نسبيًا لجداول التوجيه، ﻷن الموجهات تعلم عن وجود وتوفر بعضها بعضًا؛ وهذه الطريقة تمنع حدوث مشاكل في التوجيه نتيجةً لخطأ بشري في جداول التوجيه. لكن التوجيه الديناميكي ليس كاملًا، ويأتي مع عيوب، كالتعقيد، والحِمل الزائد على الشبكة بسبب التواصل بين الموجهات، التي لا تفيد المستخدمين المباشرين فوريًا، وتستهلك التراسل الشبكي.

بروتوكولَي TCP و UDP

إن بروتوكول TCP هو بروتوكول مبني على الاتصال (connection-based)، ويوفر آليةً لتصحيح الأخطاء، وضمانةً لتسليم البيانات عبر ما يُعرَف بالمصطلح «التحكم في الجريان» (flow control)، يُحدِّد التحكم في الجريان متى يجب إيقاف نقل البيانات، وإعادة إرسال الرزم التي أُرسِلَت سابقًا والتي واجهة مشاكل كالتصادمات (collisions)؛ إذ أنَّ التأكيد على الوصول الدقيق والكامل للبيانات عبر بروتوكول TCP هو أمر جوهري في عملية تبادل البيانات المهمة كالتحويلات في قواعد البيانات.

أما بروتوكول UDP‏ (User Datagram Protocol) على الجهة الأخرى، هو بروتوكول عديم الاتصال (connectionless)، الذي نادرًا ما يتعامل مع عمليات نقل البيانات المهمة لأنه يفتقر إلى التحكم في جريان البيانات أو أيّة طريقة أخرى للتأكد من توصيل البيانات عمليًا؛ لكن بروتوكول UDP يُستخدَم استخدامًا شائعًا في التطبيقات كتدفق (streaming) الصوت والصورة، حيث أنه أسرع بكثير من TCP ﻷنه لا يحتوي على آليةٍ لتصحيح الأخطاء والتحكم في الجريان، وفي الأماكن التي لا يهم فيها فقدان بعض الرزم الشبكية كثيرًا.

بروتوكول ICMP

إن بروتوكول ICMP‏ (Internet Control Messaging Protocol) هو إضافة إلى بروتوكول الإنترنت (IP) الذي يُعرَّف في RFC‏‏ (Request For Comments) ذي الرقم ‎#792 ويدعم التحكم في احتواء الرزم الشبكية والأخطاء ورسائل المعلومات، يُستخدَم بروتوكول ICMP بتطبيقات شبكيّة كأداة ping، التي تستطيع تحديد إذا ما كان جهازٌ ما متاحًا على الشبكة، أمثلة عن رسالة الخطأ المُعادَة من ICMP -التي تكون مفيدةً لمضيفي الشبكة وللأجهزة كالموجهات- تتضمن رسالتَي «Destination Unreachable» و «Time Exceeded».

العفاريت

العفاريت (Daemons) هي تطبيقات نظام خاصة التي تعمل عادةً عملًا دائمًا في الخلفية، وتنتظر طلبياتٍ للوظائف التي توفرها من التطبيقات الأخرى، يتمحور عمل العديد من العفاريت حول الشبكة، وبالتالي فإن عددًا كبيرًا من العفاريت التي تعمل في الخلفية في نظام أوبنتو تُوفِّر وظائف تتعلق بالشبكة؛ بعض الأمثلة عن عفاريت الشبكة تتضمن «عفريت بروتوكول نقل النص الفائق» (HyperText Transport Protocol Daemon‏ [httpd])، الذي يوفر وظيفة خادوم الويب؛ و «عفريت الصدفة الآمنة» (Secure SHell Daemon‏ [sshd])، الذي يوفر طريقةً للدخول الآمن عن بُعد وإمكانيات نقل الملفات؛ و «عفريت بروتوكول الوصول إلى رسائل الإنترنت» (Internet Message Access Protocol Daemon‏ [imapd]) الذي يوفر خدمات البريد الإلكتروني...