Чтобы работать в Интернете, необходимо правильно настроить оборудование и сетевое подключение. Добиться соответствующего результата удается за счет разнообразных «скриптов». Они работают по специальным правилам. Речь идет о протоколах.

Далее предстоит познакомиться с соответствующим понятием получше. Необходимо выяснить, что собой представляют протоколы в информатике и IT, для каких целей они используются, какими бывают. Подобная информация рассчитана на широкий круг лиц. Она пригодится как обычным ПК-пользователям, так и IT-специалистам, особенно тем, кто планирует работать с компьютерными сетями.

Определение

Протокол – это совокупность правил, использующихся для обмена данными между оборудованием и программным обеспечением. В информатике с помощью соответствующего термина характеризуют комплекс правил, разработанных для «общения» между собой различных устройств и приложений.

Протокол передачи данных – это набор соглашений интерфейса логического уровня, которые отвечают за определение обмена данными между оборудованием и программами. Соответствующие соглашения задают единообразный способ передачи сообщений и обработки ошибок в процессе взаимодействия программного обеспечения на компьютере с тем или иным интерфейсом.

Любые связи между устройствами обеспечиваются за счет протоколов. Они могут быть:

1. Физическими. Такие протоколы отвечают за то, как именно и какие сигналы будут идти от одного оборудования к другому.
2. Логическими. Отвечают непосредственно за смысл и передачу данных после установления связи.

В информатике также имеются сетевые «скрипты». Это протоколы, которые представлены набором правил и очередности действий, позволяющим осуществлять соединение и обмен данными между устройствами, включенными в одну и ту же сеть. Они предписывают правила работы компьютерам, подключенным к сети. Строятся такие «скрипты» по многоуровневому принципу.

OSI – модель сетевых протоколов

OSI – модель, которая позволяет разнообразным устройствам и системам связи коммуницировать друг с другом при помощи общепринятых (единых) стандартов. Она базируется на разделении всей системы связей на несколько уровней. Каждый из них представляет собой группы протоколов и принципы связей:

1. Физический уровень. Здесь определяются физические (оптические, механические, электрические) характеристики подключения.
2. Канальный уровень. Отвечает за определение правил использования физического уровня сетевыми узлами.
3. Сетевой уровень. Отвечает за адресацию и доставку данных (сообщений).
4. Транспортный уровень. Помогает контролировать очередность прохождения элементов сообщения.
5. Сеансовый уровень. Отвечает за обеспечение и контроль связи между двумя прикладными приложениями, функционирующими на разных рабочих станциях (устройствах).
6. Уровень представления. Преобразовывает данные из внутреннего формата оборудования в формат передачи.
7. Прикладной уровень. Выступает в качестве пограничного между прикладными приложениями и другими уровнями. Необходим для обеспечения удобного интерфейса связи сетевых программ пользователя.

 Если в процессе передачи данных возникают сбои и неполадки, при помощи модели OSI удается быстрее и проще локализовать проблемы на конкретных уровнях, а также ускорить процесс восстановления работоспособности всей системы.

OSI – это эталонный стандарт работы сети, но сейчас он является устаревшим. Современные протоколы работают сразу на нескольких «слоях» упомянутой модели. Это привело к тому, что возникла новая концепция функционирования сети. Она называется TCP/IP и используется большинством современных устройств.

Модель TCP/IP

TCP/IP – модель, помогающая понять принцип взаимодействия сетевых узлов в Интернете. Название соответствующей концепции включает в себя два основных протокола. На них построен весь современный Интернет:

1. TCP – протокол управления передачей информации. Позволяет устанавливать и поддерживать надежное соединение между устройствами. Контролирует передачу данных, следит за объемом перенаправляемых файлов. TCP при сбое будет повторно отправлять документы получателю.
2. IP – Интернет-протокол. Является «базой» передачи пакета данных. Используется для отправки сетевой информации по тому или иному адресу. Последний называется «IP-адрес». При использовании «скрипта» IP все данные делятся на несколько пакетов, после чего они отправляются получателю независимо друг от друга.

Модель TCP/IP включает в себя всего 4 уровня:

• канальный;
• сетевой;
• транспортный;
• прикладной.

Далее предстоит познакомиться с самыми распространенными протоколами межсетевого и транспортного уровней, а также уровня протоколов. Это связано с тем, что именно с ними программисты и другие IT-специалисты имеют дело при возникновении проблем на сервере или в сети.

Транспортный уровень

Для чего необходимы протоколы, понятно. Теперь можно ознакомиться с самыми распространенными из них. Начать необходимо с транспортного уровня.

IP и IP-адреса

IP – это самый простой протокол. Он объединяет отдельные компьютеры и устройства в глобальную сеть. Ключевой задачей соответствующего протокола является маршрутизация датаграмм – определение маршрута, по которому будут следовать пакеты по сетевым узлам.

IP не отличается надежностью. Он не определяет факт передачи пакета и не отвечает за контроль целостности данных. IP лишь осуществляет пересылку информации. Для этого предварительно определяется на какой порт отправлять пакет:

1. IPv4 – 32-разрядная система, которая включает в себя 4 раздела, отделяемых друг от друга точками. Поддерживает до 4 294 967 296 адресов и выступает протоколом по умолчанию. Преимуществом такого «скрипта» является его простота. Недостатком – ограниченное адресное пространство («исчерпание адресов»).
2. IPv6 – 128-битное адресное пространство. Обеспечивает порядка 2¹²⁸ адресов. Формат записи включает в себя 8 разделов, каждый из которых записывает четыре 16-ричных цифры. Этот протокол тяжело администрировать.

Это основные виды IP-протоколов. Но на транспортном уровне есть и другие значимые «скрипты».

TCP и обмен данными

TCP используется для того, чтобы устройства могли обмениваться сообщениями (данными). Для передачи информации происходит деление исходного документа на части, каждая из которых будет передана получателю. После этого пакеты собираются обратно.

У TCP имеются следующие свойства:

1. Система нумерации сегмента. Она отслеживает передаваемые и принимаемые пакеты, присваивая каждому из них номера.
2. Управление потоком. Данная функция ограничивает скорость, с которой отправитель будет передавать данные. Соответствующий прием используется для обеспечения надежности доставки. Получатель все время сообщает, какой объем информации он сможет принять.
3. Контроль ошибок. Функция, которая реализуется для повышения надежности подключения и обмена данными. Контроль осуществляется при помощи проверки байтов на факт целостности.
4. Порт источника и порт назначения. TCP использует специальные порты связи для различных протоколов. SSH будет задействовать 22 порт, HTTP – 80, HTTPS – 443.

Кроме TCP, на транспортном уровне есть еще один протокол передачи данных – UDP. Он встречается не так часто, но помнить о нем необходимо каждому IT-специалисту.

UDP

UDP – протокол, обеспечивающий передачу данных без подтверждения со стороны пользователя о результатах действий. За счет этого удается добиться высокой скорости информационного обмена, но за счет надежности и безопасности.

UDP работает путем сбора данных в UDP-пакет и добавления в него собственной информации заголовка. Заголовок рассматриваемого протокола включает в себя 4 поля по 2 байта:

• номер порта источника;
• номер порта назначения;
• длина заголовка;
• контрольная сумма блока.

UDP часто используется в приложениях, работающих в режиме реального времени. Там, где вопросам надежности и безопасности можно уделить меньше времени, а задержка передачи данных не станет огромной проблемой. Он также встречается в проектах с большим количеством подключенных клиентов – в онлайн-играх, видеоконференциях, при потоковой передаче мультимедиа.

SCTP

SCTP используется для обеспечения надежной последовательной передачи данных. Предусматривает поддержку многоадресного соединения – когда один или оба конечных узла могут состоять более, чем из одного IP-адреса. За счет такого подхода удается добиться прозрачности переключения между резервными сетевыми путями.

SCTP работает для некоторых онлайн-приложений подобно TCP и UDP. Его главное преимущество – это быстрое переключение между интерфейсами. За счет этой особенности SCTP используется компаниями, для которых критична недоступность приложений.

RTP

RTP – вид протокола транспортного уровня. Он используется при передаче потоковых аудио и видео. Встречается преимущественно в IP-телефонии. Применяется преимущественно совместно с RTCP.

RTP – основной стандарт, используемый в процессе передачи аудио и видео по IP-сети. Он может осуществлять ее нескольким конечным адресам одновременно за счет многоадресной IP-рассылки.

Межсетевой уровень

На межсетевом уровне тоже есть ряд популярных протоколов, о которых должен знать каждый IT-специалист. Это поможет быстрее и лучше понять, как он функционирует.

ICMP

Так называется протокол управляющих сообщений в сети. Его задачей является диагностика проблем в процессе взаимодействия нескольких устройств. Соответствующий протокол определяет, достигли ли данные места назначения или нет.

Ключевой целью ICMP является информирование об ошибках. Если какие-то данные не переданы получателю, система сгенерирует ошибки для обмена с отправляющим устройством.

OSPF

Это протокол маршрутизации состояния канала сети. Используется для поиска оптимального пути между исходным и конечным маршрутизаторами. Работает на межсетевом уровне OSI.

После настройки OSPF анализирует соединение маршрутизаторов и собирает все доступные данные о состояниях каналов для построения топологической карты всех доступных путей в пределах своей сети. После этого он сохраняет полученные сведения в своей базе данных (LSDB). На основе полученных данных осуществляется расчет оптимального (самого короткого) пути к доступной подсети/сети.

Прикладной уровень

На прикладном уровне тоже есть протоколы, которые встречаются чаще остальных. Ниже – их краткое описание.

FTP

FTP представляет собой клиент-серверный протокол, использующий два канала для передачи данных:

1. Командный. Он управляет процессом передачи информации.
2. Транспортный. Этот канал отвечает за непосредственную передачу данных.

Для FTP-протокола устройство конечного пользователя называется локальным хостом, а второй компьютер – удаленным хостом (он играет роль сервера). Чтобы протокол нормально работал, он должен быть корректно настроен.

DNS

DNS – это справочник сети Интернет. DNS-сервер позволяет людям не запоминать IP-адреса, которые используются различными устройствами. Можно выделить несколько DNS-серверов, участвующих в загрузке веб-страниц:

1. Recursor. Представляет собой справочник, отвечающий за прием запросов от пользовательских компьютеров. Примером могут послужить приложения браузеров.
2. Root nameserver. Это корневой сервер. Он является первым в процессе преобразования имени хоста в IP-адрес. Дает возможность получения списка DNS-серверов.
3. TLD nameserver. Так называется следующий шаг при поиске IP. Он хранит данные про все доменные имена с общим расширением (.ru, .com и так далее).
4. Authoritative nameserver. Используется для выдачи окончательных ответов на запросы о DNS.

Для сети есть еще один значимый протокол, который выступает основной Интернета. О нем должен знать даже пользователь, далекий от IT.

HTTP(S)

HTTP – основа Интернета. Этот протокол используется для загрузки веб-страниц при помощи гипертекстовых ссылок. Относится к прикладному виду и работает поверх других уровней стека сетевых протоколов.

Принцип передачи данных по HTTP включает в себя устройство-клиент, который отправляет запрос на сервер и возвращает тот или иной ответ. Каждый HTTP-запрос состоит из закодированных данных. Они включают в себя:

• URL-адрес;
• версию HTTP;
• метод запроса;
• заголовок, отвечающий за основные данные о запросе и содержащий пары ключ-значение;
• тело запроса.

После получения запроса сервер дает ответ. В его структуру входят: код состояния, заголовок и тело ответа.

HTTP – это плохо защищенный протокол. Ему на смену пришел новый стандарт – HTTPS. По сути, это два одинаковых протокола, но второй более защищен.

В статье было раскрыто понятие сетевых протоколов, а также рассмотрены их основные виды на различных уровнях. Лучше работать с сетью помогут дистанционные компьютерные курсы.

P. S. Интересуют компьютерные сети, сетевые технологии, протоколы передачи данных? Обратите внимание на следующие курсы в Otus:

• Network engineer;
• Network engineer. Basic.