مفاهیم پایه شبکه TCP IP, UDP, DNS در پایتون وبک آموزش برنامه‌نویسی

در دنیای ارتباطات شبکه، پروتکل های Transmission نقش بسیار مهمی ایفا می کنند. این پروتکل ها تعیین می کنند که داده ها چگونه از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل شوند و ارتباطات چگونه مدیریت شوند. از انتقال پایدار داده ها گرفته تا سرعت بالا و کمترین تاخیر، هر پروتکل ویژگی ها و کاربردهای خاص خود را دارد. در این مقاله از وبلاگ لرنچی، به معرفی و مقایسه پروتکل های TCP، UDP، WS، gRPC، QUIC و H2 می پردازیم و تفاوت های کلیدی هر کدام را بررسی می کنیم؛ پس تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید. پروتکل RSTP پروتکلی که در لایه کاربرد قرار دارد و وظیفه آن، کنترل انتقال داده به‌صورت زنده است. پروتکل RTSP چهارچوبی برای انتقال مستقیم داده زنده مانند صدا و تصویر فراهم می‌کند.

پروتکل (Protocol) به مجموعه‌ای از قوانین و دستورالعمل‌ها گفته می‌شود که نحوه ارتباط و تبادل اطلاعات بین دستگاه‌های مختلف در یک شبکه را مشخص می‌کند. به زبان ساده، پروتکل‌ها به دستگاه‌ها می‌گویند که چگونه با یکدیگر صحبت کنند تا بتوانند اطلاعات را به درستی به هم انتقال دهند. مثل اینکه برای برقراری یک مکالمه موفق، افراد باید از یک زبان مشترک استفاده کنند؛ پروتکل‌ها هم مانند زبان مشترکی برای دستگاه‌های شبکه هستند. در دنیای ارتباطات و انتقال داده‌ها، Transmission‌ها یا پروتکل‌های انتقال نقش اساسی در کیفیت و کارایی ارتباطات ایفا می‌کنند. هر کدام از این پروتکل‌ها طراحی شده‌اند تا در شرایط خاصی بهترین عملکرد را داشته باشند. در این مقاله، به بررسی شش پروتکل محبوب و پرکاربرد شامل TCP، UDP، WS، gRPC، QUIC و H2 پرداختیم و مزایا، معایب و کاربردهای آن‌ها را با زبان ساده توضیح دادیم.

اگر به دنبال تبدیل شدن به یک متخصص حرفه‌ای در این زمینه‌ها هستید، دوره‌های جامع آموزش شبکه، آموزش امنیت شبکه و آموزش برنامه‌ نویسی، مسیر شما را برای ورود و پیشرفت در این حوزه‌ها هموار می‌کنند. با شرکت در دوره‌های تخصصی، مهارت‌های عملی و دانش مورد نیاز برای ورود به بازار کار را به‌صورت کامل و اصولی کسب کنید. برنامه‌نویسان شبکه مسئول نوشتن کد برای ارتباطات شبکه‌ای، طراحی پروتکل‌های شبکه و توسعه نرم‌افزارهای کلاینت-سرور هستند. در برنامه‌نویسی شبکه، مدیریت همزمانی و عملکرد غیرمسدودکننده اهمیت زیادی دارد. پروتکل‌های انتقال امن، شامل پروتکل‌هایی مانند SSL/TLS و SSH، به برنامه‌نویسان امکان انتقال امن داده‌ها را در شبکه‌ها می‌دهند.

برنامه نویسی شبکه به ما امکان می‌دهد تا داده‌ها را بین دستگاه‌ها انتقال دهیم و ارتباطات پیچیده‌ای را مدیریت کنیم. برنامه نویسی شبکه شامل مفاهیمی چون انتقال داده‌ها، پروتکل‌های ارتباطی، امنیت شبکه و مدیریت ارتباطات بین دستگاه‌ها است. با پیشرفت سریع تکنولوژی و افزایش تعداد دستگاه‌های متصل به اینترنت، اهمیت و تقاضا برای برنامه نویسان شبکه ماهر به طور قابل توجهی افزایش یافته است. شبکه‌های اجتماعی مانند Facebook، Twitter و Instagram به وسیله برنامه‌نویسی شبکه امکان‌پذیر شده‌اند. این پلتفرم‌ها به کاربران اجازه می‌دهند تا محتوا را به اشتراک بگذارند، با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و به صورت Real-time با یکدیگر تعامل داشته باشند. برنامه‌نویسی شبکه در این حوزه شامل مدیریت اتصالات همزمان زیاد، ارائه داده‌ها به سرعت و با کارایی بالا، و حفاظت از اطلاعات کاربران است.

3- یکی از مهم‌ترین مزایایی که برنامه‌نویسی شبکه دارد، این است که به شما در مدیریت ارتباطات کمک کرده و به شما اطمینان می‌دهد که از داده‌های موجود در شبکه خود، به بهترین شکل ممکن محافظت کنید. جاوا از دیگر زبان‌های برنامه‌نویسی است که می‌توانید برای برنامه‌نویسی شبکه آن را انتخاب کنید. این زبان برنامه‌نویسی، با قابلیت شی‌گرایی که به شما ارائه می‌دهد، فرصتی را در اختیارتان قرار خواهد داد تا بتوانید کدهای خود را به شکل ساختارمندتری بنویسید و البته نتایج بهتری را نیز از آن دریافت کنید. از سوی دیگر، نباید فراموش کنید که این زبان برنامه‌نویسی، جز پرتقاضاترین زبان‌های برنامه‌نویسی در کل دنیا به شمار می‌آید. 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.

با آموزش برنامه نویسی شبکه، در واقع می‌توانیم صفحه کنترل شبکه را از صفحه داده آن جدا کنیم. صفحه داده دیگر نیازی به پیاده‌سازی منطق کنترل پروتکل‌های مختلف شبکه نخواهد داشت. شبکه، در واقع به مجموعه‌ای از سیستم‌های کامپیوتری گفته می‌شود که ممکن است در ابعاد، کوچک، متوسط یا بزرگ در کنار هم قرار گرفته و با یکدیگر ارتباط داشته باشند. برنامه‌نویسی شبکه به شما اجازه می‌دهد تا بتوانید ارتباط بین این دستگاه‌ها را بهبود دهید. در بوت کمپ برنامه نویسی شبکه، شما یاد می‌گیرید که زبان‌های مختلفی برای این کار استفاده می‌شوند که شامل جاوا، پرل، پایتون و GO خواهند بود.

پیش از این، OEMها دارای استانداردهای اختصاصی مربوط به خودشان بودند و تعامل پذیر یا مشارکتی محسوب نمی‌شدند. Dot1Q به چندین VLAN اجازه می‌دهد تا از طریق یک پیوند تکی (Uplink) یا مجموعه‌ای از Uplinkها تسهیم یابند. بدون Dot1Q، 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. استفاده از پروتکل TCP/IP در سطح وسیع به این علت است که کل این فرآیند استانداردسازی شده است.

در سال 1971، ری تاملینسون، یک مهندس در پروژه ARPANET، اولین ایمیل را ارسال کرد. او با استفاده از برنامه‌ای ساده، توانست یک پیام را از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر ارسال کند. این رویداد نقطه عطفی در تاریخ ارتباطات دیجیتال بود و نشان داد که برنامه‌نویسی شبکه می‌تواند امکان ارتباطات سریع و کارآمد را فراهم کند. در آینده، ممکن است تکامل و نیازهای جدیدی در حوزه ارتباطات به‌وجود آید که نیازمند توسعه و بهبود پروتکل‌های شبکه باشد. مرتبط‌ترین دوره با انواع پروتکل های ارتباطی ، دوره آموزش شبکه‌های کامپیوتری ۱ فرادرس به حساب می‌آید که در ادامه معرفی شده است.

این پروتکل مشخص می‌کند که کدام دستگاه در شبکه در چه زمانی اجازه ارسال داده را دارد و از برخورد سیگنال‌ها در شبکه جلوگیری می‌کند. این پروتکل‌های مدیریتی به مدیران شبکه امکان می‌دهند که با اطمینان شبکه‌ها را مدیریت کنند، خطاها را شناسایی کرده و عملکرد سیستم را بهبود بخشند. قابل ذکر است که با گذشت سال‌ها، توسعه و تعمیم واحد اطلاعات یا داده، مشابه با سخت‌افزار رایج سیستم‌های کامپیوتری افزایش یافته است. قاعده یا پروتکلی که به‌طور خودکار برای دستگاه‌های شبکه، آدرس IP و تنظیمات مناسب در نظر می‌گیرد. این افراد سیستم‌هایی را توسعه می‌دهند که برای مانیتورینگ و مدیریت شبکه‌های بزرگ طراحی شده‌اند.

برای محافظت از شبکه‌های کامپیوتری در برابر نفوذ و هک، راهکارهای متعددی وجود دارد. پس از آنکه یاد گرفتیم برنامه نویسی شبکه چیست و با برخی از تکنولوژی‌های مورد استفاده در شبکه نیز آشنا شدیم، در این بخش به بررسی مزایا برنامه‌نویسی شبکه می‌پردازیم. برنامه‌نویسی شبکه نقش محوری در پیاده‌سازی شبکه‌های ابری هوشمند ایفا می‌کند. همزمان با سرعت گرفتن توسعه فناوری‌های دیجیتال، تعداد قابل توجهی از سازمان‌ها تصمیم به جابه‌جایی سرویس‌های خود به فضا ابری گرفته‌اند. با وجود اینکه اجرا فرایندهای شبکه آهسته بوده و برقراری ارتباط میان دو بخش سازمانی و ابری به ماه‌ها زمان نیاز دارد، سرویس‌های ابری در تنها چند دقیقه راه‌اندازی می‌شوند.

امیدواریم این مقاله به شما کمک کند تا با اطمینان بیشتری از این پروتکل‌ها در پروژه‌های خود استفاده کنید. پروتکل IGMP معمولاً در دستگاه‌هایی مانند روترها، سوئیچ‌ها و سایر تجهیزات شبکه که از ترافیک Multicast پشتیبانی می‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پروتکل به این دستگاه‌ها امکان می‌دهد تا داده‌ها را به طور مؤثری بین گروه‌های خاص دستگاه‌ها هدایت کرده و از ارسال بی‌مورد اطلاعات به سایر دستگاه‌ها جلوگیری کنند. پروتکل‌ها فرآیند پیچیده‌ای مانند ارسال ایمیل را طی می‌کنند و آن را به دنباله‌ای از وظایف مجزا تقسیم می‌کنند. همچنین، آنها می‌توانند عملکردهای ضروری دیگری مانند اطمینان از اتصال ایمن دستگاه‌ها به شبکه و شناسایی خطاهای شبکه را انجام دهند تا کاربران بتوانند مشکلات را عیب‌یابی کنند. در تعریف دیگر، پروتکل های شبکه، صرف‌نظر از هر گونه تفاوت در طراحی یا سخت افزار آن‌ها، می‌توانند به عنوان زبانی در نظر گرفته شوند که دستگاه‌ها برای به اشتراک گذاشتن اطلاعات با یکدیگر استفاده می‌کنند.

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. 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. مقصود این پیام، بیرون کشیدن یک پاسخ از تعدادی پاسخ از پیش تعیین شده برای آن شرایط خاص است. برای رسیدن به توافق، ممکن است یک پروتکل توسعه پیدا کند و به یک استاندارد تبدیل شود.

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. 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.

این آسیب‌پذیری‌ها می‌توانند باعث نقض حریم خصوصی، نفوذ به سیستم، دسترسی غیرمجاز، ردیابی اطلاعات، حمله‌های نفوذ و سایر تهدیدهای امنیتی شوند. بعد از اینکه فهمیدیم پروتکل چیست، باید بدانیم که استفاده از پروتکل‌های شبکه نیازمند تعیین چه نقش‌ها و وظیفه‌هایی در هر دستگاه در شبکه است. همچنین، برای استفاده صحیح از پروتکل‌ها باید پارامترها و تنظیمات مرتبط را در دستگاه‌های مختلف تنظیم و با‌توجه‌به نیازهای خاص شبکه اقدام کرد. پیاده‌سازی پروتکل‌های شبکه به‌معنای استفاده از آن‌ها در ارتباطات و اتصالات شبکه است. برای پیاده‌سازی پروتکل شبکه، ابتدا باید پیکربندی و تنظیمات مرتبط را انجام داد و سپس در فرایند ارتباط، از قانون‌ها و فرمت‌های مشخصی استفاده کرد که پروتکل تعیین کرده است.

برای راه‌اندازی و خطایابی شبکه‌های مختلف پروتکل‌هایی طراحی شده که مهندسان شبکه باید از دانش کافی در مورد آن‌ها برخوردار باشند. انواع پروتکل های شبکه در واقع مجموعه قوانینی هستند که در کامپیوترهای مختلف به منظور برقراری ارتباط با سایر کامپیوترها مورد استفاده قرار می‌گیرند. هر کدام از این بروتکل‌ها، ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را داشته و باید متناسب با آن به کار گرفته شوند. این مثال ساده به شما نشان می‌دهد که چگونه می‌توان با استفاده از برنامه‌نویسی شبکه، یک برنامه چت ساده را ایجاد کرد. این پروژه می‌تواند پایه‌ای برای توسعه برنامه‌های پیچیده‌تر شبکه‌ای باشد و به شما کمک کند تا مفاهیم اساسی برنامه‌نویسی شبکه را بهتر درک کنید.

این پیچیدگی می‌تواند باعث شود که یادگیری و تسلط بر برنامه‌نویسی شبکه زمان‌بر و دشوار باشد. یکی از بزرگترین مزایای برنامه‌نویسی شبکه، امکان هماهنگی بین خدمات ابری و شبکه‌ای است. با استفاده از این فناوری، می‌توان اطمینان حاصل کرد که هر دو با سرعت و کارایی یکسان عمل می‌کنند و این امر منجر به ارائه خدمات بهتری به کاربران می‌شود. کسب و کارها نیز به سرعت به اهمیت این فناوری پی بردند و از آن برای بهبود فرآیندهای کاری خود استفاده کردند. در سال 1969، وزارت دفاع ایالات متحده پروژه‌ای به نام ARPANET را راه‌اندازی کرد. هدف این پروژه ایجاد شبکه‌ای بود که بتواند کامپیوترهای مختلف را به یکدیگر متصل کند و امکان تبادل اطلاعات را فراهم کند.

هر پیام شبکه‌ای مثل یک بسته پستی است که داخل آن اطلاعات فرستنده، گیرنده و خود پیام قرار دارد. پروتکل‌ها مثل پستچی‌های دقیق و حرفه‌ای هستند که این بسته‌ها را هدایت می‌کنند و مطمئن می‌شوند که پیام به مقصد درست برسد. برای ایجاد یک سرور ساده با استفاده از کتابخانه socket  در پایتون، ابتدا باید یک سوکت سرور ایجاد کنیم که به یک آدرس و پورت مشخص متصل شود. سپس، سرور باید بتواند اتصالات ورودی را قبول کرده و داده‌ها را از کلاینت‌ها دریافت و ارسال کند. اشکال‌زدایی در برنامه‌های شبکه‌ای به دلیل طبیعت توزیع‌شده آن‌ها پیچیده‌تر از برنامه‌های محلی است.

ابزارهایی مانند Dropbox، Google Drive و OneDrive به کاربران امکان می‌دهند تا فایل‌های خود را به صورت امن و سریع با دیگران به اشتراک بگذارند. این سرویس‌ها از پروتکل‌های مختلفی برای مدیریت انتقال داده‌ها، همگام‌سازی فایل‌ها در دستگاه‌های مختلف و ارائه دسترسی به کاربران استفاده می‌کنند. برنامه‌نویسی شبکه در این حوزه شامل مدیریت اتصالات امن، رمزنگاری داده‌ها، و بهینه‌سازی سرعت انتقال فایل‌هاست. دوره آموزش ویدئویی +CompTIA Network یکی از دوره‌های مقدماتی بسیار رایج در حوزه شبکه است و به نوعی پایه و اساس آموزش شبکه به حساب می‌آید. در این دوره فیلم‌های آموزشی برای هر یک از لایه‌های TCP/IP تهیه شده است و انواع پروتکل های ارتباطی در هر یک از این لایه‌ها معرفی شده‌اند. این دوره برای افراد مبتدی و تازه‌کاری مناسب است که به شبکه‌های کامپیوتری علاقه‌مند هستند و قصد فعالیت در زمینه شبکه را دارند.

این پروتکل برای به دست آوردن کارکردپذیری مشترک بین سیستم‌های کامپیوتری فرعی علاوه بر سیستم‌های خبره طراحی شده است. 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. 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. پروتکل‌ها به منظور ارتباط و زبان‌های برنامه نویسی برای محاسبات مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نرم‌افزار ارائه دهنده ای‌پی‌آی می‌تواند یک سایت اینترنتی، یک سیستم‌عامل یا هر سرویس دیگری باشد. همچنین امنیت برنامه‌های آن‌ها نیز افزایش خواهد یافت، چرا که ارائه دهندگان خدمات پایه امنیت خود را در بالاترین سطح ممکن قرار خواهند داد. در دنیای امروزی، میکروکنترلرها برای مدیریت و کنترل دستگاه‌های الکترونیکی به‌کار می‌روند. اما توانایی این ابزارها در ارتباط با سایر اجزا و ماژول‌ها اهمیت ویژه‌ای دارد. پروتکل‌های ارتباطی UART، I2C و SPI سه روش اصلی برای ایجاد ارتباط بین اجزای مختلف یک سیستم میکروکنترلری هستند. در این مقاله، ابتدا مفاهیم پایه و اصول هر پروتکل را توضیح می‌دهیم و سپس نحوه‌ی استفاده از آن‌ها در میکروکنترلرهای AVR را با جزئیات بررسی می‌کنیم.

برنامه نویسی شبکه ، امتیازهای فراوانی درباره مبادله داده ها و اطلاعات و سازماندهی و مدیریت سیستم ها دارد. در یک کافینت ، تمامی سیستم ها ، زمان ورود و خروج کاربران توسط یک نرم افزار تحت شبکه کنترل می شود. اگر مدیر شبکه قصد ارسال اطلاعاتی را به همه سیستم ها داشته باشد ، این کار را به آسانی به کمک شبکه انجام می دهد. مزایای برنامه نویسی شبکه با پایتون شامل سادگی کدنویسی، انعطاف‌پذیری بالا و جامعه کاربری گسترده است. با این حال، چالش‌هایی مانند مدیریت همزمان اتصالات متعدد و اطمینان از امنیت ارتباطات نیز وجود دارد که با یادگیری مستمر و استفاده از بهترین روش‌ها می‌توان بر آنها فائق آمد.