انواع پروتکل های ارتباطی شبکه که باید بشناسید

در علوم کامپیوتر یک پروتکل ارتباطی (قرارداد ارتباطی | Communication Protocol) به مجموعه قوانینی گفته می‌شود که کامپیوترها برای ارتباط با یکدیگر از آن‌ها استفاده می‌کنند. کسب دانش کافی پیرامون انواع پروتکل های ارتباطی برای یک مهندس شبکه به این دلیل بسیار مهم است که این پروتکل‌ها در راه‌اندازی و به ویژه خطایابی شبکه‌های مختلف از جمله شبکه‌های صنعتی کاربردهای بسیاری دارند. در این مقاله، ضمن پرداختن به مفهوم پروتکل و پاسخ به سوال پروتکل چیست ، انواع پروتکل های ارتباطی شبکه های کامپیوتری و اینترنت به طور جامع شرح داده شده‌اند. هر یک از پروتکل های ارتباطی کلیدی و مهم نیز به طور مجزا معرفی و نکات لازم پیرامون آن‌ها ارائه شده است.

مفهوم پروتکل چیست ؟

یک پروتکل ارتباطی ، ساز و کاری از قوانین به حساب می‌آید که به دو یا بیش از دو موجودیت در یک سیستم ارتباطی اجازه می‌دهد تا اطلاعات را از طریق هر نوعی از انواع یک کمیت فیزیکی انتقال دهد. به بیان ساده‌تر، پروتکل علامت‌ها یا همان سیگنال‌هایی را تعریف می‌کند که کامپیوترها به یکدیگر می‌فرستند. همچنین، پروتکل سایر جزئیاتی مثل نحوه آغاز و پایان ارتباط را نیز تشریح می‌کند. یک پروتکل ارتباطی موارد زیر را برای شبکه‌های ارتباطی تعریف و تعیین می‌کند:

• قوانین
• نحو (سینتکس)
• مفاهیم
• همگام‌سازی ارتباطات
• روش‌های ممکن برای جبران خطا
• سایر موارد

پروتکل‌ها ممکن است به وسیله سخت‌افزار ، نرم‌افزار یا ترکیبی از هر دو پیاده‌سازی شوند. سیستم‌های ارتباطی از قالب‌های شفاف و مشخص برای تبادل پیام‌های مختلف استفاده می‌کنند. هر پیام دارای معنای دقیق و مشخصی است. مقصود این پیام، بیرون کشیدن یک پاسخ از تعدادی پاسخ از پیش تعیین شده برای آن شرایط خاص است. رفتار مشخص شده معمولاً از نحوه پیاده‌سازی آن مستقل خواهد بود. باید بر سر پروتکل های ارتباطی در میان طرف‌های ارتباط توافق صوت بگیرد. برای رسیدن به توافق، ممکن است یک پروتکل توسعه پیدا کند و به یک استاندارد تبدیل شود.

شباهت‌ها و تفاوت‌های پروتکل های ارتباطی با زبان های برنامه نویسی چه هستند؟

یک زبان برنامه نویسی چنین چیزی را برای محاسبات توصیف و تعیین می‌کند. بنابراین، شباهت نزدیکی بین پروتکل‌ها و زبان‌های برنامه نویسی وجود دارد. پروتکل‌ها به منظور ارتباط و زبان‌های برنامه نویسی برای محاسبات مورد استفاده قرار می‌گیرند. در یک ترکیب‌بندی متفاوت، می‌توان گفت پروتکل‌ها برای ارتباطات درست مثل چیزی هستند که الگوریتم‌ها برای محاسبات به حساب می‌آیند. اغلب چندین پروتکل جنبه‌های متفاوتی از یک ارتباط واحد را توصیف و مشخص می‌کنند.

مجموعه پروتکل یا Protocol Suite چیست ؟

به گروه یا دسته‌ای از پروتکل های ارتباطی که به منظور استفاده و عمل کردن به همراه یکدیگر طراحی شده‌اند، «مجموعه پروتکل» (Protocol Suite) گفته می‌شود. همچنین، زمانی که این پروتکل‌ها به صورت نرم‌افزاری پیاده‌سازی می‌شوند به آن‌ها «پُشته پروتکل» (Protocol Stack) می‌گویند.

پروتکل های ارتباطی توسط چه نهادهایی مدیریت می‌شوند؟

پروتکل های ارتباطی اینترنتی توسط کارگروه مهندسی اینترنت (Internet Engineering Task Force | IETF) منتشر شده‌اند. مؤسسه مهندسان برق و الکترونیک (Institute of Electrical and Electronics Engineers | IEEE) پروتکل های شبکه های کامپیوتری وایرلس و سیمی را مدیریت می‌کند. سازمان بین‌المللی استانداردسازی (International Organization for Standardization | ISO) نیز سایر انواع پروتکل‌ها را تحت کنترل دارد. بخش استانداردسازی مخابرات ITU که به آن ITU-T گفته می‌شود، «پروتکل های ارتباطی و ساختارهای مخابراتی» را برای شبکه تلفن عمومی سوئیچ شده (Public Switched Telephone Network | PSTN) تحت مدیریت دارد. با همگرایی و تلاقی PSTN و اینترنت،‌ استانداردها و پروتکل های مورد استفاده در هر یک از این حوزه‌ها نیز در حال پیوند و ادغام شدن هستند.

معنی پروتکل ارتباطی چیست؟

پروتکل های ارتباطی توصیف رسمی از قالب‌ها و قوانین پیام‌های دیجیتالی هستند. کارکرد اصلی پروتکل های ارتباطی ، تبادل پیام‌ها از یک سیستم کامپیوتری به سیستم دیگر است. پروتکل های ارتباطی در سیستم‌های مخابراتی اهمیت دارند، چرا که پیام‌ها در این سیستم‌ها به طور دائم در حال ارسال و دریافت شدن هستند. پروتکل های ارتباطی وظایفی را شامل شناسایی و اصلاح خطاها، نشانه‌گذاری (علامت‌دهی)، احراز هویت و سایر موارد بر عهده دارند.

همچنین، پروتکل های ارتباطی می‌توانند مفاهیم، نحو (سینتکس) را تشریح کنند و ارتباط آنالوگ و دیجیتال را به یکدیگر پیوند دهند. پیاده‌سازی این پروتکل‌ها را می‌توان در سخت افزار و نرم افزار انجام داد. بنابراین، انواع پروتکل های ارتباطی که در تمام ارتباط‌های آنالوگ و دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرند،‌ می‌توانند هزاران نوع مختلف داشته باشند. شبکه‌های کامپیوتری بدون پروتکل های ارتباطی امکان ارائه عملکرد مناسب را نخواهند داشت.

• پروتکل (Protocol) : به مجموعه‌ای از قوانین و مقررات، پروتکل گفته می‌شود.
• ارتباطات (Communication) : تبادل اطلاعات از یک سیستم به سیستم دیگر با یک وسیله
• پروتکل ارتباطی (Communication Protocol) : مجموعه قوانین و مقرراتی که به دستگاه‌های الکترونیکی امکان می‌دهند تا به یکدیگر متصل شوند و داده‌هایی را با هم تبادل کنند.

چرا انواع پروتکل های ارتباطی مهم هستند؟

پروتکل های ارتباطی دستگاه‌های مختلف تحت شبکه را برای ارتباط با یکدیگر از طریق انتقال سیگنال‌های آنالوگ، سیگنال‌های دیجیتال،‌ فایل‌های مختلف و پردازش داده‌ها از یک دستگاه به سایر دستگاه‌ها هدایت می‌کنند. انواع پروتکل های ارتباطی در شبکه‌های کامپیوتری و مخابراتی قابل استفاده هستند و قوانین مناسب برای انتقال اطلاعات از منبع به مقصد بر اساس آن‌ها اجرا می‌شوند. پر اهمیت‌ترین انواع پروتکل های ارتباطی در شبکه ، پروتکل کنترل انتقال (TCP | Transmission Control Protocol) و پروتکل بسته داده کاربر (User Datagram Protocol | UDP) را شامل می‌شوند. برای درک بهتر علت اهمیت انواع پروتکل های ارتباطی در ادامه تاریخچه‌ای از سیستم‌های ارتباطی ارائه شده است.

تاریخچه سیستم‌های ارتباطی

اصطلاح «پروتکل» با مضمون ارتباط داده‌ها اولین بار در اساس‌نامه‌ای با عنوان «پروتکلی برای استفاده در شبکه ارتباطات داده NPL» مورد استفاده قرار گرفت. این اساس‌نامه توسط راجر اسکنتل‌بری (Roger Scantlebury) و کیث بارتلت (Keith Bartlett) در سال ۱۳۴۶ (آوریل ۱۹۶۷) نوشته شده است. در شبکه آرپانت (ARPANET) نقطه آغاز برای ارتباط میزبان به میزبان در سال ۱۳۴۸ (۱۹۶۹ میلادی) پروتکل ۱۸۲۲ بود که قواعد انتقال پیام‌ها به یک IMP (پردازنده پیام رابط) را تعریف می‌کرد.

برنامه کنترل شبکه (Network Control Program) برای آرپانت که به اختصار NCP خطاب می‌شود، اولین بار در سال ۱۳۴۹ (۱۹۷۰ میلادی) پیاده‌سازی شد. رابط NCP به برنامه‌های کاربردی اجازه می‌داد تا در شبکه آرپانت با پیاده‌سازی پروتکل‌های ارتباطی سطح بالاتر به یکدیگر متصل شوند که نمونه ابتدایی از مفهوم لایه‌بندی پروتکل (Protocol Layering) به حساب می‌آید.

پژوهش‌های مرتبط با شبکه در اوایل سال ۱۳۴۹ توسط رابرت الیوت کان (Robert E. Kahn) و وینتون گرِی سِرف (Vinton Gray Cerf) به شکل‌گیری برنامه کنترل انتقال (Transmission Control Program | TCP) انجامید. مشخصات RFC ۶۷۵ پروتکل TCP‌ توسط وینتون سِرف به همراه یوگن دلال (Yogen Dalal) و کارل سانشاین (Carl Sunshine) در دسامبر ۱۳۵۳ (۱۹۷۴ میلادی) نوشته شد که در آن زمان همچنان یک طراحی یکپارچه و یکدست بود.

کارگروه بین‌المللی شبکه‌های کامپیوتری بر سر یک استاندارد داده‌نگار (Datagram) بدون اتصال توافق کردند که در سال ۱۳۵۴ به واحد CCIT ارائه شد اما توسط ITU یا ARPANET به کار گرفته نشد. تحقیقات بین‌المللی، خصوصاً تلاش‌های رِمی دسپرِس (Rémi Després) در توسعه استاندارد X.۲۵ بر اساس مدارهای مجازی (Virtual Circuits) توسط ITU-T در سال ۱۳۵۵ (۱۹۷۶ میلادی) مشارکت داشتند. تولیدکنندگان کامپیوتر پروتکل های اختصاصی را مثل معماری شبکه سیستم‌ها (Systems Network Architecture | SNA) شرکت IBM، همچنین DECnet مربوط به شرکت تجهیزات دیجیتال و سیستم‌های شبکه زیراکس توسعه دادند.

تاریخچه سیستم‌های ارتباطی : شکل‌گیری پروتکل TCP

نرم‌افزار پروتکل TCP به عنوان یک پُشته پروتکل ماژولار باز طراحی شد. در ابتدا به آن IP/TCP گفته می‌شد و در سال ۱۳۶۱ (۱۹۸۲ میلادی) روی SATNET نصب و سپس در اوایل سال ۱۳۶۲ (۱۹۸۳ میلادی) روی شبکه ARPANET‌ نصب شد. همان‌طور که در RFC ۱۱۲۲ و RFC ۱۱۲۳ مشخص شده است، توسعه یک مجموعه پروتکل کامل، زیربنایی برای رشد پروتکل TCP/IP را به عنوان یک مجموعه پروتکل جامع و به عنوان جزئی اصلی از اینترنت در حال ظهور بنا نهاد.

تلاش‌های بین‌المللی روی یک مدل مرجع برای استانداردهای ارتباطی به خلق مدل OSI منجر شد که در سال ۱۳۶۳ (۱۹۸۴ میلادی) به انتشار رسیده است. برای مدتی در اواخر سال ۱۳۵۹ (۱۹۸۰ میلادی) تا اوایل دهه ۹۰ میلادی (۱۳۷۰ شمسی) سازمان‌ها و ملت‌ها بر سر این مسئله که از کدام استاندارد یعنی مدل OSI یا مجموعه پروتکل اینترنت استفاده کنند دچار دوقطبی شده بودند و بر سر این موضوع اختلاف داشتند که به کارگیری کدامیک از این استانداردها به ایجاد بهترین و قوی‌ترین شبکه‌های کامپیوتری منجر خواهند شد.

انواع پروتکل های ارتباطی شبکه چه هستند؟

انواع پروتکل های ارتباطی مختلفی وجود دارند که نقشی اساسی و کلیدی در ارتباط میان دستگاه‌های گوناگون در شبکه‌های کامپیوتری ایفا می‌کنند. هر یک از این پروتکل‌های ارتباطی اصلی در ادامه فهرست شده‌اند:

• پروتکل انتقال ابرمتن (Hypertext Transfer Protocol | HTTP)
• قرارداد زبان نشانه‌گذاری ابرمتن (Hyper Text Markup Language | HTML)
• پروتکل ساده نامه‌رسانی (Simple Mail Transfer Protocol | SMTP)
  • قرارداد پاپ (Post Office Protocol | POP)
  • پروتکل دسترسی به پیام اینترنتی (قرارداد پیام‌گزینی | Internet Message Access Protocol | IMAP)
• قرارداد انتقال فایل (File Transfer Protocol |‌ FTP)
• پروتکل هدایت انتقال (Transmission Control Protocol | TCP)
• قرارداد اینترنت (Internet Protocol | IP)
• پروتکل نقطه به نقطه (Point-to-Point Protocol | PPP)

دسته بندی انواع پروتکل های ارتباطی شبکه

به طور کلی دو نوع پروتکل ارتباطی وجود دارد. این دسته‌بندی بر اساس بازنمایی محتوایی است که باید حمل و انتقال داده شود:

• پروتکل های ارتباطی مبتنی بر متن (Text-Based)
• پروتکل های ارتباطی دودویی (Binary)

حال در ادامه به شرح هر یک از این انواع پروتکل های ارتباطی پرداخته شده است.

پروتکل های ارتباطی مبتنی بر متن چه هستند؟

یک پروتکل ارتباطی مبتنی بر متن یا «پروتکل متن ساده» (Plain Text Protocol) محتوایش را در قالب قابل خواندن توسط انسان اغلب به صورت متن ساده ارائه و نمایش می‌دهد. چنین پروتکلی که قابل خواندن توسط انسان است، در نقطه مقابل پروتکل‌های دودویی قرار می‌گیرد که دارای مزایای ذاتی برای استفاده در محیط‌های کامپیوتری هستند. از جمله این مزایای ذاتی، می‌توان به تجزیه و خوانش مکانیکی و مصرف پهنای باند بهینه اشاره کرد. کاربردهای گوناگون شبکه روش‌های متفاوتی برای کپسوله‌سازی داده‌ها دارند.

یکی از روش‌هایی که در خصوص پروتکل‌های اینترنت بسیار رایج است، یک نمایش مبتنی بر متن به حساب می‌آید که درخواست‌ها و پاسخ‌ها را به صورت متن با استاندارد اسکی (ASCII) انتقال می‌دهد و با یک کاراکتر خط جدید (و معمولاً با یک کاراکتر تعویض سطر) خاتمه می‌دهد. مثال‌هایی از پروتکل‌هایی که از متن ساده و قابل خواندن توسط انسان در دستور‌های آن‌ها استفاده می‌شود، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• FTP
• SMTP
• HTTP
• SIP
• Finger Protocol

پروتکل های ارتباطی مبتنی بر متن معمولاً برای تجزیه کردن تحلیل ساختار جملات و تفسیر توسط انسان بهینه‌سازی شده‌اند. بنابراین، این انواع پروتکل های ارتباطی معمولاً برای زمانی مناسب هستند که بررسی محتوای پروتکل به وسیله انسان مورد نیاز باشد. برای مثال در طول عیب‌یابی (دیباگ کردن) و همچنین در طی مراحل اولیه طراحی پروتکل ممکن است نیاز به بررسی و بازرسی محتوای پروتکل مربوطه توسط انسان وجود داشته باشد.

پروتکل های ارتباطی دودویی چه هستند؟

یک پروتکل ارتباطی دودویی یا همان باینری از تمام مقادیر ممکن برای یک بایت استفاده می‌کند. این برخلاف یک پروتکل ارتباطی مبتنی بر متن است. چرا که در یک پروتکل مبتنی بر متن ، تنها از مقادیری استفاده می‌شود که مربوط به کاراکترهای قابل خواندن توسط انسان در چارچوب کدگذاری اَسکی هستند. پروتکل‌های دودویی با این مقصود طراحی شده‌اند که به جای انسان به وسیله ماشین قابل خواندن باشند.

پروتکل های ارتباطی باینری دارای مزیت ایجاز و اختصار هستند که منجر به افزایش سرعت انتقال و تفسیر می‌شود. سیستم باینری در اسناد هنجاری (Normative Documents) برای توصیف استانداردهای مُدرنی مثل HTTP/۳ ،HTTP/۲ ،EbXML و EDOC مورد استفاده قرار گرفته‌اند. یک رابط در UML نیز ممکن است یک پروتکل دودویی در نظر گرفته شود. مثال‌هایی از پروتکل‌های باینری شامل موارد زیرند:

• RTP
• TCP
• IP

مهم ترین انواع پروتکل های ارتباطی در شبکه های کامپیوتری

یک بنیان شبکه قوی، زیربنا و زیرساخت هر حرفه موفقی را در حوزه فناوری اطلاعات تشکیل می‌دهد. یادگیری مفاهیم پایه شبکه‌های کامپیوتری نیازمند یادگیری و به خاطر سپردن اطلاعات بسیاری است. اصطلاحات شبکه خود به تنهایی بسیار گیج‌کننده به نظر می‌رسند. علاوه بر این، در بخش‌های قبلی توضیح داده شد که انواع پروتکل های ارتباطی بسیار زیاد هستند و همچنین می‌توان آن‌ها را به شکل‌های مختلفی دسته‌بندی کرد. بنابراین در این بخش از مقاله انواع پروتکل های ارتباطی به معرفی ۱۲ پروتکل ارتباطی رایج و پرکاربرد در شبکه های کامپیوتری پرداخته شده است. پیش از ارائه شرح مختصری از هر یک از این پروتکل ها، ابتدا فهرستی از این ۱۲ پروتکل ارتباطی رایج در ادامه آمده است:

1. پروتکل تفکیک آدرس (ARP)
2. پروتکل درخت پوشا (Spanning Tree Protocol | STP)
3. IEEE ۸۰۲.۱Q
4. قرارداد TCP/IP
5. پروتکل HTTP
6. FTP
7. پروتکل زمان شبکه (Network Time Protocol | NTP)
8. قرارداد مدیریت گروه اینترنت (Internet Group Management Protocol | IGMP)
9. قرارداد ساده نامه‌رسانی (SMTP)
10. پوسته ایمن (Secure Shell | SSH)
11. پروتکل دروازه مرزی (Border Gateway Protocol | BGP)
12. پروتکل انتخاب کوتاه‌ترین مسیر (Open Shortest Path First | OSPF)

با توجه به اهمیت پروتکل TCP/IP ، ابتدا به معرفی و شرح دقیق‌تر این مجموعه پروتکل‌های مهم پرداخته شده است.

مهم ترین انواع پروتکل های ارتباطی : پروتکل TCP/IP

پروتکل TCP/IP مجموعه‌ای از پروتکل‌های به هم مرتبط است. در لایه سه، پروتکل اینترنت یا همان IP به گونه‌ای عمل می‌کند که امکان مسیریابی فراهم می‌شود. در لایه ۴، پروتکل‌های TCP و UDP فعالیت می‌کنند و دو انتخاب حالت‌مند و بدون حالت را برای انتقال داده‌ها ارائه می‌دهند. ICMP هم جزئی از مجموعه پروتکل‌های TCP/IP به حساب می‌آید، اما داده‌ها را منتقل نمی‌کند و معمولاً برای عیب‌شناسی به کار گرفته می‌شود. اکثر شبکه‌های کامپیوتری از مجموعه یا پُشته TCP/IP استفاده می‌کنند.

آشنایی با پروتکل‌های TCP/IP از این جهت اهمیت دارد که شناخت لازم در خصوص این مسئله حاصل خواهد شد که برای رفع مشکل و عیب‌یابی از چه پروتکل‌هایی باید استفاده کرد. پروتکل ICMP برای سنجش تاخیر (Latency) بسیار مناسب است، اما گاهی وقتی ICMP مسدود باشد، نیاز به استفاده از ابزارهای مبتنی بر UDP وجود خواهد داشت. برای آزمایش پهنای باند و تاخیر، احتمالاً UDP در خصوص تاخیر عملکرد بهتری خواهد داشت. در حالی که، پروتکل TCP‌ برای پهنای باند کلی بسیار مفید خواهد بود. در لایه سه، درک نحوه کارکرد نشانی آی‌پی و زیرشبکه‌ها (Subnet) می‌تواند به عیب‌یابی مشکلات مربوط به رسیدن بسته‌ها به مقصد بسیار مفید باشد.

نحوه عملکرد پروتکل TCP/IP چگونه است؟

هر گاه کاربر داده‌ای مثل یک پیام، عکس یا فایل را از طریق شبکه انتقال می‌دهد، مدل TCP/IP آن داده‌ها را بر اساس یک روند چهار لایه به بسته‌هایی تقسیم می‌کند. داده‌ها ابتدا به ترتیب از این لایه‌ها عبور می‌کنند و سپس به ترتیب بر عکس با جمع‌آوری داده‌ها در سمت گیرنده مجدداً سر هم می‌شوند.

استفاده از پروتکل TCP/IP در سطح وسیع به این علت است که کل این فرآیند استانداردسازی شده است. بدون استانداردسازی ارتباطات در دنیای شبکه از کنترل خارج خواهند شد و سرعت انتقال نیز به میزان زیادی کاهش پیدا خواهد کرد. به عنوان یک استاندارد جهانی، مدل TCP/IP یکی از کارآمدترین روش‌ها برای انتقال داده از طریق اینترنت به حساب می‌آید.

پروتکل TCP چیست ؟

TCP مخفف عبارت «Transmission Control Protocol» به معنی «قرارداد هدایت انتقال»، یک استاندارد ارتباطی است که برنامه‌های کاربردی و دستگاه‌های کامپیوتری را قادر می‌سازد تا پیام‌هایی را از طریق شبکه تبادل کنند. TCP‌ برای ارسال بسته‌ها در طول اینترنت و کسب اطمینان از به مقصد رسیدن موفقیت‌آمیز داده‌ها و پیام‌ها در شبکه طراحی شده است.

پروتکل IP چیست ؟

پروتکل IP که سرنامی برای «Internet Protocol» به معنی «قرارداد اینترنتی» است، پروتکل ارتباطی لایه شبکه در مجموعه پروتکل اینترنت (Internet Protocol Suite) برای توزیع دیتاگرام (داده‌نگار) در سراسر محدوده‌های شبکه به حساب می‌آید. قابلیت مسیریابی آن امکان ارتباط بین شبکه‌ای را فراهم می‌سازد و اساساً اینترنت را برقرار می‌سازد.

ویژگی های TCP/IP چه هستند ؟

خصوصیات و ویژگی های مهم مجموعه پروتکل های TCP/IP در ادامه فهرست شده‌اند:

• پشتیبانی از همه تولید کنندگان سخت افزار شبکه
• کارکردپذیری مشترک (قابلیت استفاده در انواع دستگاه‌ها، سیستم‌های عامل و نرم‌افزارهای مختلف)
• آدرس‌دهی منطقی (قابلیت زیرشبکه‌سازی قدرتمند)
• قابلیت مسیریابی
• امکان ترجمه نام دامنه (DNS)
• کنترل خطا و کنترل جریان داده‌ها
• امکان پذیرفتن داده‌ها از اپلیکیشن‌های مختلف و هدایت داده‌ها به اپلیکیشن‌های مختلف
• سهولت در اضافه کردن دستگاه‌های بیش‌تر به شبکه
• TCP یک پروتکل اتصال‌گرا به حساب می‌آید.

لایه های پروتکل TCP/IP

کارکرد مدل TCP/IP به چهار لایه مختلف تقسیم می‌شود که هر یک از این لایه‌ها پروتکل‌های خاصی را در بر می‌گیرند. TCP/IP یک سیستم معماری خدمت رسانی لایه‌بندی شده به حساب می‌آید که در آن هر لایه بر اساس یک عملکرد خاص برای اجرا تعریف شده است. تمام این چهار لایه TCP/IP به طور مشترک و با همکاری یکدیگر عمل می‌کنند تا داده‌ها را از یک لایه به لایه دیگر انتقال دهند. چهار لایه پروتکل TCP/IP به شرح زیرند:

• لایه کاربرد (Application Layer)
• لایه انتقال (Transport Layer)
• لایه اینترنت (Internet Layer)
• واسط شبکه (Network Interface)

مهم ترین انواع پروتکل های ارتباطی : پروتکل UDP

همان‌طور که بیان شد، پروتکل UDP بعد از TCP مهم‌ترین پروتکل ارتباطی شبکه به حساب می‌آید و لازم است پیش از معرفی سایر انواع پروتکل های ارتباطی به شرح آن پرداخته شود. قرارداد بسته داده کاربر (User Datagram Protocol | UDP) یکی از پروتکل های ارتباطی است که تبادل پیام‌ها را بین دستگاه‌های کامپیوتری در یک شبکه سهولت می‌بخشد. UDP به عنوان جایگزینی برای TCP به حساب می‌آید. به شبکه‌ای که در آن از پروتکل اینترنت (IP) و UDP استفاده می‌شود، UDP/IP می‌گویند.

UDP پیام‌ها را به بسته‌هایی تقسیم می‌کند که به آن‌ها دیتاگرام (بسته داده) گفته می‌شود. این بسته‌ها توسط دستگاه‌های داخل شبکه نظیر سوئیچ‌ها، روترها و دروازه‌های امنیتی به اپلیکیشن یا سرور مقصد انتقال داده می‌شوند. با وجود اینکه UDP دیتاگرام‌ها را شماره‌گذاری نمی‌کند و آن‌ها را مجدداً سرهم‌بندی نمی‌کند، این پروتکل شماره پورت‌ها را در سرآیند (Header) دیتاگرام اضافه می‌کند. این کار تشخیص درخواست‌های مختلف کاربر و یک قابلیت جمع‌آزمایی (Checksum) را که بتواند به تایید صحت و یکپارچگی داده‌های انتقالی کمک کند، سهولت می‌بخشد.

پروتکل ARP

پروتکل تفکیک آدرس که با سرنام ARP‌ شناخته می‌شود در مجموعه پروتکل‌های TCP/IP برای کمک به نگاشت مک آدرس‌های لایه دو به آدرس‌های IP به کار گرفته می‌شود. درک این پروتکل بسیار اهمیت دارد، زیرا جستجوهای ARP به طور موقت ذخیره (کش) می‌شوند. این ذخیره‌سازی موقت می‌تواند خراب یا قدیمی شود و نتایج اشتباهی را ارائه دهد. اغلب می‌توان تنها با پاک کردن این حافظه موقت روی دستگاه مربوطه، این مشکل را برطرف کرد.

پروتکل STP

پروتکل درخت پوشا که سرنام آن STP است، یک پروتکل بسیار مهم به حساب می‌آید که در سوئیچ‌های شرکتی معمولاً به طور پیش‌فرض فعال است. STP بسته به تولیدکننده تجهیزات اصلی (OEM) دارای انواع مختلفی است اما به طور کلی آن‌ها از بروز حلقه در شبکه (Network Loop) جلوگیری می‌کنند. گاهی حلقه‌های شبکه زمانی اتفاق می‌افتند که اتصال‌های مازاد بین سوئیچ‌ها ایجاد می‌شوند اما LACP (تجمیع ارتباط) به درستی تنظیم و راه‌اندازی نمی‌شود. علاوه بر این، حلقه‌های شبکه زمانی رخ می‌دهند که یک هاب یا سوئیچ اضافه برای اتصال دستگاه‌های بیش‌تر وارد شبکه می‌شود و با استفاده از چند پورت برای رسیدن به پهنای باند بیش‌تر قصد سوء استفاده وجود داشته باشد.

از طرف دیگر، فعال کردن پروتکل STP روی پورت‌هایی که به ایستگاه‌های کاری متصل هستند ممکن است باعث جلوگیری از کار کردن پروتکل‌هایی مثل DHCP شود. پورت مربوطه تبادل ترافیک را برای یک مدت زمانی مشخص مسدود می‌کند تا سعی در شناسایی حلقه پیش از وقوع تبادل داده داشته باشد. برخی از انواع پیاده‌سازی‌های STP این کار را به مدت طولانی‌تری نسبت به یک اقدام DHCP استاندارد یا همان «Standard DHCP Attempt» انجام می‌دهند. این مسئله منجر به بروز اختلال در عملکرد DHCP خواهد شد.

پروتکل IEEE ۸۰۲.۱Q

EEE ۸۰۲.۱Q بیش‌تر از اینکه یک پروتکل باشد، یک استاندارد به حساب می‌آید، اما اهمیت بسیار زیادی دارد. در اکثر مواقع به این استاندارد dot۱Q می‌گویند. dot۱Q استانداردی برای برچسب‌گذاری شبکه محلی مجازی (VLAN Tagging) به حساب می‌آید. این استاندارد امکان تسهیم (مولتی‌پلکس کردن) VLANهای مختلف را از طریق یک سیم واحد فراهم می‌سازد. پیش از این، OEMها دارای استانداردهای اختصاصی مربوط به خودشان بودند و تعامل پذیر یا مشارکتی محسوب نمی‌شدند. Dot۱Q به چندین VLAN اجازه می‌دهد تا از طریق یک پیوند تکی (Uplink) یا مجموعه‌ای از Uplinkها تسهیم یابند. بدون Dot۱Q، هر VLAN نیاز به Uplink یا پیوند مربوط به خودش را به سوئیچ بعدی خواهد داشت. علاوه بر این، مسیریاب‌ها (روترها) هم به Uplinkهای مُجزای مربوط به خودشان نیاز خواهند داشت.

مهم ترین انواع پروتکل های ارتباطی : پروتکل HTTP

پروتکل انتقال ابرمتن یا همان HTTP یک پروتکل سطح بالاتر به حساب می‌آید که به وسیله اپلیکیشن‌ها استفاده می‌شود. HTTP بسیار مهم است چرا که در سطح وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرد. نه تنها صفحات وب و وب سرویس‌ها از آن استفاده می‌کنند، بلکه HTTP در تونل‌های VPN و وب سوکت‌ها نیز به کار گرفته می‌شود. شناخت HTTP به این دلیل اهمیت دارد که تقریباً در اکثر خدمات آنلاین از آن استفاده می‌شود. در صورت وجود مشکلاتی مربوط به کارایی، درک پروتکل HTTP می‌تواند بسیار مفید واقع شود. این مسئله به ویژه در حالتی صدق می‌کند که فرد به ناچار برای مشخص کردن یک خطا به استفاده از دیباگر مرورگر متوسل شود. گاهی کدهای خطای HTTP در نتایج HTTP به گونه‌ای پنهان می‌شوند که مرورگر آن‌ها را نشان نمی‌دهد، اما این خطاها وجود دارند.

پروتکل FTP

پروتکل انتقال فایل (FTP) یک پروتکل قدیمی به حساب می‌آید و مدت زیادی است که از آن استفاده می‌شود. با وجود اینکه پروتکل‌ها و ساز و کارهای دیگر در صورت امکان به آن ترجیح داده می‌شوند، FTP همچنان کاربرد دارد. FTP معمولاً به عنوان یک پروتکل قابل اطمینان امکان ارسال و دریافت فایل‌ها را فراهم می‌سازد. این پروتکل دارای متُدها و انواع مختلفی است، بنابراین درک تفاوت‌های ظریف میان انواع FTP برای یک مهندس شبکه می‌تواند مفید باشد. FTP قدیمی یک کانال کنترل و یک کانال داده دارد. کانال داده در FTP‌ قدیمی دارای دو حالت مختلف فعال (Active) و منفعل (Passive) است. یکی از این حالت‌ها از کانال کنترل برای راه‌اندازی یک سرور در سمت کلاینت برای انتقال داده استفاده می‌کند.

این در حالی است که کانال دیگر به سرور اجازه می‌دهد تا پورت‌های TCP را برای شروع اتصال داده مشخص کند. علاوه بر این، پروتکل FTP از طریق پروتکل‌های امنیتی SSL/TLS نیز قابل انتقال است. این روش به دو حالت صریح (Explicit) و ضمنی (Implicit) تقسیم می‌شود. تفاوت این دو حالت به این صورت است که یکی به صورت صریح تعیین می‌کند که یک اتصال TLS باید از طریق دستور STARTTLS آغاز شود. در حالی که حالت دیگر تنها با اتصال به یک پورت TLS خاص بر استفاده از TLS دلالت دارد. تا اینجا FTP یکی از پروتکل‌هایی به حساب می‌آید که پیچیده‌تر است و درک آن دشوارتر به نظر می‌رسد. این پیچیدگی به علت بروز تفاوت‌های ظریف در طول زمان برای پروتکل FTP به وجود آمده است.

پروتکل NTP

پروتکل NTP یا قرارداد زمان در شبکه به ویژه برای امنیت شبکه بسیار اهمیت دارد. NTP کمک می‌کند تا اطمینان حاصل شود که زمان سیستم و دستگاه دقیق و درست است. بسیاری از پروتکل‌های احراز هویت جدیدتر برای عملکرد صحیح به زمان دقیق وابسته هستند. همچنین دستگاه‌های امنیتی نیز برای کارکرد موثر نیاز به زمان‌بندی دقیق دارند. بسیاری از محیط‌های با امنیت بالا، دارای مجموعه‌ای از سرورهای زمانی (Time Server) مرجع هستند. این سرورهای زمانی به مجموعه‌ای از سرورهای زمانی خارجی متصل می‌شوند. معمولاً تمام دستگاه‌های داخلی تنها اجازه اتصال به سرورهای مرجع داخلی را خواهند داشت. این مسئله کمک می‌کند تا اطمینان حاصل شود که شبکه مربوطه به وسیله سلسله مراتب زمانی قابل اعتماد در هماهنگی کامل قرار دارد.

پروتکل IGMP

قرارداد مدیریت گروه اینترنت یا همان IGMP بدین سبب که با توزیع یک به چند IP یا همان «IP Multicast» ارتباط دارد، یک پروتکل بسیار مهم به شمار می‌رود. IGMP به اعضای شبکه (Nodeها) اجازه می‌دهد تا عضویت توزیع یک به چند خود را برای روترها مشخص کنند. به این ترتیب، روترها می‌توانند تنها آن جریان‌های داده توزیع یک به چندی را ارسال کنند که آن Nodeهای مربوطه در آن‌ها اشتراک دارند. یکی از موارد استفاده اصلی پروتکل IGMP، کاربرد آن در پخش ویدیو زنده (Realtime) به حساب می‌آید.

در یک شبکه اینترانت، بسیاری از کاربران ممکن است بخواهند یک ویدیو زنده سازمانی را مشاهده کنند، اما در صورتی که شرکت مربوطه بسیار بزرگ باشد، ارسال آن ویدیو به دستگاه‌های هر یک از کاربران نهایی به صورت مجزا ممکن است منجر به اشباع شبکه شود. IGMP کمک می‌کند تا ویدیو یک بار به سوئیچ‌ها ارسال شود. در این مرحله، سوئیچ‌ها داده‌ها را نقسیم‌بندی کرده و آن‌ها را به هر یک از دستگاه‌های متصل ارسال می‌کنند.

پروتکل SMTP

SMTP یا پروتکل ساده نامه‌رسانی یک پروتکل ارسال ایمیل به حساب می‌آید که از اوایل دهه شصت خورشیدی (دهه ۸۰ میلادی) در دسترس بوده و در طول این سال‌ها به‌روزرسانی شده است. پروتکل SMTP همچنان به عنوان روش استانداردسازی شده برای سرورهای ایمیل جهت برقراری ارتباط از طریق ایمیل مورد استفاده قرار می‌گیرد. SMTP پروتکلی است که در G-Suite، جیمیل یا هر ارائه دهنده خدمات ایمیل دیگری توسط سرورهای ایمیل غیرمتمرکز آن‌ها به کار گرفته می‌شود. SMTP اغلب پروتکلی است که به صورت داخلی هم مورد استفاده قرار می‌گیرد اما این مسئله همیشه صادق نیست. درک و یادگیری پروتکل SMTP می‌تواند به یک مهندس شبکه کمک کند تا برای تست، تزریق ایمیل انجام دهد. همچنین درک سرآیندهای SMTP به شناسایی محدودیت‌ها و تنگناهای تحویل ایمیل‌ها کمک می‌کند.

مهم ترین انواع پروتکل های ارتباطی : پروتکل SSH

پروتکل پوسته ایمن یا همان SSH از اواسط دهه ۷۰ خورشیدی (اواسط دهه ۹۰ میلادی) جایگزین پروتکل‌های قدیمی مثل Telnet شده است. SSH یک اتصال راه دور رمزگذاری شده و یک پروتکل انتقال فایل به حساب می‌آید که با پدید آمدن فناوری‌های رمزنگاری جدید به طور پیوسته به‌روزرسانی‌های امنیتی دریافت می‌کند. بسیاری از ارتباطات بین سرورهای یونیکس، لینوکس و سایر موارد در شبکه در قالب نشست‌های SSH برقرار می‌شوند. این‌ها نشست‌های خط فرمان در ماشین‌های راه دور به حساب می‌آیند. نشست‌های SSH مشابه نشست‌های RDP هستند، با این تفاوت که در خط فرمان ایجاد می‌شوند و دارای رابط کاربری گرافیکی نیستند. در ویندوز، Putty پر استفاده‌ترین ترمینال به شمار می‌رود، اما در ایستگاه‌های کاری یونیکس یک فایل اجرایی SSH برای سیستم‌های عامل بومی به حساب می‌آید.

پروتکل BGP

پروتکل BGP (دروازه مرزی) معمولاً برای مسیریابی اینترنت مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما در بسیاری از مواقع مدارهای داخلی MPLS نیز از آن استفاده می‌کنند. درک پروتکل BGP از آن جهت اهمیت دارد که ممکن است افراد در یک شبکه نیاز به مواجهه با آن داشته باشند. رایج‌ترین کاربرد برای پروتکل BGP در اینترنت نمود پیدا می‌کند. استخوان‌بندی مسیریابی شبکه به وسیله داده‌هایی تعیین می‌شود که توسط BGP بین روترهای موجود در اینترنت تبادل می‌شوند. امکان داشتن یک روتر اینترن بدون BGP وجود دارد، اما این معمولاً بدان معناست که روترهای بالادستی کنترل BGP‌ را برعهده دارند. درک و یادگیری پروتکل BGP می‌تواند

پروتکل OSPF

پروتکل OSPF (قرارداد انتخاب کوتاه‌ترین مسیر) یک پروتکل نسبتاً رایج مسیریابی داخلی به حساب می‌آید. در حالی معمولاً تنها فعال‌سازی OSPF کافی است، در محیط‌های پیچیده‌تر باید تنظیمات و پیکربندی‌هایی برای این پروتکل انجام شود. یک کاربرد رایج برای OSPF حالتی است چندین مرکز داده وجود دارد که در طول زمان تغییر می‌کنند. زمانی که در یک مرکز داده زیرشبکه جدیدی فعال و برخط می‌شود، OSPF و پروتکل‌های نظیر آن کمک می‌کنند تا از قرار دادن مسیرهای ثابت (ایستا) در تمام تجهیزات در هر مرکز داده جلوگیری شود.

برخی از سایر انواع پروتکل های ارتباطی

برخی از سایر انواع پروتکل‌های ارتباطی رایج شبکه در این بخش فهرست شده‌اند که به عنوان پروتکل‌های ارتباطی عملکرد مشترک (همکاری) با پروتکل های ارتباطی اصلی برای اهداف عملکردی اساسی و اصلی استفاده می‌شوند.

• ARP : پروتکل حل و فصل نشانی یا همان پروتکل تفکیک آدرس (Address Resolution Protocol)
• DHCP : قرارداد پیکربندی پویای میزبان (Dynamic Host Configuration Protocol)
• IMAP۴ : پروتکل پیام‌گزینی (Internet Message Access Protocol)
• SIP : پروتکل سیپ یا قرارداد آغاز جلسه (Session Initiation Protocol)
• RTP : پروتکل آرتی‌پی یا همان قرار داد انتقال زمان واقعی (Real-Time Transport Protocol)
• RLP : قرارداد موقعیت منبع (Resource Location Protocol)
• RAP : پروتکل دسترسی به مسیر (Route Access Protocol)
• L۲TP : قرارداد تونل‌زنی لایه ۲ (Layer Two Tunnelling Protocol)
• PPTP : قرارداد تونل‌زنی نقطه‌به‌نقطه (Point To Point Tunnelling Protocol)
• SNMP : پروتکل آسان مدیریت شبکه (Simple Network Management Protocol)
• TFTP : قرارداد جزئی انتقال فایل (Trivial File Transfer Protocol)

انواع پروتکل های ارتباطی صنعتی

یکی از مباحث رایجی که در خصوص پروتکل های ارتباطی مطرح می‌شود، انواع پروتکل های ارتباطی صنعتی است. بنابراین، در این بخش به این موضوع پرداخته شده است. اما پیش از پرداختن به انواع پروتکل های ارتباطی صنعتی ، بهتر است ابتدا به این سوال پاسخ داده شود که شبکه صنعتی یا Industrial Network چیست؟ بنابراین، در ادامه به طور خلاصه به چیستی یک شبکه صنعتی پرداخته شده است و پس از آن انواع پروتکل‌های صنعتی معرفی شده‌اند.

شبکه صنعتی چیست ؟

شبکه‌های کامپیوتری بستر و رابطی برای انتقال داده‌ها به حساب می‌آیند. اما شبکه‌ها بر اساس حجم داده‌های انتقالی متفاوت هستند. شبکه‌های صنعتی به شبکه‌هایی گفته می‌شود که با انتقال داده‌ها در مقیاس حجیم سر و کار دارند. این بدان معناست که شبکه‌های صنعتی اجازه می‌دهند تا دستگاه‌های مختلفی در فضاهای بزرگ به یکدیگر متصل شوند و ارتباط میان آن‌ها با فراهم شدن امکان تبادل قطعات بزرگ داده برقرار شود. شبکه‌های سُنتی ممکن است بسیار کارآمد به نظر برسند، اما در واقعیت این شبکه‌ها به تعداد سیستم‌های اندکی محدود هستند. طراحی شبکه‌های صنعتی با هدف برآورده کردن نیازهای زمان واقعی و پاسخ به تقاضای سیستم‌هایی با تعداد زیاد صورت گرفته است.

انواع پروتکل های ارتباطی صنعتی کدامند؟

شناخت انواع پروتکل های ارتباطی صنعتی به کار گرفته شده در طراحی و پیاده‌سازی زیرساخت‌های حیاتی برای افراد فعال در این حوزه بسیار ام مهمی به حساب می‌آید. در این بخش به معرفی برخی از این انواع پروتکل‌های ارتباطی صنعتی پرداخته شده است.

پروتکل Modbus

Modbus تقریباً قدیمی‌ترین پروتکل ارتباطی صنعتی به حساب می‌آید. این پروتکل که در سال ۱۳۵۸ (۱۹۷۹ میلادی) معرفی شده است، اطلاعات را با استفاده از خطوط سریال بین دستگاه‌های الکتریکی منتقل می‌کند. Modbus به طور گسترده‌ای در زیرساخت‌های حیاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد و همچنین در یک چیدمان کلاینت-سروری ارتباط متقابل فراهم می‌سازد. Modbus داده‌ها را از دستگاه‌های کنترلی به کنترل کننده اصلی انتقال می‌دهد. Modbus به دو روش قابل اجرا است:

• Modbus سریال (سری): یک فناوری انتقال است که در کنترل پیوند داده بالاترین سطح از آن استفاده می‌شود.
• Modbus TCP: در این روش از پُشته پروتکلی TCP/IP برای انتقال اطلاعات استفاده می‌شود.

پروتکل Profibus

پروتکل Profibus مبتنی بر آن نوع ارتباطات سریالی است که از طریق سیم فیبر نوری انتقال داده می‌شوند. Profibus یک ارتباط استاندارد میدان باز (Open Field) در شبکه‌های Fieldbus به حساب می‌آید که کاربردهای وسیعی را در اتوماسیون تولید امکان‌پذیر ساخته است.

پروتکل Profinet

Profinet یک پروتکل ارتباطی شبکه مبتنی بر Profibus است. پروتکل Profinet از شبکه اترنت به عنوان واسط فیزیکی خود برای اتصال استفاده می‌کند. Profinet از کلیه عملکردهای TCP/IP برای انتقال داده‌ها به طور کامل استفاده می‌کند که باعث ساده‌سازی کاربردهای وایرلس و تبادلات پرسرعت می‌شود. تجهیزاتی که برای پروتکل‌های شبکه Profinet استفاده می‌شوند برای فراهم ساختن امکان تعامل زمان واقعی طراحی شده‌اند. برای حفظ امنیت در برابر تهدیدها یک مرز دقیق و محکم تحمیل می‌شود تا هر نوعی از رفت و آمد داده‌ها در وب که غیرقابل تایید یا مشکوک هستند، شناسایی و مسدود شوند.

پروتکل OPC

OPC سرنامی برای «OLE for Process Control» و OLE خود مخفف عبارت «Object Linking and Embedding» به حساب می‌آید. بنابراین می‌توان گفت که OPC به معنی «پیوند و تعبیه شی برای کنترل فرآیند» است. OPC مجموعه‌ای از پروتکل‌ها است که به سیستم‌های کنترل فرآیند اجازه می‌دهد تا از طریق ویندوز ارتباط برقرار کنند و اتصال سیستم‌های ویندوزی از طریق TCP/IP انجام شود.

گونه به‌روزرسانی شده آن با نام «OPC Unified Architecture» به معنی «معماری یکپارچه‌سازی شده OPC»، با سرنام OPC-UA شناخته می‌شود. OPC-UA امکان انتقال و تبادل اطلاعات فوق ایمن را فراهم می‌کند و بسیار بهتر از HTTPS است. OPC انعطاف‌پذیر است و در نتیجه، جایگزین‌های بسیار بهتری را از به‌روزرسانی‌ها گرفته تا نرم‌افزارهای جدید فراهم می‌کند.‌ برای امنیت بیش‌تر باید تمام پورت‌ها و سرویس‌های غیرضروری وب سرورهای OPC خاموش و غیرفعال شوند.

پروتکل CIP

قرارداد صنعتی مشترک (Common Industrial Protocol) که با سرنام CIP شناخته می‌شود، پروتکل ارتباطی است که فرآیندهای صنعتی را خودکارسازی می‌کند. با اصطلاحات گوناگون، این پروتکل ارتباط متقابل و همچنین ادغام انواع مختلف شبکه را امکان‌پذیر می‌سازد. این اصطلاحات موارد زیر را شامل می‌شوند:

• DeviceNet : ویرایشی برای CIP جهت شبکه‌های کنترل مکانی (Control Location Networks | CAN)
• CompoNet : سازگار با فناوری دسترسی چندگانه تقسیم زمان ( Time Division Multiple Access Technology | TDMA)
• Ethernet/IP : انطباقی از CIP بر TCP/IP
• ControlNet : ترکیب CIP با دامنه زمانی هم‌روند

شبکه‌های CIP شامل مجموعه‌ای از پیام‌ها برای تولید کاربردهای اتوماسیون به حساب می‌آیند. این مسئله به مشتریان اجازه می‌دهد تا این کاربردها در تولید را در شبکه‌های اترنت و همچنین اینترنت به کار گیرند.

پروتکل DNP۳

DNP۳ یک پروتکل سه لایه است که در سطوح لایه لینک داده و همچنین لایه کاربرد (اپلیکیشن) عمل می‌کند. DNP۳ برای انتقال اطلاعات میان اجزای مختلف در سیستم‌های خودکارسازی فرآیند استفاده می‌شود. با برقراری در سال ۱۳۷۲ (۱۹۹۳ میلادی)، چیدمان پروتکل DNP۳ غالباً در شرکت‌های برق ایالات متحده و کانادا و همچنین شرکت‌های تامین منابع آبی اجرایی شد. با هدف ارائه دسترس‌پذیری کامل، DNP۳ کم‌تر بر حریم خصوصی و پایداری تمرکز دارد. این پروتکل برای به دست آوردن کارکردپذیری مشترک بین سیستم‌های کامپیوتری فرعی علاوه بر سیستم‌های خبره طراحی شده است.

انواع پروتکل های ارتباطی در سیستم‌های تعبیه شده

انواع پروتکل های ارتباطی در سیستم‌های تعبیه شده (Embedded Systems) به صورت زیر است:

• پروتکل بین سیستمی (Inter System Protocol)
• پروتکل درون سیستمی (Intra System Protocol)

حال در ادامه هر یک از انواع پروتکل های ارتباطی فوق در بخش‌های جداگانه شرح داده شده‌اند. پیش از آن، بهتر است به طور خلاصه به شرح چیستی سیستم‌های تعبیه شده پرداخته شود.

سیستم تعبیه شده چیست؟

یک سیستم تعبیه شده کامپیوتری است که تنها برای حل کردن تعداد مشخص و اندکی از مسائل ساخته شده و به سادگی قابل تغییر کارکرد نیست. واژه تعبیه شده (Embedded) یعنی یک موجودیت به موجودیت دیگری متصل شده است. می‌توان یک سیستم تعبیه شده را یک سیستم کامپیوتری سخت‌افزاری در نظر گرفت که نرم‌افزار در داخل آن تعبیه می‌شود. یک سیستم تعبیه شده بخش دائمی از یک سیستم بزرگ‌تر به حساب می‌آید. چنین سیستمی معمولاً شباهت چندانی به یک کامپیوتر معمولی ندارد و اغلب فاقد صفحه کلید، ماوس یا مانیتور است.

پروتکل ارتباطی بین سیستمی در سیستم‌های تعبیه شده

یک پروتکل بین سیستمی برای ارتباط میان دو دستگاه مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال در ارتباط بین کامپیوتر و کیت میکروکنترلر ARM از پروتکل بین سیستمی استفاده می‌شود. در چنین حالتی، ارتباط از طریق یک سیستم بین گذرگاهی (Inter Bus) برقرار می‌شود.

دسته‌بندی انواع پروتکل های ارتباطی بین سیستمی عمدتاً شامل موارد زیر می‌شوند:

• پروتکل UART : این پروتکل سرنامی برای عبارت «Universal Asynchronous Receiver-Transmitter» به معنی «فرستنده و گیرنده سری جهانی غیر همزمان» است و یک ارتباط سری (Serial) با پروتکل‌های دو سیمی به حساب می‌آید.
• پروتکل USART : سرنامی برای «Universal synchronous and asynchronous receiver-transmitter» به معنی فرستنده و گیرنده همزمان و غیر همزمان جهانی است. USART ارتباط سریال از یک پروتکل دو سیمی محسوب می‌شود.
• پروتکل USB : سرنامی برای «Universal Serial Bus» به معنی «گذرگاه سریال عمومی» است. USB هم یک پروتکل دو سیمی سریال به حساب می‌آید.

پروتکل ارتباطی درون سیستمی در سیستم‌های تعبیه شده

پروتکل ارتباطی درون سیستمی (Intra System Protocol) برای اتصال دو قطعه (جزء) در داخل تخته مدار به کار گرفته می‌شود. در سیستم‌های تعبیه شده (Embedded Systems)، پروتکل درون سیستمی تعداد قطعات متصل به کنترلر را افزایش می‌دهد. افزایش اجزا به پیچیدگی مدار منجر می‌شود و مصرف انرژی را نیز افزایش می‌دهد. پروتکل درون سیستمی دسترسی ایمن به داده‌ها را از قطعات جانبی تضمین می‌کند. انواع پروتکل های ارتباطی درون سیستمی را می‌توان به موارد زیر دسته‌بندی کرد:

• پروتکل I۲C : سرنامی برای عبارت «Inter Integrated Circuit» به معنی «پروتکل درون مدار مجتمع» است. هدف اصلی این پروتکل، فراهم کردن سهولت برای اتصال تراشه‌های جانبی با میکروکنترلر به شمار می‌رود.
• پروتکل SPI : «گذرگاه ارتباط جانبی سریال» یا «Serial Peripheral Interface» یکی از پروتکل‌های ارتباطی سریال به حساب می‌آید که توسط شرکت موتورولا (Motorola) توسعه داده شده است. SPI یک پروتکل چهارسیمی به شمار می‌رود.
• پروتکل CAN : این پروتکل سرنامی برای عبارت «Controller Area Network» به معنی «شبکه ناحیه کنترلی» و یک پروتکل سریال است. CAN توسط رابرت بوش (Robert Bosch) برای ارتباط بین خودروها توسعه داده شده است. این قرارداد به دو سیم برای انتقال داده نیاز دارد.

به این ترتیب انواع پروتکل های ارتباطی در این مقاله شرح داده شدند. حال در بخش پایانی به معرفی دوره‌های آموزشی برای آشنایی بیش‌تر با انواع پروتکل های ارتباطی پرداخته شده است.