Вперше поняття «протокол» було використано у 1967 році Роджером Скентлбері та Кітом Бартлеттом, які опублікували меморандум про протокол про використання в мережі передачі даних NPL. З того часу поняття протоколу розширилося, а різних варіацій наборів угод передачі даних вже складно порахувати. Частина з них залишилася існувати лише на «папері», але інші щільно увійшли до сучасного життя людини.
Що таке протокол передачі даних
Протокол передачі даних — набір угод, що дозволяє здійснювати обмін даними між різними комп'ютерами, мережами та програмами.
Саме протоколи визначають спосіб передачі повідомлень, обробки помилок у мережі та дозволяють розробляти стандарти, які не були б прив'язані до однієї певної апаратної платформи. Мережі, які підключаються до Інтернету, використовують для з'єднання протоколи.
Передача даних може здійснюватися між двома та більше об'єктами системи. При кожному обміні повідомленнями використовується певний формат обробки даних.
Кожне повідомлення має точне значення, необхідне отримання певної відповіді із заздалегідь сформованого ряду можливих відповідей для конкретної ситуації. Тому протоколи для спілкування те саме, що й алгоритми для обчислень, адже мови програмування описують те саме при здійсненні обчислень.
Кожен із протоколів має бути узгоджений із тими, хто ними користується. Тому для досягнення угоди протокол запроваджують у технічні стандарти. Обробкою протоколів та форматів для мережі займаються різні цільові групи та організації: IETF, IEEE, ISO, МСЕ, ТЗОП.
Різновиди мережевих протоколів
При розгляді роботи інтернету мережа розглядається лише в горизонтальній площині, звертаючи увагу лише на верхні рівні та додатки. Але насправді встановлення з'єднання між двома комп'ютерами потребує взаємодії безлічі вертикальних шарів та рівнів.
Тільки з кількох протоколів, які працюють один поверх одного (у суворій ієрархії), можна реалізувати мережне з'єднання. Кожен із шарів дозволяє абстрагувати передані дані, спрощуючи їх передачі на наступний рівень, щоб у результаті додаток зміг видати інформацію у вигляді, яким її може сприймати людина.
Визначено 7 рівнів протоколів Інтернету моделі ISO. Всі вони відрізняються по обладнанню, що використовується, хоча передаються одні і ті ж дані, вид яких не змінюється.
Якщо з пристрою відправника файл проходить шлях від 1 до 7 рівня, з боку одержувача всі шари будуть представлені у зворотному порядку.
Їхня сукупність є стеком мережевих протоколів. Як і в будь-якій іншій системі, вони мають свою ієрархію, в якій рівні і представлені аналогічно наведеному нижче списку. Кожен з них додає свою інформацію до початкового набору даних, щоб новий рівень розумів, що саме необхідно робити з пакетом, що передається.
7 рівнів відповідно до моделі OSI (Open System Interconnect), які складають весь шлях інформації з одного пристрою на інший:
- Фізичний рівень – це фізичне середовище, де відбувається обмін інформацією. На цьому рівні знаходяться хаби, ретранслятори сигналів та медіаконвертери. По дротах подається електричний імпульс, який трансформується в бінарний код, що складається з одиниць та нулів.
- Канальний рівень — інформація надходить на хост для її обробки. Кожен пристрій має свою MAC-адресу, яка використовується для однозначної ідентифікації. MAC-адреса складається з 6 октетів, у яких зібрано 12 шістнадцяткових знаків. Тут є рівень LLC, який необхідний для обслуговування мережевого рівня.
- Мережевий рівень — для ідентифікації пристроїв використовується IP-адреса, за допомогою якої можна підключитися та отримати статус унікальної одиниці у глобальній мережі. Головне завдання рівня – доставити інформацію до адресата. Вся інформація, що отримується, передається в пакетах, які далі відправляються на наступний рівень. Саме тому в різних онлайн-іграх є поняття Packet Loss – втрата пакетів, за яких гра починає працювати некоректно.
- Транспортний рівень – тут вже відбувається формування отриманої інформації з пакетів у вигляд. Рівень стежить, щоб дані, що надходять, були в цілісності. Для цього великі блоки даних фрагментуються або поєднуються, залежно від налаштувань протоколу. Мережі, які підключаються до Інтернету, використовують для з'єднання протоколи транспортного рівня «крапка-крапка».
- Сесійний рівень – проводять перевірку сеансу зв'язку та наявність прав доступу на підключення до сесії, підтримують його потік, синхронізують початок та кінець.
- Рівень представлення – на цьому етапі отримана інформація декодується і розпаковується, щоб браузер або програма могла обробити отриману інформацію у зрозумілий для себе вигляд. Тут інформація кодується і стискається, коли дані відправляються в іншу сторону. Тоді дані, що відправляються, перетворюються на формат, зручний для приміщення в пакети.
- Прикладний рівень — регулюють взаємодію мережі та користувача, дозволяючи програмам обробляти, отримувати інформацію та доступ до даних через файли, БД та мережні служби. Протоколи, які застосовуються тут, називаються вищими (HTML, FTP, POP3 та ін.).
На кожному з рівнів можна підключити свої протоколи, які у зв'язці один з одним і дозволяють інформації переміщатися з одного пристрою до іншого, щоб у результаті потрапити до апаратного забезпечення для її відображення людині.
Знайомство зі світом стеків протоколів розпочато з ICO неспроста. Адже розглянувши більш докладну схему, легше зрозуміти побудову іншої схеми, в якій одна відмінність — кількість шарів.
Під час розгляду мережної моделі TCP/IP рівні роботи мережі представляються у простішому вигляді. Стек отримав назву за двома основними протоколами, адже вони є основною для передачі в глобальній мережі. Її розробкою займалося Міністерство оборони США, тому можна почути альтернативну назву DoD (Department of Defence).
До появи інтернет-протоколів користувачі не могли передати інформацію з однієї мережі до іншої. Тому всі мережі були ізольовані одна від одної, не могли бути об'єднані у Світову.
Але в 1970-х з'явився TCP/IP, де виділяють лише 4 рівні:
- Програми (прикладний рівень) — надають більшості програм послуги для обміну даними з протоколами, підключеними на нижніх рівнях. Кожна програма може використовувати свій унікальний протокол інтернету (HTTP для гіпертексту, SMTP для пошти, FTP для файлів і т. д.).
- Транспорт (транспортний рівень) – виконують саму доставку пакетів, виділяються протоколи TCP (протокол управління передачею) та UDP (протокол користувальницьких датаграм). TCP відрізняється надійністю, гарантує, що інформація буде передана у повному обсязі. UDP ненадійний, під час транспортування може бути втрачена частина даних, що використовується в іграх, потоковій передачі відео.
- Інтернет (міжмережевий рівень) – дозволяє об'єднати всі локальні мережі між собою у глобальний інтернет через систему маршрутизації. Він регламентує передачі всередині безлічі мереж, надаючи можливість міжмережевого взаємодії з допомогою магістральних і прикордонних маршрутизаторів.
- З'єднання (канальний рівень) — призначений, щоб давати описи обміну інформацією на рівні мережевих пристроїв. Дозволяє визначити спосіб передачі даних від одного пристрою до іншого. Дані сортуються, кодуються та розбиваються на пакети.
Цікавим нюансом є те, що офіційний стандарт RFC 1122 (саме на ньому побудований стек протоколів TCP/IP) включає 4 рівні, хоча згідно з підручниками (особливо за авторством Е. Таненбаума) прийнято розкривати 5 рівнів, адже також слід враховувати фізичний рівень , який стає додатковим. Але через те, що цей шар не вважається офіційним, розглядати його варто лише за глибокого вивчення тематики.
Який є основним у мережі інтернет
Існує безліч протоколів інтернету та їх призначення для передачі даних, які набули широкого поширення. Кожен із них встановлює власні правила, синтаксис, семантику, синхронізацію зв'язку та методи усунення помилок. Протоколи можуть реалізовуватися за допомогою апаратного або програмного забезпечення або їх комбінації.
IP (Internet Protocol) — визначає для кожного пристрою унікальну IP-адресу, щоб комп'ютери могли знайти один одного в глобальній мережі, протокол реалізується двома способами: IPv4 та IPv6. Саме його часто називають «основним у мережі», хоча таке твердження правдиве лише частково.
Насправді, одного основного протоколу в мережі інтернет не існує. Робота з передачі даних є можливою лише завдяки суміщенню технологій, щоб кожному етапі виконувалася суворо поставлене завдання. Зрозуміти це можна, якщо розглядати мережу у вертикальній площині, звертаючи увагу на кожен із рівнів.
Призначення інших протоколів
Робота інтернету – це спільне використання безлічі протоколів. Щоб зрозуміти, яким протоколом здійснюється передача файлів у мережі інтернет, необхідно ознайомитися з коротким списком інструментів для глобальної мережі:
- MAC (Media Access Control) — необхідний для ідентифікації пристроїв у локальній мережі, отримуючи від кожного з них унікальну MAC-адресу, яка має кожен комп'ютер, телефон;
- ICMP (Internet Control Message Protocol) – завдяки ньому пристрої можуть обмінюватися один з одним інформаційними повідомленнями та помилками, використовується для діагностики, дані не передає;
- TCP (Transmission Control Protocol) – працює аналогічно ICMP, але передає саме дані, відрізняється високою надійністю, незважаючи на велику кількість доступних шляхів, адже після передачі інформації вона наводиться до правильного порядку, тільки після цього відправляється в додаток;
- UDP (User Datagram Protocol) – схожий на TCP, також є частиною транспортного рівня, але передбачає ненадійну передачу даних, при якій може бути втрачена частина даних, але відрізняється високою швидкістю роботи;
- HTTP (Hypertext Transfer Protocol) — запитує певні ресурси віддаленої системи, після чого формує код у текст, зрозумілий людині, стандартний протокол мережі інтернет , обов'язковий на всіх сайтах в інтернеті;
- FTP (File Transfer Protocol) – використовується для передачі даних, працює з програмами, відрізняється низькою безпекою, тому не застосовується для передачі важливої особистої інформації;
- DNS (Domain Name System) — перетворює IP-адреси на прості для людського розуміння доменні імена і навпаки, за рахунок чого можна ввести в пошуковий рядок адресу сайту та перейти на бажану сторінку;
- SSH (Secure Shell) – забезпечує віддалене керування системою за допомогою захищеного каналу.
На цьому протоколи, що використовуються нами, не обмежуються. Всі вони мають свої переваги та недоліки, що дозволяє їм виконувати певні завдання, наприклад, швидко передавати дані, але з їхньою частковою втратою або створювати повністю захищене з'єднання за допомогою шифрування.
