การประกอบชิ้นส่วนของเครือข่ายคอมพิวเตอร์ด้วยตัวเองไม่เพียงพอที่จะทำให้มันทำงานได้ อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อยังต้องการวิธีการสื่อสาร ภาษาการสื่อสารเหล่านี้เรียกว่าโปรโตคอลเครือข่าย
วัตถุประสงค์ของโปรโตคอลเครือข่าย
หากไม่มีโปรโตคอล อุปกรณ์จะขาดความสามารถในการเข้าใจสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ที่ส่งถึงกันผ่านการเชื่อมต่อเครือข่าย โปรโตคอลเครือข่ายให้บริการฟังก์ชันพื้นฐานเหล่านี้:
- ที่อยู่ข้อมูลไปยังผู้รับที่ถูกต้อง
- ส่งข้อมูลทางกายภาพจากต้นทางไปยังปลายทาง พร้อมระบบป้องกันความปลอดภัยหากจำเป็น
- รับข้อความและตอบกลับอย่างเหมาะสม
ลองเปรียบเทียบระหว่างโปรโตคอลเครือข่ายกับวิธีที่บริการไปรษณีย์จัดการกับจดหมายที่เป็นกระดาษ เช่นเดียวกับบริการไปรษณีย์ที่จัดการจดหมายจากหลายแหล่งและปลายทาง โปรโตคอลเครือข่ายช่วยให้ข้อมูลไหลไปตามเส้นทางต่างๆ อย่างต่อเนื่อง
ซึ่งแตกต่างจากไปรษณีย์ทั่วไป โปรโตคอลเครือข่ายมีความสามารถขั้นสูง ซึ่งรวมถึงการส่งกระแสข้อความอย่างต่อเนื่องไปยังปลายทางหนึ่ง (เรียกว่าการสตรีม) และทำสำเนาข้อความโดยอัตโนมัติเพื่อส่งไปยังปลายทางหลายแห่งพร้อมกัน (เรียกว่าการแพร่ภาพ)
ประเภททั่วไปของโปรโตคอลเครือข่าย
ไม่มีโปรโตคอลใดที่รองรับคุณสมบัติทั้งหมดที่เครือข่ายคอมพิวเตอร์ต้องการ ยังคงทำหน้าที่เป็นกุญแจสำคัญในการปลดล็อกอุปกรณ์เครือข่ายหรือบริการที่กำหนด มีการคิดค้นโปรโตคอลเครือข่ายที่แตกต่างกันในช่วงหลายปีที่ผ่านมา โดยแต่ละโปรโตคอลก็พยายามสนับสนุนการสื่อสารเครือข่ายบางประเภท
ลักษณะพื้นฐานสามประการที่แยกแยะโปรโตคอลประเภทหนึ่งจากอีกประเภทหนึ่งคือ:
- Simplex vs. duplex: การเชื่อมต่อแบบ simplex อนุญาตให้อุปกรณ์เพียงเครื่องเดียวในการส่งผ่านเครือข่าย การเชื่อมต่อเครือข่ายแบบดูเพล็กซ์ช่วยให้อุปกรณ์ส่งและรับข้อมูลผ่านลิงก์ทางกายภาพเดียวกันได้
- การเชื่อมต่อหรือไม่มีการเชื่อมต่อ: การแลกเปลี่ยนโปรโตคอลเครือข่ายที่เน้นการเชื่อมต่อ (กระบวนการที่เรียกว่าการจับมือกัน) ระบุที่อยู่ข้อมูลระหว่างอุปกรณ์สองเครื่องที่อนุญาตให้พวกเขาดำเนินการสนทนา (เรียกว่า เซสชัน) โปรโตคอลที่ไม่มีการเชื่อมต่อจะส่งข้อความทีละข้อความจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งโดยไม่คำนึงถึงข้อความที่คล้ายกันที่ส่งก่อนหรือหลัง (และไม่ทราบว่าได้รับข้อความสำเร็จหรือไม่)
- Layer: โปรโตคอลเครือข่ายมักทำงานร่วมกันเป็นกลุ่ม (เรียกว่าสแต็กเนื่องจากไดอะแกรมมักแสดงโปรโตคอลเป็นกล่องที่ซ้อนกัน)โปรโตคอลบางตัวทำงานที่ชั้นล่างซึ่งสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการทำงานของสายเคเบิลไร้สายหรือเครือข่ายประเภทต่างๆ บางส่วนทำงานที่เลเยอร์ที่สูงกว่าซึ่งเชื่อมโยงกับวิธีการทำงานของแอปพลิเคชันเครือข่าย และบางส่วนทำงานที่เลเยอร์ระดับกลางในระหว่างนั้น
ตระกูลอินเทอร์เน็ตโปรโตคอล
โปรโตคอลเครือข่ายทั่วไปในการใช้งานสาธารณะเป็นของตระกูล Internet Protocol IP เป็นโปรโตคอลพื้นฐานที่ช่วยให้เครือข่ายภายในบ้านและเครือข่ายท้องถิ่นอื่นๆ ในอินเทอร์เน็ตสามารถสื่อสารกันได้
IP ทำงานได้ดีสำหรับการย้ายข้อความแต่ละข้อความจากเครือข่ายหนึ่งไปยังอีกเครือข่ายหนึ่ง ไม่สนับสนุนแนวคิดของการสนทนา (การเชื่อมต่อที่กระแสข้อความสามารถเดินทางไปในทิศทางเดียวหรือทั้งสองทิศทาง) Transmission Control Protocol (TCP) ขยาย IP ด้วยความสามารถของเลเยอร์ที่สูงขึ้นนี้ เนื่องจากการเชื่อมต่อแบบจุดต่อจุดมีความจำเป็นบนอินเทอร์เน็ต โปรโตคอลทั้งสองจึงจับคู่กันและเรียกว่า TCP/IP
ทั้ง TCP และ IP ทำงานในเลเยอร์กลางของสแต็กโปรโตคอลเครือข่ายแอปพลิเคชั่นยอดนิยมบนอินเทอร์เน็ตบางครั้งใช้โปรโตคอลบน TCP/IP HyperText Transfer Protocol ถูกใช้โดยเว็บเบราว์เซอร์และเซิร์ฟเวอร์ทั่วโลก ในทางกลับกัน TCP/IP ทำงานบนเทคโนโลยีเครือข่ายระดับล่าง เช่น อีเธอร์เน็ต โปรโตคอลเครือข่ายยอดนิยมอื่นๆ ในตระกูล IP ได้แก่ ARP, ICMP และ FTP
โปรโตคอลเครือข่ายใช้แพ็คเก็ตอย่างไร
อินเทอร์เน็ตและเครือข่ายข้อมูลอื่นๆ ส่วนใหญ่ทำงานโดยจัดระเบียบข้อมูลเป็นชิ้นเล็กๆ ที่เรียกว่าแพ็กเก็ต เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการสื่อสารและความน่าเชื่อถือ ข้อความขนาดใหญ่แต่ละข้อความที่ส่งระหว่างอุปกรณ์เครือข่ายสองเครื่องมักจะถูกแบ่งย่อยเป็นแพ็กเก็ตที่เล็กกว่าโดยฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์พื้นฐาน เครือข่ายการสลับแพ็กเก็ตเหล่านี้ต้องการการจัดระเบียบแพ็กเก็ตในลักษณะเฉพาะตามโปรโตคอลที่เครือข่ายรองรับ วิธีนี้ใช้งานได้ดีกับเทคโนโลยีของเครือข่ายสมัยใหม่ เนื่องจากสิ่งเหล่านี้จัดการข้อมูลในรูปแบบของบิตและไบต์ (ดิจิทัล 1 และ 0)
แต่ละโปรโตคอลเครือข่ายกำหนดกฎว่าต้องจัดระเบียบแพ็กเก็ตข้อมูลอย่างไรเนื่องจากโปรโตคอลอย่าง Internet Protocol มักจะทำงานร่วมกันเป็นเลเยอร์ ข้อมูลบางส่วนที่ฝังอยู่ภายในแพ็กเก็ตที่จัดรูปแบบสำหรับโปรโตคอลหนึ่งสามารถอยู่ในรูปแบบของโปรโตคอลที่เกี่ยวข้องอื่นๆ (วิธีการที่เรียกว่าการห่อหุ้ม)
โปรโตคอลมักจะแบ่งแต่ละแพ็กเก็ตออกเป็นสามส่วน ได้แก่ ส่วนหัว ส่วนของข้อมูล และส่วนท้าย โปรโตคอลบางตัว เช่น IP ไม่ใช้ส่วนท้าย ส่วนหัวและส่วนท้ายของแพ็คเก็ตประกอบด้วยข้อมูลตามบริบทที่จำเป็นในการสนับสนุนเครือข่าย รวมถึงที่อยู่ของอุปกรณ์ส่งและรับ เพย์โหลดมีข้อมูลที่จะส่ง
ส่วนหัวหรือส่วนท้ายมักมีข้อมูลพิเศษเพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของการเชื่อมต่อเครือข่าย เช่น ตัวนับที่ติดตามลำดับการส่งข้อความและเช็คซัมที่ช่วยให้แอปพลิเคชันเครือข่ายตรวจพบความเสียหายของข้อมูลหรือการปลอมแปลง
อุปกรณ์เครือข่ายใช้โปรโตคอลอย่างไร
ระบบปฏิบัติการของอุปกรณ์เครือข่ายรวมถึงการสนับสนุนในตัวสำหรับโปรโตคอลเครือข่ายระดับล่างบางตัวระบบปฏิบัติการคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปสมัยใหม่ทั้งหมดรองรับอีเทอร์เน็ตและ TCP/IP เป็นต้น สมาร์ทโฟนหลายรุ่นรองรับบลูทูธและโปรโตคอลจากตระกูล Wi-Fi โปรโตคอลเหล่านี้เชื่อมต่อกับอินเทอร์เฟซเครือข่ายทางกายภาพของอุปกรณ์ เช่น พอร์ตอีเทอร์เน็ตและวิทยุ Wi-Fi หรือบลูทูธ
แอปพลิเคชันเครือข่ายรองรับโปรโตคอลระดับสูงที่คุยกับระบบปฏิบัติการ ตัวอย่างเช่น เว็บเบราว์เซอร์แปลที่อยู่เช่น https://lifewire.com/ เป็นแพ็กเก็ต HTTP ที่มีข้อมูลที่เว็บเซิร์ฟเวอร์สามารถรับและส่งกลับหน้าที่ถูกต้องได้ อุปกรณ์รับมีหน้าที่รวบรวมแพ็กเก็ตแต่ละแพ็กเก็ตใหม่เป็นข้อความต้นฉบับโดยลบส่วนหัวและส่วนท้ายและต่อแพ็กเก็ตตามลำดับที่ถูกต้อง