Программа это протокол взаимодействия

Обновлено: 17.05.2024

Глобальная сеть Интернет объединяет миллионы абонентских систем, оснащенных компьютерами разных типов (от персональных компьютеров до больших и сверхбольших компьютеров – мэйнфреймов). Для обеспечения их информационного взаимодействия между собой используется специальная система протоколов.

Протокол – набор правил, регулирующих процесс приема/передачи данных.

Протоколы семейства TCP/IP были выбраны за основу сети Internet по ряду причин: возможность работы с этими протоколами как в локальных (LAN), так и в глобальных (WAN) сетях; способность протоколов управлять большим количеством стационарных и мобильных пользователей; удобство для использования пользователями; обеспечение высокого уровня взаимодействия между различными операционными системами; предоставление средств для разработки на их основе приложений и т.д.

В сущности, в комплекс протоколов Internet входит множество протоколов (FTP, TELNET, ARP и др.), но наиболее известные из них TCP и IP, поэтому, ссылаясь на этот комплекс протоколов, используют термин TCP/IP – технологию межсетевого взаимодействия. Часть протоколов семейства TCP/IP обеспечивает выполнение низкоуровневых сетевых функций (работа с аппаратными протоколами, поддержка механизма доставки пакетов адресатам, обеспечение достоверности и надежности соединения взаимодействующих узлов и др.), а другая часть – выполнение прикладных задач (передача файлов между компьютерами сети, отправка электронной почты, чтение гипертекстовой страницы WWW-сервера).

Главное отличие сети Internet от других сетей заключается именно в ее протоколах TCP/IP, охватывающих целое семейство протоколов взаимодействия между компьютерами сети. TCP/IP – это технология межсетевого взаимодействия, технология сети Internet.

Протокол TCP/IP состоит из двух частей – IP и TCP.

Основу этой системы составляют два главных протокола:

Internet Protocol (IP) – протокол межсетевого взаимодействия, выполняет функции сетевого уровня модели OSI.

Transmission Control Protocol (ТСР) – протокол управления передачей, выполняет функции транспортного уровня модели OSI.

Протокол IP (Internet Protocol – межсетевой протокол) является главным протоколом семейства, он реализует распространение информации в IP-сети и выполняется на третьем (сетевом) уровне модели взаимодействия открытых систем. Протокол IP обеспечивает дейтаграммную доставку пакетов, его основная задача – маршрутизация пакетов. Он не отвечает за надежность доставки информации, за ее целостность, за сохранение порядка потока пакетов. Сети, в которых используется протокол IP, называются IP-сетями. Они работают в основном по аналоговым каналам (т.е. для подключения компьютера к сети требуется IP-модем) и являются сетями с коммутацией пакетов. Пакет здесь называется дейтаграммой.

Функции протокола IР:

- маршрутизирует отправляемые пакеты;

- обрабатывает получаемые пакеты.

Высокоуровневый протокол TCP (Transmission Control Protocol – протокол управления передачей) работает на транспортном уровне и частично на сеансовом уровне модели взаимодействия открытых систем. Это протокол с установлением логического соединения между отправителем и получателем. Он обеспечивает сеансовую связь между двумя узлами с гарантированной доставкой информации, осуществляет контроль целостности передаваемой информации, сохраняет порядок потока пакетов. Протокол ТСР делит поток байт на сегменты и передает их сетевому уровню. На приемной стороне этот протокол снова собирает сегменты в непрерывный поток байт.

Функции протокола TCP:

- управляет потоком информационных пакетов;

- обрабатывает ошибки в пакетах;

- гарантирует получение и сборку информационных пакетов в нужном порядке.

Реализация протоколов TCP/IP включает следующие процедуры:

передаваемая информация упаковывается средствами прикладной программы в блоки заданного формата;

каждому пакету присваивается индивидуальный номер и заголовок. Номера пакетов позволяют в дальнейшем контролировать полноту получения информации;

каждый пакет доставляется адресату независимо от всех других пакетов по оптимальному на текущий момент времени маршруту, т.е. пакеты могут передаваться разными путями, что позволяет повысить общую эффективность использования каналов телекоммуникационной сети и надежность доставки пакетов;

полученные пакеты контролируются средствами протокола TCP на наличие ошибок. В случае искажения или потери пакета организуется его повторная передача;

Протоколы IP и TCP тесно связаны между собой и часто указываются под одним названием – протоколы стека TCP/IP.

На основе стека протоколов TCP/IP разработаны следующие широко применяемые в сети Internet сервисные протоколы:

ü протокол передачи файлов (FTP, File Transfer Protocol);

ü протокол удаленного доступа, то есть дистанционного исполнения команд на удаленном компьютере (Telnet);

ü простой протокол пересылки электронной почты (SMTP, Simple Mail Transfer Protocol);

ü протокол передачи новостей (NNTP, Network News Transfer Protocol).

Эти протоколы порождают в сети соответствующие им прикладные процессы. Информационное взаимодействие между процессами реализуется протоколом TCP. Одновременно в сети может выполняться несколько процессов.

Для идентификации процессов им присваиваются номера, называемые номерами портов. Номера портов могут жестко закрепляться за конкретными процессами или динамично присваиваться процессам сервером портов при их активизации.

Пример жесткого закрепления номеров портов:

порт 21 – закреплен за процессом передачи файлов протоколом FTP;

порт 23 – закреплен за процессом удаленного доступа к файлам протоколом Telnet.

Номер порта и IP-адрес однозначно определяют процесс, выполняемый в сети.

Протокол не следует путать с интерфейсом подключения и вообще с физическим уровнем (хотя такой термин и встретится нам в рассматриваемой далее модели). Протокол это уровень логический.

Сетевые протоколы

Сетевые протоколы регулируют обмен связи между двумя соединенными в сеть устройствами. Вообще, что мы в данном случае подразумеваем под сетью? Соединение компьютера и монитора это сеть? Нет, поскольку в данном случае монитор — это устройства вывода. Происходит вывод информации на экран, но не обмен ею. Соответственно, под сетью мы подразумеваем связь двух и более устройств, способных хранить и обрабатывать информацию.

Чаще всего сетевые протоколы классифицируют по модели OSI (Open Systems Interconnection Basic Reference Model). Модель состоит из семи уровней и упрощает понимание функционирования сети. Уровни располагаются вертикально друг над другом. Уровни взаимодействуют друг с другом по вертикали через интерфейсы, и могут взаимодействовать с параллельным уровнем другой системы по горизонтали с помощью протоколов. Каждый уровень может взаимодействовать только со своими соседями и с себе подобным.

Уровень	Что передаётся
Прикладной	Данные
Представления	Данные
Сеансовый	Данные
Транспортный	Блоки
Сетевой	Пакеты
Канальный	Кадры
Физический	Биты

Нетрудно догадаться, что прикладной уровень является самым верхним (седьмым), а физический лежит в основе основ (первый уровень).

Пойдем снизу вверх.

1. Физический уровень — на этом уровне работают хабы и ретрасляторы сигнала. Здесь осуществляется передача данных по проводам или беспроводным путём. Происходит кодировка сигнала. Осуществляется стандартизация сетевого интерфейса (пример, разъем RJ-45).

2. Канальный уровень — уровень коммутаторов, мостов и драйверов сетевых карт. Данные упаковываются во фреймы, проверяются ошибки и данные отправляются на сетевой уровень.

Протоколы: Ethernet, FDDI, PPP, PPTP, L2TP, xDSL и др.

3. Сетевой уровень — здесь определяется путь передачи данных, определяется кратчайший маршрут, происходит контроль неисправностей сетей. Это уровень маршрутизаторов.

Протоколы: IPv4, IPv6, ARP, ICMP.

4. Транспортный уровень отвечает за механизм передачи. Блоки данных разбиваются на фрагменты, избегаются потери и дублирование.

Протоколы: TCP, UDP, RDP, SPX, SCTP и др.

5. Сеансовый уровень отвечает за поддержание сеанс связи. Создание и завершение сеанса, права передачи данных и поддержание сеанса в момент неактивности приложений — всё происходит на этом уровне.

Протоколы: SSL, NetBIOS.

6. Уровень представления занимается кодированием и декодированием данных. Данные из приложения преобразуются в формат для транспортировки по сети, а пришедшие из сети в формат, понятный приложению.

Протоколы: FTP, SMTP, Telnet, NCP, ASN.1 и др.

7. Прикладной уровень — это уровень взаимодействия сети и пользователя. На этом уровне различные программы, которыми пользуется человек, получают доступ к сети.

Связанные понятия

Маршрутиза́тор (проф. жарг. рýтер транслитерация от англ. router /ˈɹu:tə(ɹ)/ или /ˈɹaʊtəɹ/, /ˈɹaʊtɚ/) — специализированный компьютер, который пересылает пакеты между различными сегментами сети на основе правил и таблиц маршрутизации. Маршрутизатор может связывать разнородные сети различных архитектур. Для принятия решений о пересылке пакетов используется информация о топологии сети и определённые правила, заданные администратором.

Канальный уровень (англ. Data Link layer) — второй уровень сетевой модели OSI, предназначенный для передачи данных узлам, находящимся в том же сегменте локальной сети. Также может использоваться для обнаружения и, возможно, исправления ошибок, возникших на физическом уровне. Примерами протоколов, работающих на канальном уровне, являются: Ethernet для локальных сетей (многоузловой), Point-to-Point Protocol (PPP), HDLC и ADCCP для подключений точка-точка (двухузловой).

Инкапсуля́ция в компью́терных сетя́х — это метод построения модульных сетевых протоколов, при котором логически независимые функции сети абстрагируются от нижележащих механизмов путём включения или инкапсулирования этих механизмов в более высокоуровневые объекты.

Сетевой коммутатор (жарг. свитч, свич от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровне модели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы (3 уровень OSI).

Упоминания в литературе

Протоколы SLIP и PPP работают на нижних уровнях модели взаимодействия открытых систем, что позволяет специальным образом готовить пакеты данных для передачи их другими протоколами, например TCP/IP или IPX/SPX. Главное отличие протокола SLIP от протокола PPP заключается в том, что первый работает только на компьютерах с установленной операционной системой Unix и протоколом TCP/IP, а второй используется на компьютерах, работающих под управлением системы класса Windows NT, которая умеет обращаться практически с любыми протоколами передачи данных .

В предыдущем разделе была кратко рассмотрена модель ISO/OSI, которая описывает работу любого сетевого оборудования и сети в целом. Однако это всего лишь модель, рисунок на бумаге. Чтобы все это начало работать, необходим механизм, ее реализующий. Таким механизмом является протокол передачи данных , а если точнее, множество протоколов.

Установка флажка Использовать беспроводную связь для передачи изображений из камеры в компьютер изменяет стандартный протокол передачи данных и обычно нарушает связь компьютера с телефоном!

Протокол передачи данных – это необходимые соглашения для связи одного уровня с выше–и нижерасположенными уровнями.

Связанные понятия (продолжение)

Стек протоколов — это иерархически организованный набор сетевых протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети. Протоколы работают в сети одновременно, значит работа протоколов должна быть организована так, чтобы не возникало конфликтов или незавершённых операций. Поэтому стек протоколов разбивается на иерархически построенные уровни, каждый из которых выполняет конкретную задачу — подготовку, приём, передачу данных и последующие действия с ними.

Сетевой уровень (англ. Network layer) — 3-й уровень сетевой модели OSI, предназначается для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети. На этом уровне работает такое сетевое устройство, как маршрутизатор.

Узел сети (англ. node) — устройство, соединённое с другими устройствами как часть компьютерной сети.. Узлами могут быть компьютеры, мобильные телефоны, карманные компьютеры, а также специальные сетевые устройства, такие как маршрутизатор, коммутатор или концентратор.

Сетевой шлюз (англ. Gateway) — аппаратный маршрутизатор или программное обеспечение для сопряжения компьютерных сетей, использующих разные протоколы (например, локальной и глобальной).

Сетевой мост (также бридж с англ. bridge) — сетевое устройство второго уровня модели OSI, предназначенное для объединения сегментов (подсети) компьютерной сети в единую сеть.

Компьютерная сеть (вычислительная сеть) — система, обеспечивающая обмен данными между вычислительными устройствами (компьютеры, серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные среды.

Лока́льная вычисли́тельная сеть (ЛВС, локальная сеть; англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт).

Межсетево́й экра́н, сетево́й экра́н — программный или программно-аппаратный элемент компьютерной сети, осуществляющий контроль и фильтрацию проходящего через него сетевого трафика в соответствии с заданными правилами.

В компьютерных сетях пакет — это определённым образом оформленный блок данных, передаваемый по сети в пакетном режиме. Компьютерные линии связи, которые не поддерживают пакетный режим, как, например, традиционная телекоммуникационная связь точка-точка, передают данные просто в виде последовательности байтов, символов или битов поодиночке. Если данные сформированы в пакеты, битрейт коммуникационной среды можно более эффективно распределить между пользователями, чем в сети с коммутацией каналов. При.

Передача данных (обмен данными, цифровая передача, цифровая связь) — физический перенос данных (цифрового битового потока) в виде сигналов от точки к точке или от точки к нескольким точкам средствами электросвязи по каналу передачи данных, как правило, для последующей обработки средствами вычислительной техники. Примерами подобных каналов могут служить медные провода, ВОЛС, беспроводные каналы передачи данных или запоминающее устройство.

Поток данных (англ. stream) в программировании — абстракция, используемая для чтения или записи файлов, сокетов и т. п. в единой манере.

Сеть из точки в точку, соединение точка-точка — простейший вид компьютерной сети, при котором два компьютера соединяются между собой напрямую через коммуникационное оборудование. Достоинством такого вида соединения является простота и дешевизна, недостатком — соединить таким образом можно не более двух компьютеров, в отличие от таких методов передачи данных, как широковещание и точка-многоточка.

Сетевой концентратор (также хаб от англ. hub — центр) — устройство для объединения компьютеров в сеть Ethernet с применением кабельной инфраструктуры типа витая пара. В настоящее время вытеснены сетевыми коммутаторами.

Сетевая плата (в англоязычной среде NIC — англ. network interface controller/card), также известная как сетевая карта, сетевой адаптер (в терминологии компании Intel), Ethernet-адаптер — по названию технологии — дополнительное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. В настоящее время в персональных компьютерах и ноутбуках контроллер и компоненты, выполняющие функции сетевой платы, довольно часто интегрированы в материнские платы для удобства, в том числе.

Широковещательный канал, широковещание (англ. broadcasting) — метод передачи данных в компьютерных сетях, при котором определенный поток данных (каждый переданный пакет в случае пакетной передачи) предназначен для приёма всеми участниками сети.

Точка беспроводного доступа (англ. Wireless Access Point, WAP) — это беспроводная базовая станция, предназначенная для обеспечения беспроводного доступа к уже существующей сети (беспроводной или проводной) или создания новой беспроводной сети.

Порт (англ. port) — натуральное число, записываемое в заголовках протоколов транспортного уровня модели OSI (TCP, UDP, SCTP, DCCP). Используется для определения процесса-получателя пакета в пределах одного хоста.

Балансировка нагрузки отличается от физического соединения тем, что балансировка нагрузки делит трафик между сетевыми интерфейсами на сетевой сокет (модель OSI уровень 4) основе, в то время как соединение канала предполагает разделение трафика между физическими интерфейсами на более низком уровне, либо в пакет (модель OSI уровень 3) или по каналу связи (модель OSI уровень 2); Основы с, как протокол соединения кратчайшего пути.

Интернет-безопасность — это отрасль компьютерной безопасности, связанная специальным образом не только с Интернетом, но и с сетевой безопасностью, поскольку она применяется к другим приложениям или операционным системам в целом. Её цель — установить правила и принять меры для предотвращения атак через Интернет. Интернет представляет собой небезопасный канал для обмена информацией, который приводит к высокому риску вторжения или мошенничества, таких как фишинг, компьютерные вирусы, трояны, черви и.

Удалённый вызов процедур, реже Вызов удалённых процедур (от англ. Remote Procedure Call, RPC) — класс технологий, позволяющих компьютерным программам вызывать функции или процедуры в другом адресном пространстве (как правило, на удалённых компьютерах). Обычно реализация RPC-технологии включает в себя два компонента: сетевой протокол для обмена в режиме клиент-сервер и язык сериализации объектов (или структур, для необъектных RPC). Различные реализации RPC имеют очень отличающуюся друг от друга архитектуру.

Анонимные сети — компьютерные сети, созданные для достижения анонимности в Интернете и работающие поверх глобальной сети.

Межпроцессное взаимодействие (англ. inter-process communication, IPC) — обмен данными между потоками одного или разных процессов. Реализуется посредством механизмов, предоставляемых ядром ОС или процессом, использующим механизмы ОС и реализующим новые возможности IPC. Может осуществляться как на одном компьютере, так и между несколькими компьютерами сети.

Беспроводная локальная сеть (англ. Wireless Local Area Network; Wireless LAN; WLAN) — локальная сеть, построенная на основе беспроводных технологий.

Се́рвер (англ. server от англ. to serve — служить, мн. ч. се́рверы) — [[Специализированная вычислительная машина или специализированное оборудование для выполнения на нём сервисного программного обеспечения (в том числе серверов тех или иных задач).

Тонкий клиент (англ. thin client) в компьютерных технологиях — компьютер или программа-клиент в сетях с клиент-серверной или терминальной архитектурой, который переносит все или большую часть задач по обработке информации на сервер. Примером тонкого клиента может служить компьютер с браузером, использующийся для работы с веб-приложениями. Данным термином может также называться P2P-клиент, использующий в качестве сервера другие узлы сети.

Общий ресурс, или общий сетевой ресурс, — в информатике, это устройство или часть информации, к которой может быть осуществлён удалённый доступ с другого компьютера, обычно через локальную компьютерную сеть или посредством корпоративного интернета, как если бы ресурс находился на локальной машине.

Протокол TCP/IP – это целая сетевая модель, описывающая способ передачи данных в цифровом виде. На правилах, включенных в нее, базируется работа интернета и локальных сетей независимо от их назначения и структуры.

Что такое TCP/IP

Произошло наименование протокола от сокращения двух английских понятий – Transmission Control Protocol и Internet Protocol. Набор правил, входящий в него, позволяет обрабатывать как сквозную передачу данных, так и другие детали этого механизма. Сюда входит формирование пакетов, способ их отправки, получения, маршрутизации, распаковки для передачи программному обеспечению.

Стек протоколов TCP/IP был создан в 1972 году на базе NCP (Network Control Protocol), в январе 1983 года он стал официальным стандартом для всего интернета. Техническая спецификация уровней взаимодействия описана в документе RFC 1122.

В составе стека есть и другие известные протоколы передачи данных – UDP, FTP, ICMP, IGMP, SMTP. Они представляют собой частные случаи применения технологии: например, у SMTP единственное предназначение заключается в отправке электронных писем.

Уровни модели TCP/IP

Протокол TCP/IP основан на OSI и так же, как предшественник, имеет несколько уровней, которые и составляют его архитектуру. Всего выделяют 4 уровня – канальный (интерфейсный), межсетевой, транспортный и прикладной.

Канальный (сетевой интерфейс)

Аппаратный уровень обеспечивает взаимодействие сетевого оборудования Ethernet и Wi-Fi. Он соответствует физическому из предыдущего стандарта OSI. Здесь задача состоит в кодировании информации, ее делению на пакеты и отправке по нужному каналу. Также измеряются параметры сигнала вроде задержки ответа и расстояния между хостами.

Межсетевой (Internet Layer)

Интернет состоит из множества локальных сетей, объединенных между собой как раз за счет протокола связи TCP/IP. Межсетевой уровень регламентирует взаимодействие между отдельными подсетями. Маршрутизация осуществляется путем обращения к определенному IP-адресу с использованием маски.

Транспортный уровень (Transport Layer)

Следующий уровень отвечает за контроль доставки, чтобы не возникало дублей пакетов данных. В случае обнаружения потерь или ошибок информация запрашивается повторно. Такой подход дает возможность полностью автоматизировать процессы независимо от скорости и качества связи между отдельными участками интернета или внутри конкретной подсети.

Протокол TCP отличается большей достоверностью передачи данных по сравнению с тем же UDP, который подходит только для передачи потокового видео и игровой графики. Там некритичны потери части пакетов, чего нельзя сказать о копировании программных файлов и документов. На этом уровне данные не интерпретируются.

Прикладной уровень (Application Layer)

Здесь объединены 3 уровня модели OSI – сеансовый, представления и прикладной. На него ложатся задачи по поддержанию сеанса связи, преобразованию данных, взаимодействию с пользователем и сетью. На этом уровне применяются стандарты интерфейса API, позволяющего передавать команды на выполнение определенных задач.

Порты и сокеты – что это и зачем они нужны

Комбинация IP-адреса и порта называется сокетом и используется при идентификации компьютера. Если первый критерий уникален для каждого хоста, второй обычно фиксирован для определенного типа приложений. Так, получение электронной почты проходит через 110 порт, передача данных по протоколу FTP – по 21, открытие сайтов – по 80.

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.

Читайте также: