Информатика / Computer science

Протоколы

Клиент - серверная технология объединяет компьютеры, с помощью определенных правил.  Такие правила называются протоколом. Протокол обмена - это набор правил (соглашение, стандарт), определяющий принципы обмена данными между различными компьютерами в сети. Протоколы условно делятся на базовые (более низкого уровня), отвечающие за передачу информации любого типа, и прикладные (более высокого уровня), отвечающие за функционирование специализированных служб.

• HTTP (англ. Hyper Text Transfer Protocol) - это протокол передачи гипертекста; используется при пересылке Web-страниц с одного компьютера на другой.
• FTP (англ. File Transfer Protocol) - это протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. FTP дает возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.
• POP (англ. Post Office Protocol) - это стандартный протокол почтового соединения. Серверы POP обрабатывают входящую почту, а протокол POP предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ.
• SMTP (англ. Simple Mail Transfer Protocol) - это протокол, который задает набор правил для передачи почты. Сервер SMTP возвращает либо подтверждение о приеме, либо сообщение об ошибке, либо запрашивает дополнительную информацию.

Протокол передачи данных TCP/IP

Протокол TCP/IP основа работы глобальной сети Интернет, набор правил по которым происходит обмен информацией. 

Примечание. Стек протоколов TCP/IP в своей самой фундаментальной форме представляет собой сетевую модель, которая объясняет весь процесс передачи цифровых данных. До изобретения этого набора (которое произошло в 1970-х годах) было невозможно перемещать данные или информацию из одной сети в другую. Создание стека помогло найти решение этой проблемы.  Вследствие того, что семейство протоколов было разработано под руководством Министерства обороны США, его иногда называют DoD-системой. Разделение системы на уровни и выполнение отдельных функций на каждом из этих уровней является основополагающим принципом как этой системы, так и протоколов OSI, поэтому многие профессионалы отрасли проводят сравнения между ними.

TCP (Transmission Control Protocol) - транспортный протокол. Обеспечивает разбиение файлов на IP-пакеты* в процессе передачи и сборки файлов в процессе получения:

• разбивает большой файл на мелки части,
• нумерует их,
• транспортирует их в отдельных IP-пакетах до компьютера получателя,
• на компьютере-получателе собирает исходный файл из отдельных частей в правильной последовательности.

* Пакет IP содержит 14 полей, из которых 13 являются обязательными.

1. Версия. Первым полем пакета является версия протокола размером в четыре бита. Для IPv4 это 4.
2. Размер заголовка. Следующие четыре бита содержат размер заголовка пакета в 32-х битных словах. Минимальное значения равно 5 (5×32=160 бит, 20 байт), максимальное — 15 (60 байт).
3. Differentiated Services Code Point (DSCP). Изначально называлось «тип обслуживания» (Type of Service, ToS), в настоящее время определяется RFC2474 как «Differentiated Services». Используется для разделения трафика на классы обслуживания, например для установки чувствительному к задержкам трафику, такому как VoIP большего приоритета.
4. Указательперегрузки (Explicit Congestion Notification, ECN). Предупреждение о перегрузке сети без потери пакетов. Является необязательной функцией и используется только если оба хоста ее поддерживают.
5. Размер пакета. 16-битный полный размер пакета в байтах, включая заголовок и данные. Минимальный размер равен 20 байтам (заголовок без данных), максимальный — 65535 байт. Хосты обязаны поддерживать передачу пакетов размером не менее 576 байт, но современные реализации обычно поддерживают гораздо больший размер. Пакеты большего размера фрагментируются.
6. Идентификатор. Преимущественно используется для идентификации фрагментов пакета если он был фрагментирован. Существуют эксперименты по его использованию для других целей, таких как добавление информации о трассировке пакета для упрощения отслеживания пути пакета с подделанным адресом источника.
7. Флаги. Поле размером три бита содержащее флаги контроля над фрагментацией. Биты, от старшего к младшему, означают: 0: Зарезервирован, должен быть равен 0; 1: Не фрагментировать; 2: У пакета еще есть фрагменты.
8. Смещение фрагмента. Поле размером в 13 бит, указывает смещение текущего фрагмента от начала передачи фрагментированного пакета в блоках по 8 байт. Позволяет 213×8=65536 байт смещения, что превышает максимальный размер пакета.
9. «Время жизни» (Time to Live, TTL) пакета. Позволяет предотвратить закольцовывание пакетов в сети путем уничтожения пакетов, превысивших время жизни. Указывается в секундах, интервалы менее секунды округляются до одной секунды. На практике каждый маршрутизатор уменьшает время жизни пакетов на единицу (что справедливо при существующих типичных задержках в сети). Пакеты, время жизни которых стало равно нулю уничтожаются, а отправившему посылается сообщение ICMP Time Exceeded. На отправке пакетов с разным временем жизни основана трассировка их пути прохождения.
10. Протокол. Указывает, данные какого протокола содержит пакет (например, TCP или ICMP).
11. Контрольная сумма заголовка. 16-битная контрольная сумма, используемая для проверки целостности заголовка. Каждый хост или маршрутизатор сравнивает контрольную сумму заголовка со значением этого поля и отбрасывает пакет, если они не совпадают. Целостность данных IP не проверяет — она проверяется протоколами более высоких уровней (такими, как TCP или UDP), которые тоже используют контрольные суммы. Поскольку TTL уменьшается на каждом шаге прохождения пакета, сумма тоже должна вычисляться на каждом шаге. Метод пересчета контрольной суммы определен в RFC1071.
12. Адрес источника. 32-х битный адрес отправителя пакета. Может не совпадать с настоящим адресом отправителя из-за трансляции адресов.
13. Адрес назначения. 32-х битный адрес получателя пакета.
14. Опции. За адресом назначения может следовать поле дополнительных опций, но оно используется редко. Размер заголовка в этом случае должен быть достаточным чтобы вместить все опции (с учетом дополнения до целого числа 32-х битных слов).

IP (Internet Protocol) - протокол маршрутизации. Обеспечивает доставку информации от компьютера-отправителя до компьютера-получателя.

• упаковывает сообщение в IP-пакет,
• записывает IP-адреса отправителя и получателя,
• IP-пакет перенаправляется от одного промежуточного сервера к другому, пока не достигнет назначения.

Сравнение протоколов IP версии 4 (IPv4) и IP версии 6 (IPv6).

Коммутация и маршрутизация пакетов.

Эталонная сетевая модель OSI (Open System Interconnection).

Модель Open Systems Interconnection, также известная как сетевая модель OSI, - это сетевая модель, основанная на стеках сетевых протоколов OSI. Благодаря этой модели несколько различных сетевых устройств могут взаимодействовать друг с другом. Модель определяет различные уровни взаимодействия, которые могут происходить между системами. В контексте этого взаимодействия каждый уровень служит определенной цели.

7 уровень. Прикладной. (Application layer)		просмотр веб-страниц (HTTP), передача и приём почты (SMTP, POP3), приём и получение файлов (FTP, TFTP)
6 уровень. Представления. (Presentation layer)		этот уровень работает  с протоколами (стандартами) изображений (JPEG, GIF, PNG, TIFF), кодировок (ASCII, EBDIC), музыки и видео (MPEG)
5 уровень. Сеансовый. (Session layer)		организует сеанс связи между компьютерами
4 уровень. Транспортный. (Transport layer).		для музыки, видео, видеоконференций и звонков используется UDP (передает данные без проверки и без задержек), а для текста, программ, паролей, архивов TCP (передача данных с подтверждением о получении, затрачивается больше времени)
3 уровень. Сетевой. (Network layer).		определяет путь, по которому данные будут переданы (маршрутизаторы)
2 уровень. Канальный. (Data link layer).		Устройства канального уровня – коммутаторы, концентраторы. LLC – управление логическим каналом (Logical Link Control), создан для взаимодействия с верхним уровнем. MAC – управление доступом к передающей среде (Media Access Control), создан для взаимодействия с нижним уровнем.
1 уровень. Физический. (Physical layer).		Протоколы нам всем хорошо известны: Bluetooth, IRDA (Инфракрасная связь), медные провода (витая пара, телефонная линия), Wi-Fi

Сравнение эталонной и прикладной сетевых моделей.

Модель OSI — это так называемая концептуальная модель. TCP/IP основанная на стандартных протоколах, с другой стороны, была разработана с целью передачи данных в Интернет.