Samodzielne składanie fizycznych elementów sieci komputerowej jest niewystarczające do jej funkcjonowania; podłączone urządzenia wymagają również sposobu komunikacji. Te języki komunikacji nazywane są protokołami sieciowymi.
Cel protokołów sieciowych
Bez protokołów urządzenia nie byłyby w stanie zrozumieć sygnałów elektronicznych, które wysyłają do siebie nawzajem przez połączenia sieciowe. Protokoły sieciowe spełniają te podstawowe funkcje:
- Adresuj dane do właściwych odbiorców.
- Fizycznie przesyłaj dane ze źródła do miejsca docelowego, w razie potrzeby z ochroną bezpieczeństwa.
- Odbieraj wiadomości i wysyłaj odpowiedzi w odpowiedni sposób.
Rozważ porównanie protokołów sieciowych ze sposobem, w jaki usługi pocztowe obsługują fizyczną pocztę papierową. Podobnie jak poczta zarządza listami z wielu źródeł i miejsc docelowych, protokoły sieciowe zapewniają ciągły przepływ danych wieloma ścieżkami.
W przeciwieństwie do poczty fizycznej protokoły sieciowe zapewniają jednak zaawansowane możliwości. Obejmują one dostarczanie stałego przepływu wiadomości do jednego miejsca docelowego (tzw. przesyłanie strumieniowe) i automatyczne tworzenie kopii wiadomości w celu dostarczenia do wielu miejsc docelowych jednocześnie (tzw. rozgłaszanie).
Typowe typy protokołów sieciowych
Nie istnieje żaden protokół, który obsługuje wszystkie funkcje, których potrzebuje każda sieć komputerowa. Mimo to każdy służy jako klucz, który odblokowuje dane urządzenie sieciowe lub usługę. Na przestrzeni lat wynaleziono różne protokoły sieciowe, z których każdy próbował obsługiwać określone typy komunikacji sieciowej.
Trzy podstawowe cechy odróżniające jeden typ protokołu od drugiego to:
- Simplex vs. duplex: Połączenie simpleks pozwala tylko jednemu urządzeniu na transmisję w sieci. Dwustronne połączenia sieciowe umożliwiają urządzeniom przesyłanie i odbieranie danych przez to samo fizyczne łącze.
- Zorientowany na połączenie lub bezpołączeniowy: Zorientowany na połączenie protokół sieciowy wymienia (proces zwany uzgadnianiem) informacji adresowych między dwoma urządzeniami, które pozwalają im na prowadzenie konwersacji (tzw. Sesja). Protokoły bezpołączeniowe dostarczają pojedyncze komunikaty z jednego punktu do drugiego bez względu na podobne komunikaty wysłane przed lub po (i bez wiedzy, czy komunikaty zostały pomyślnie odebrane).
- Warstwa: Protokoły sieciowe zwykle pracują razem w grupach (nazywanych stosami, ponieważ diagramy często przedstawiają protokoły jako pola ułożone jeden na drugim). Niektóre protokoły działają w niższych warstwach ściśle powiązanych z fizycznym działaniem różnych typów okablowania bezprzewodowego lub sieciowego. Inni pracują na wyższych warstwach powiązanych ze sposobem działania aplikacji sieciowych, a niektórzy pracują na warstwach pośrednich pomiędzy nimi.
Rodzina protokołów internetowych
Powszechne protokoły sieciowe w użytku publicznym należą do rodziny protokołów internetowych. IP to podstawowy protokół, który umożliwia komunikację między domami i innymi sieciami lokalnymi w Internecie.
IP działa dobrze przy przenoszeniu pojedynczych wiadomości z jednej sieci do drugiej. Nie obsługuje koncepcji konwersacji (połączenie, przez które strumień wiadomości może podróżować w jednym lub obu kierunkach). Protokół kontroli transmisji (TCP) rozszerza IP dzięki możliwościom wyższej warstwy. Ponieważ połączenia punkt-punkt są niezbędne w Internecie, oba protokoły są sparowane i znane jako TCP/IP.
Zarówno TCP, jak i IP działają w środkowych warstwach stosu protokołów sieciowych. Popularne aplikacje w Internecie czasami implementują swoje protokoły na szczycie TCP/IP. HyperText Transfer Protocol jest używany przez przeglądarki internetowe i serwery na całym świecie. Z kolei TCP/IP działa w oparciu o technologie sieciowe niższego poziomu, takie jak Ethernet. Inne popularne protokoły sieciowe z rodziny IP to ARP, ICMP i FTP.
Jak protokoły sieciowe wykorzystują pakiety
Internet i większość innych sieci danych działa na zasadzie organizowania danych w małe fragmenty zwane pakietami. Aby poprawić wydajność i niezawodność komunikacji, każda duża wiadomość wysyłana między dwoma urządzeniami sieciowymi jest często dzielona na mniejsze pakiety przez podstawowy sprzęt i oprogramowanie. Te sieci z przełączaniem pakietów wymagają, aby pakiety były zorganizowane w określony sposób, zgodnie z protokołami obsługiwanymi przez sieć. Takie podejście dobrze sprawdza się w technologii nowoczesnych sieci, ponieważ obsługują one dane w postaci bitów i bajtów (cyfrowe jedynki i zera).
Każdy protokół sieciowy definiuje zasady organizacji pakietów danych. Ponieważ protokoły takie jak Internet Protocol często współpracują ze sobą w warstwach, niektóre dane osadzone w pakiecie sformatowanym dla jednego protokołu mogą być w formacie innego powiązanego protokołu (metoda zwana enkapsulacją).
Protokoły zwykle dzielą każdy pakiet na trzy części - nagłówek, ładunek i stopkę. Niektóre protokoły, takie jak IP, nie używają stopek. Nagłówki i stopki pakietów zawierają informacje kontekstowe wymagane do obsługi sieci, w tym adresy urządzeń wysyłających i odbierających. Ładunki zawierają dane do przesłania.
Nagłówki lub stopki często zawierają specjalne dane poprawiające niezawodność i wydajność połączeń sieciowych, takie jak liczniki śledzące kolejność wysyłania wiadomości oraz sumy kontrolne, które pomagają aplikacjom sieciowym wykrywać uszkodzenie danych lub manipulację.
Jak urządzenia sieciowe korzystają z protokołów
Systemy operacyjne urządzeń sieciowych zawierają wbudowaną obsługę niektórych protokołów sieciowych niższego poziomu. Wszystkie nowoczesne systemy operacyjne komputerów stacjonarnych obsługują na przykład Ethernet i TCP/IP. Wiele smartfonów obsługuje Bluetooth i protokoły z rodziny Wi-Fi. Protokoły te łączą się z fizycznymi interfejsami sieciowymi urządzenia, takimi jak porty Ethernet i moduły radiowe Wi-Fi lub Bluetooth.
Aplikacje sieciowe obsługują protokoły wyższego poziomu, które komunikują się z systemem operacyjnym. Na przykład przeglądarka internetowa tłumaczy adresy takie jak https://lifewire.com/ na pakiety HTTP zawierające dane, które serwer sieciowy może odebrać i odesłać do właściwej strony. Urządzenie odbierające jest odpowiedzialne za ponowne składanie pojedynczych pakietów w oryginalną wiadomość poprzez usuwanie nagłówków i stopek oraz łączenie pakietów we właściwej kolejności.
