Сетевые протоколы: типы и назначение

Протоколы, используемые в Интернете

Английское слово «протокол», используемое в вычислительной технике, в русском варианте способно иногда ввести в заблуждение; более удачным было бы употребление слов формат или стандарт. Протокол – это формат передачи данных, имеющий силу более-менее общепринятого стандарта. Но слово «стандарт» формально неприменимо: соблюдение стандарта обязательно, и должно как-то контролироваться. В интернете же нет контролирующего органа, заставить исполнять стандарт невозможно. Протокол исполняется не потому, что того требует закон, а потому что это разумно. Например, если вы пишете программу, скажем, простейший текстовый редактор, то ваши пользователи вправе ожидать, что текст, созданный в нем, можно будет открыть и в другом редакторе – то есть, что программа поддерживает общепринятые форматы. Это необязательно, конечно, но ясно, что не поддерживая их, не наберешь благодарных пользователей. То же касается и сетевых протоколов.

Еще одна неточность часто связано с тем, что обычно по контексту понятно, что обсуждается, и слово «протокол» воспринимается как будто он один. На самом деле точнее представлять себе несколько протоколов, работающих одновременно каждый на своем уровне. Нижние протоколы обеспечивают физическую работу оборудования, протоколы среднего уровня – передачу данных по узлам сети, верхние – собственно, работу того или иного конечного приложения.

Так, при работе в интернете, протокол ARP (address resolution protocol) обеспечивает работу сетевых устройств – роутеров, сетевых карт, они должны установить связь, видеть и понимать друг друга. Протокол TCP/IP обеспечивает передачу данных по интернету, по всему пути следования, – в том числе он занимается и выбором маршрута, и контроль за полнотой передачи, не вникая в суть самих данных. Что важнее – он не заботится о том, как работает оборудование, и какой протокол обеспечивает его работу. Наконец, к примеру, протокол HTTP занимается передачей данных непосредственно от пользователя к серверу и назад к нему. Он используется в клиентской и серверной программе, но не имеет отношения ни к тому, как работает оборудование, ни к тому, как данные движутся по сети.

Из сказанного вытекает и ответ на вопрос кому и зачем нужно знание протоколов. Протоколы нижнего уровня требуются при разработке оборудования. При разработке и организации сети, способной подсоединится к интернету, потребуется знание протоколов TCP/IP. Наконец, знание протоколов верхнего уровня понадобится разработчикам программного обеспечения, связанного с работой в интернете.

Типы сетевых протоколов

Рассмотрим несколько самых популярных сегодня протоколов, работающих на разных уровнях:

Уже известный вам Media Access Control (MAC) это низкоуровневый сетевой протокол. С ним, в той или иной мере приходится сталкиваться всем пользователям. Используется он для идентификации сетевых устройств.

На следующем уровне после MAC располагается IP – Internet Protocol, имеющий две основные разновидности IPv4 и IPv6. Он назначает компьютерам уникальные IP-адреса, благодаря которым устройства могут себя обнаруживать в сети.

ICMP, TCP и UDP

Выше IP находятся такие протоколы:

• ICMP (Internet control message protocol), отвечающий за обмен информацией. Не используется для передачи данных. Именно ICMP используется в известной вам команде ping.
• TCP (Transmission control protocol). Этот сетевой протокол управляет передачей данных. TCP дает гарантия в том, что все переданные пакеты данных будут приняты правильно и ошибки будут полностью исключены.
• UDP (user datagram protocol) похож на TCP, но работает быстрее, так как в нем данные при получении не проверяются. В некоторых случаях использование UDP бывает вполне достаточным.

По своей распространенности в Интернет Hyper Text Transfer protocol находится на первом месте, ведь именно на его основе работают все сайты. С его помощью с локального компьютера можно открыть веб-сервис на удалённом сервере.

Как понятно из перевода названия, File Transfer Protocol служит для передачи файлов. Советуем не использовать его для передачи важных данных, так как в FTP не поддерживается необходимая безопасность.

POP3 и SMTP

Два протокола для работы с электронной почтой. POP3 отвечает за получение почты, SMTP – за отправку. Оба протокола позволяют доставлять email, передавая его почтовому клиенту.

Протокол SSH (Secure Shell) относится к уровню приложений. Создает защищенный канал для удаленного управления другой операционной системой. Поддерживает различные алгоритмы шифрования.

Стеки

В настоящее время существет большое количество протоколов, которые предназначены для обеспечения связи, однако каждый из них выполняет собственные задачи. Несколько работающих одновременно протоколов выполняют следующие функции:

• Подготовку информации
• Ее передачу
• Прием информации
• Вспомогательные действия

Подобное разбиение на функции позволяет протоколам работать слаженно. Несколько протоколов, которые работают одновременно, в связке принято называть стеком. В большинстве современных протоколов уровни в стеке совпадают с уровнями основополгающей моделью OSI, которая была разработана и утверждена сертификационным комитетом ISO в 1984 году. Стек представляет собой некий конгломерат протоколов, являя собой единое целое. Стек делиться по алгоритмическим уровням. Каждый из этих уровней для выполнения своих задач использует собственный протокол. Для каждого уровня применим собственный набор правил. В соновном принято выделять три типа стеков:

• Прикладные. Такие протоколы работают на высшем уровне в соответствии с моделью OSI. Они обеспечивают обмен данными между OSI-уровнями.
• Сетевые. Эти протоколы обеспечивают поддержку сеансов связи между компьютерами. Фактически они являются гарантией качественной и надежной связи.
• Транспортные. Такие протоколы наиболее популярны, и занимаются предоставлением услуг связи. На деле они управляют маршрутизацией, маршрутизацией, проверкой ошибок, а также запросами на повторную передачу данных.

Протоколы можно добавлять, удалять и выборочно привязывать ко всем сетевым интерфейсам сервера. По умолчанию порядок привязки протоколов определяется последовательностью, в которой они были установлены. Но при этом администратор всегда может изменить этот порядок для отдельных интерфейсов, что делает процесс управления более гибким. Например, к одному интерфейсу могут быть привязаны протоколы TCP/IP и IPX/SPX с приоритетом протокола TCP/IP, a к другому — те же протоколы, но с приоритетом IPX/SPX. Кроме того, для отдельных сетевых интерфейсов, протоколов и их комбинации можно произвольно включать или отключать сетевые службы. Это позволяет администраторам легко создавать защищенные конфигурации сети (например, отключить все сетевые службы для общедоступных интерфейсов с прямым подключением к Интернету).

Форматы протоколов

Теперь поговорим о том, что такое IP-протокол. Как мы уже отмечали, этот межсетевой протокол в стеке используется для определения адресации сетевого уровня. Существует два основных формата протокола, которые применяется для IP адресов:

• IPv4. Представляет собой 32-битное число. Представление адресов в такой форме достаточно удобное – оно представляет собой 4 группы десятичных чисел (но строго от 0 до 255), которые разделяются точками. Например: 188.227.9.194.
• IPv6. Такой формат подразумевает использование 128-битного числа. Адреса формируются в виде 8 групп, в каждой из которых имеется 4 шестнадцатеричные цифры. Разделяются группы двоеточием. Например: 2001:0058:0db8:0074:1c60:2c18:1025:2b5f.

Преобразование IP-адресов в символьные адреса

Технология активно используется для назначения буквенно-цифровых названий веб-ресурсов. При вводе домена в адресной строке браузера сначала происходит обращение к специальному серверу DNS. Он всегда прослушивает порт 53 у всех компьютеров, которые подключены к интернету, и по запросу преобразует введенное название в стандартный IP-адрес.

После определения точного местонахождения файлов сайта включается обычная схема работы – от прикладного уровня с кодированием данных до обращения к физическому оборудованию на уровне сетевых интерфейсов. Процесс называется инкапсуляцией информации. На принимающей стороне происходит обратная процедура – декапсуляция.

Заключение

Стек TCP/IP регламентирует взаимодействие разных уровней. Ключевым понятием в здесь являются протоколы, формирующие стек, встраиваясь друг в друга с целью передать данные. Рассмотренная модель по сравнению с OSI имеет более простую архитектуру.

Сама модель остается неизменной, в то время как стандарты протоколов могут обновляться, что еще дальше упрощает работу с TCP/IP. Благодаря всем преимуществам стек TCP/IP получил широкое распространение и использовался сначала в качестве основы для создания глобальной сети, а после для описания работы интернета.

Какие ещё протоколы используются в Интернете

Помимо выше указанных, для сети существуют и другие решения. У каждого свои особенности:

• MAC, или Media Access Control отвечает за идентификацию устройств в Сети на одном из самых низких уровней. Уникальным MAC-адресом снабжается каждое приспособление, которое подключается к Сети. Эту информацию задаёт ещё производитель. Физические адреса используются в случае с локальными сетями, по которым передают сведения. Это один из немногих протоколов, до сих пор остающийся достаточно популярным.
• DNS — протокол для передачи файлов. Отвечает за преобразование в сложные IP-адреса данных, которые раньше были легко понятны и читаемы. Обратный порядок преобразования тоже работает. Благодаря этому становится просто получать доступ к сайтам с помощью доменного имени.
• SSH реализуется для удалённого управления системой с участием защищённого канала. Этот вариант для работы используют многие технологии.

Важно! При выборе того или иного метода отталкиваться нужно от того, для чего предназначен тот или иной элемент. Одинаковым остаётся способ настройки в разных операционных системах. Только в некоторых специализированных компонентах заметно отличие.

Системы Windows изначально были настроены так, чтобы в качестве универсального протокола использовать TCP/IP. Все остальные функции не настраиваются вообще либо настраиваются, но автоматически.

Чёткая определённость и структурированность — главные условия для организации правильного обмена информацией по Сети между компьютерами. По этой причине применяются различные стандарты. Первоначально для установки протоколов использовались международные соглашения. Различные задачи, типы информации, протоколы могут быть разными в зависимости от того, что нужно пользователям или самим сетям.

Обратите внимание! Настройки в большинстве случаев автоматические, никаких проблем с работой возникнуть не должно. Хотя и ручная корректировка не доставляет хлопот, если следовать простым инструкциям.

Подгорнов Илья Владимирович Всё статьи нашего сайта проходят аудит технического консультанта. Если у Вас остались вопросы, Вы всегда их можете задать на его странице.

Какой протокол является базовым для сети Интернет

TCP/IP — самый распространённый протокол, по которому в настоящее время передаётся информация. Хранение базовой передаваемой информации обеспечивается за счёт добавления к этой схеме трёх параметров:

• повторная отправка запросов, если возникла ошибка;
• идентификатор, по которому действия подтверждают механически;
• порядковый номер для определения приоритета, очереди пересылки сведений. Называться он может по-разному.

Совокупность подобных характеристик будет работать, если в основе только IP-протокол. Он проходит несколько фаз по мере своей работы:

• фаза установки соединения;
• режим передачи;
• установление разрыва, когда процесс завершён.

Стек протоколов TCP/IP

Стек разделяется на четыре уровня, в каждом из которых свои протоколы. Все они функционируют одновременно, поэтому у каждого есть свои правила, чтобы они работали без перебоев и конфликтов.

1. Прикладной / Для приложений. Это: HTTP, SMTP, DNS, FTP и т.д. Т.е. Веб, почта, передача файлов и прочее.
2. Транспортный. Это: TCP, UPD и т.д. Отвечает за связь между компьютерами и за доставку данных.
3. Сетевой (межсетевой). IP, IGMP и т.д. Отвечает за адресацию.
4. Канальный / Сетевые интерфейсы. Это: Ethernet, Wi-Fi, DSL.

На этом стеке и реализовано все взаимодействие пользователей в IP сетях. Также, существуют и другие стеки: OSI, IPX/SPX, IPX/SPX.