Сглобяването на физическите части на компютърна мрежа само по себе си е недостатъчно, за да може тя да функционира; свързаните устройства също изискват метод на комуникация. Тези комуникационни езици се наричат мрежови протоколи.
Цел на мрежовите протоколи
Без протоколи устройствата няма да могат да разберат електронните сигнали, които изпращат едно към друго чрез мрежови връзки. Мрежовите протоколи обслужват следните основни функции:
- Адресирайте данните до правилните получатели.
- Физически предавайте данни от източника до местоназначението, със защита за сигурност, ако е необходимо.
- Получавайте съобщения и изпращайте отговори по подходящ начин.
Помислете за сравнение между мрежовите протоколи и начина, по който пощенската услуга обработва физическата хартиена поща. Точно както пощенските услуги управляват писма от много източници и дестинации, мрежовите протоколи поддържат непрекъснатото движение на данните по много пътища.
За разлика от физическата поща обаче, мрежовите протоколи предоставят разширени възможности. Те включват доставяне на постоянен поток от съобщения до една дестинация (наречено стрийминг) и автоматично създаване на копия на съобщение за доставка до множество дестинации наведнъж (наречено излъчване).
Общи типове мрежови протоколи
Не съществува нито един протокол, който да поддържа всички функции, необходими на всяка компютърна мрежа. Все пак всеки служи като ключ, който отключва дадено мрежово устройство или услуга. През годините са измислени различни мрежови протоколи, всеки от които се опитва да поддържа определени типове мрежова комуникация.
Трите основни характеристики, които отличават един тип протокол от друг, са:
- Симплекс срещу дуплекс: Симплексна връзка позволява само едно устройство да предава в мрежа. Дуплексните мрежови връзки позволяват на устройствата да предават и получават данни през една и съща физическа връзка.
- Ориентиран към връзка или без връзка: Мрежов протокол, ориентиран към връзка, обменя (процес, наречен ръкостискане) адресна информация между две устройства, което им позволява да продължат разговор (наречен сесия). Протоколите без връзка доставят отделни съобщения от една точка до друга, без да вземат предвид подобни съобщения, изпратени преди или след (и без да знаят дали съобщенията са получени успешно).
- Layer: Мрежовите протоколи обикновено работят заедно в групи (наречени стекове, защото диаграмите често изобразяват протоколите като кутии, подредени един върху друг). Някои протоколи функционират на по-ниски нива, тясно свързани с това как физически работят различните видове безжични или мрежови кабели. Други работят на по-високи нива, свързани с начина на работа на мрежовите приложения, а някои работят на междинни слоеве между тях.
Семейството на интернет протоколите
Разпространените мрежови протоколи в обществена употреба принадлежат към семейството на интернет протоколите. IP е основният протокол, който позволява на домашни и други локални мрежи в интернет да комуникират помежду си.
IP работи добре за преместване на отделни съобщения от една мрежа в друга. Не поддържа концепцията за разговор (връзка, през която поток от съобщения може да пътува в едната или в двете посоки). Протоколът за контрол на предаването (TCP) разширява IP с тази възможност на по-висок слой. Тъй като връзките от точка до точка са от съществено значение в интернет, двата протокола са сдвоени заедно и са известни като TCP/IP.
Както TCP, така и IP работят в средните слоеве на стека от мрежови протоколи. Популярни приложения в интернет понякога внедряват своите протоколи върху TCP/IP. HyperText Transfer Protocol се използва от уеб браузъри и сървъри по целия свят. TCP/IP от своя страна работи върху мрежови технологии от по-ниско ниво като Ethernet. Други популярни мрежови протоколи в семейството на IP включват ARP, ICMP и FTP.
Как мрежовите протоколи използват пакети
Интернет и повечето други мрежи за данни работят, като организират данните в малки части, наречени пакети. За да се подобри производителността и надеждността на комуникацията, всяко голямо съобщение, изпратено между две мрежови устройства, често се разделя на по-малки пакети от основния хардуер и софтуер. Тези мрежи за превключване на пакети изискват пакетите да бъдат организирани по специфични начини в съответствие с протоколите, които мрежата поддържа. Този подход работи добре с технологията на съвременните мрежи, тъй като те обработват данни под формата на битове и байтове (цифрови 1s и 0s).
Всеки мрежов протокол определя правила за това как неговите пакети данни трябва да бъдат организирани. Тъй като протоколи като Internet Protocol често работят заедно на слоеве, някои данни, вградени в пакет, форматиран за един протокол, могат да бъдат във формат на друг свързан протокол (метод, наречен капсулиране).
Протоколите обикновено разделят всеки пакет на три части - заглавка, полезен товар и долен колонтитул. Някои протоколи, като IP, не използват долни колонтитули. Заглавките и долните колонтитули на пакетите съдържат контекстуалната информация, необходима за поддръжка на мрежата, включително адресите на изпращащите и получаващите устройства. Полезните товари съдържат данните за предаване.
Заглавките или долните колонтитули често включват специални данни за подобряване на надеждността и производителността на мрежовите връзки, като например броячи, които следят реда, в който са изпратени съобщенията, и контролни суми, които помагат на мрежовите приложения да открият повреда или подправяне на данни.
Как мрежовите устройства използват протоколи
Операционните системи на мрежовите устройства включват вградена поддръжка за някои мрежови протоколи от по-ниско ниво. Всички модерни операционни системи за настолни компютри поддържат например Ethernet и TCP/IP. Много смартфони поддържат Bluetooth и протоколи от Wi-Fi семейството. Тези протоколи се свързват с физическите мрежови интерфейси на дадено устройство, като неговите Ethernet портове и Wi-Fi или Bluetooth радиостанции.
Мрежовите приложения поддържат протоколите от по-високо ниво, които комуникират с операционната система. Уеб браузър, например, преобразува адреси като https://lifewire.com/ в HTTP пакети, които съдържат данните, които уеб сървърът може да получи и изпрати обратно правилната страница. Получаващото устройство е отговорно за повторното сглобяване на отделни пакети в оригиналното съобщение чрез премахване на горните и долните колонтитули и свързване на пакети в правилната последователност.
