Протоколы передачи данных – это набор правил и соглашений, которые будут определять способ обмена информацией между устройствами и программами в Интернете (сети). Они имеют огромное значение для обеспечения безопасности, надежности и эффективности соответствующих процессов.
Для более удобного получения и отправки информации упомянутые операции разделяются. Совместно они называются клиент-серверной моделью. Здесь клиент будет отвечать за отправку запроса, а сервер – принимать его и возвращать ответ.
Перед изучением протоколов обработки данных рекомендуется запомнить два ключевых определения. Они пригодятся всем, кто работает с Интернетом:
- Сервер – специальное приложение или очень мощный компьютер. Носит название хост-системы.
- Клиент – любое устройство для работы с сайтом: ноутбук, смартфон или бортовой компьютер на транспортном средстве.
- Веб-приложение – клиент-серверное приложение, в котором клиентом будет выступать браузер. На сервере хранится HTML-страница с кодом. Браузер получит соответствующий файл и покажет этот код как привычный веб-сайт.
- Сеть – совокупность цифровых устройств, а также систем, которые имеют друг с другом связь (как логическую, так и физическую) и обмениваются данными. Ее компонентами могут выступать компьютеры, телефоны, роутеры, сети, умные лампочки с Wi-Fi и так далее. Размер сети бывает совершенно разным, но минимальное количество устройств в ней – две штуки. Два компьютера, которые соединены друг с другом кабелем – это уже сеть. Данные, которые передаются по ним, будут оформляться в так называемые пакеты – специальные блоки данных. За правила создания соответствующих информационных фрагментов отвечают определенные протоколы, которые будут изучены далее.
- Сетевой узел – устройство, которое рассматривается как часть компьютерной сети. Узлы могут быть как оконечные, так и промежуточные. Первые отвечают за отправку и/или принятие каких-либо данных. Это устройства, которые рассматриваются как получатели или источники информации. Вторые – отвечают за соединение оконечных узлов друг с другом.
- Сетевая среда – среда, в которой осуществляется передача данных. Ей могут выступить провода, кабели, оптоволокно, воздушная среда. Если средой является медная проволока, данные передадутся при помощи электричества, если оптоволокно – специальными световыми импульсами. Когда проводов нет, данные передаются через беспроводные технологии – радиоволнами.
Теперь можно более подробно рассмотреть протоколы связи. А еще – модель OSI, которая имеет с ними тесную связь.
Виды сетей
Изучая, что такое протокол передачи данных, рекомендуется сначала хорошо разобраться с сетями. Они могут быть разных видов. Каждая имеет свои ключевые особенности:
- Глобальная. Сеть является глобальной, если она охватывает весь мир. Наиболее популярный пример – Интернет.
- Локальная. Это сеть, которая объединит несколько устройств в рамках небольшого пространства: дома, в офисе, в библиотеке или школе. Если дома есть Wi-Fi, то телефон, компьютер и планшет образуют локальную сеть. А роутер (промежуточный узел) выполнит роль своеобразного «мостика» к глобальной сети. Исключением из территориального критерия можно назвать сети космических устройств.
- Распределенная. Так называется сеть, узлы которой территориально распределены.
Также стоит обратить внимание на модель OSI. Обычно на ее примере начинается изучение существующих сетевых уровней. Каждому отводится своя роль и задачи. Далее они будут рассмотрены более детально.
О модели OSI
Когда компьютерные сети только зарождались и появлялись различные протоколы, не было моделей, которые бы могли определить общие стандарты их работы и подходы к проектированию. Каждая организация, которая трудилась над созданием сетей, реализовывала собственные задумки. Они не могли работать с решением от других корпораций.
Такая ситуация стала настоящей проблемой. Сети, которые должны были объединить компьютеры, из-за различий в архитектурах создавали себе определенные преграды для расширения. В 1977 году проблема была решена компанией ISO. Так называется международная организация по стандартизации. В течение 7-ми лет она изучала реализации сетей и к 1984 году представила модели OSI.
OSI – это Open System Interconnection, что в переводе буквально означает «Воздействие открытых систем». Она включает в себя 7 сетевых уровней.
Физический уровень
Физический уровень решает вопросы, которые связаны с физическими аспектами передачи данных. Методы обмена информацией, характеристики сетевой среды, модуляция сигнала – все это относится к соответствующему уровню.
Канальный уровень
Канальный уровень будет функционировать в рамках локальной сети. Он формирует полученный от физического уровня поток битов в кадр: обнаруживает начало и конец сообщения. Здесь же будут решаться задачи адресации внутри локальной сети, поиск ошибок, проверка целостности данных. Основные сетевые протоколы тут – это Ethernet и PPP.
Сетевой уровень
На нем функционируют протоколы сетевого взаимодействия. Они необходимы для построения крупных сетей из отдельных подсетей. Здесь вводится общая адресация для идентификации имеющихся устройств, выполняется маршрутизация (выбор оптимального пути передачи информации). Пример – протокол IP. С его помощью каждое оборудование получает уникальный адрес, функционирующий на сетевом уровне. Основными протоколами служат IP и ICMP.
Транспортный уровень
Тут производится передача информации между процессами на различных устройствах (компьютерах). Он называется также уровнем сквозной передачи данных.
Пакеты тут доставляются до определенного адресата на компьютере, которому присваивается особый номер – порт. Порты потребуются для того, чтобы информация могла быть получена той службой или процессом, который их запрашивал изначально. Тут функционируют протоколы TCP и UDP, которые обеспечивают разный сервис:
- UDP – информация дойдет до получателя, но без гарантий;
- TCP – обеспечивает гарантированную передачу потока байт.
Других функций transport layer не выполняет.
Сеансовый уровень
Проектировщики рассматриваемой системы здесь подразумевали организацию управления сеансами связи. Под управлением принято понимать установку и разрыв соединения, а также синхронизацию и иные процессы.
Представительный уровень
Его задачей служит представление данных в понятном для отправителя и получателя виде. Сюда относятся разнообразные варианты представления данных:
- кодировка текста через ASCII и UTF-8;
- спецификации HTML;
- графические форматы GIF/JPEG/PNG.
Сюда же относится шифрование и дешифрование данных.
Прикладной уровень
С ним работают конечные пользователи. Тут по протоколу HTTP будут работать браузеры, электронная почта, приложения для аудио и видеосвязи и так далее.
Протоколы OSI не всегда относятся к одному логическому уровню. Иногда они распространяются на несколько «слоев». Пример – Ethernet функционирует одновременно и на физическом, и на канальном уровнях.
Самые популярные протоколы
Что такое протокол для передачи данных, понятно. Существуют различные типы этого элемента. Они будут работать на различных сетевых «слоях» и выполнять разные функции. Далее будут рассмотрены наиболее популярные протоколы передачи информации.
IP – Internet Protocol
IP отвечает за поиск компьютеров по сети при помощи их IP-адресов. Он предоставляет стратегию маршрутизации – составляет оптимальный маршрут передачи данных.
Информация в интернете передается IP-пакетами. У каждого из них имеется заголовок и данные. В заголовке располагаются IP-адреса источника и пункта назначения. Информация – содержимое. Ее примером может послужить часть веб-сайта.
Работа IP сравнима с обычным почтовым отделением: протокол направляет IP-пакеты по интернету подобно рассылке почтой писем по всему миру. В процессе доставка почта использует пункты передачи: из отделения посылка сначала попадает на поезд, затем – на грузовик, а в самом конце – адресату. В интернете тоже есть «пункты передачи» – маршрутизаторы. Их цель – направить пакет в пункт назначения по наиболее короткому пути. Если все идет хорошо, пакет прибудет на ближайший к получателю маршрутизатор, который точно знает, куда его перенаправить. Но бывает и так, что какой-то из маршрутизаторов на пути выходит из строя. В этом случае будет выбран другой путь.
DNS
IP записывается в виде 4-х чисел от 0 до 255. DNS – протокол, которые связывает IP с понятным для людей именем. Цифры превращаются в привычный «Гугл».
DNS похож на поиск и вызов контактов в телефоне. Когда человек хочет позвонить, он находит нужное имя и нажимает на кнопку «Звонок». В этот момент происходит соединение.
DNS-сервер – это «список контактов», а именно – IP-адресов, которые там хранятся. Каждый IP имеет своей домен. И когда в браузере вводится имя домена, осуществляется запрос к DNS-серверу – запрашивается IP.
SSL/TLS
Разбираясь, что такое протокол для передачи данных, а также в их разновидностях, стоит обратить внимание на SSL/TLS. Первый компонент – это криптографический протокол шифрования запросов и ответов. Он необходим для того, чтобы данные могли безопасно перемещаться по Интернету. Второй элемент – его более совершенная (новая) версия. SSL уже почти не используется, но это название оказалось настолько популярным, что оно до сих пор встречается. Любой SSL-сертификат у хостинг-компаний – это TLS-сертификат.
TCP/UDP
Среди протоколов обмена информацией хорошо известны TCP и UDP. Они отвечают за передачу данных и функционируют поверх IP, но с некоторой разницей. TCP доставляет данные, минуя потери. Он чаще используется для передачи:
- фотографий;
- сообщений;
- иных важных данных.
UDP доставку не гарантирует, но работает в несколько раз быстрее. Он используется тогда, когда скорость имеет большую роль, чем надежность. Примером может послужить передача аудиосообщений или видеотрансляции.
HTTP и HTTPS
Это протоколы обмена данными. Пользователи за счет них могут просматривать в браузерах веб-страницы. HTTPS – это не самостоятельный протокол, а расширение HTTP. Он является более безопасным за счет использования SSL/TLS для шифрования обычных запросов и ответов. Увидеть тип используемого на веб-портале протокола можно в браузерной строке. Обычно соответствующая информация отображается перед адресом.
Теперь понятно, что такое протоколы передачи данных. Лучше изучить их получится на дистанционных компьютерных курсах. Там в срок от нескольких месяцев до года научат работать с сетями и протоколами.
P. S. Интересуют компьютерные сети, сетевые технологии, протоколы передачи данных? Обратите внимание на следующие курсы в Otus:
