Что такое сетевые протоколы: какие для них существуют правила?

Для взаимодействия многочисленных устройств в интернете нужны чёткие правила. Именно такой свод правил создаёт для подключенных друг к другу устройств сетевой протокол. Он также обеспечивает доступ устройств к веб-страницам, IP-телефонии, онлайн-платформам и сервисам.

Что включает в себя понятие протокола сети? И какими бывают сетевые протоколы? Давайте разбираться.

Что включает понятие сетевого протокола?

Протокол сети представляет собой комплекс правил, благодаря которым становится возможным быстрый и эффективный обмен информацией между устройствами. Этот протокол распространяется на обмен данных между компьютером и маршрутизатором, принтером и телефоном, а также охватывает многие другие подключенные устройства. Для максимальной эффективности процесса участвующие в обмене информацией устройства должны строго соблюдать сетевой протокол.

Взаимодействие устройств в сети посредством Open Systems Interconnection: в чём особенность эталонной модели OSI?

OSI (сокращение от Open Systems Interconnection) – модель, которая даёт возможность различным открытым системам эффективно взаимодействовать в сети. В случае появления сбоев OSI требуется минимум времени на локализацию проблемы на том или ином уровне системы. Благодаря данной модели, система сможет быстрее запустить процесс своего восстановления и не утратить работоспособность.

OSI разделяет коммуникационную систему на 7 обособленных уровней: сетевой, транспортный, сеансовый и т. д. Считается, что Open Systems Interconnection – это эталонный, общепринятый стандарт. Но и его уже вытесняют новые модели. Более современные протоколы функционируют одновременно на 3-4 уровнях OSI.

TCP/IP — самая популярная сетевая модель в интернете

Протокол TCP/IP (сокращённое от Transmission Control Protocol/Internet Protocol) пришёл на смену общепринятой модели OSI. На основе TCP/IP успешно функционирует большинство устройств в сети Интернет. При этом более современные версии разрабатываются уже на основе модели TCP/IP.

Какими бывают протоколы транспортного уровня?

При возникновении каких-нибудь проблем на сервере или в сети специалисты начинают искать решение вопроса в основных протоколах. Среди протоколов, которые анализируют в первую очередь, – модели транспортного уровня.

К протоколам транспортного уровня относят следующие модели:

• IP (Internet Protocol);
• TCP;
• UDP;
• SCTP;
• RTP.

Internet Protocol и IP-адреса

IP или Internet Protocol представляет собой самый простой протокол, который даёт возможность объединять отдельные устройства (например, компьютеры в офисе) в глобальную сеть. Этот транспортный протокол определяет маршруты следования отправляемых и получаемых пакетов данных по каналам интернета. Для точности получения данных каждому устройству присваивается конкретный IP-адрес.

При этом протокол имеет некоторые недостатки:

• невозможность определения факта передачи пакета данных;
• низкую надежность (IP занимается только пересылкой информации);
• невозможность контролировать целостность данных.

Протокол TCP: как происходит обмен сообщениями в интернете?

Протокол TCP обеспечивает обмен сообщениями в сети. Для обмена информацией исходный файл разделяется на части. Данные по частям передаются адресату, после чего собираются в единый файл.

Протокол TCP имеет следующие особенности:

• Порт источника и порт назначения. TCP применяет специализированные порты, предназначенные для быстрой и эффективной связи тех или иных протоколов.
• Управление потоком. Данная функция снижает скорость передачи данных, но обеспечивает надёжность их доставки.
• Систему нумерации сегментов. Протокол выявляет передаваемые и принимаемые сегменты и присваивает каждому из них уникальный номер.
• Контроль ошибок. TCP проверяет целостность байтов и таким образом помогает повысить надёжность передачи данных.

Протокол UDP: особенности и отличия от TCP

Протокол UDP (сокращённое от User Datagram Protocol) является аналогом TCP и даёт возможность проводить передачу данных без подтверждения результата. Эта особенность позволяет увеличить скорость передачи информации в сети. С другой стороны, снижается уровень надёжности и безопасности (что не характерно для TCP).

UDP имеет следующие особенности:

• Специфичное применение протокола. UDP незаменим для приложений, для которых критична задержка передачи данных (при видеоконференциях, в онлайн-играх и т. д.).
• Возможность стать орудием в руках злоумышленников. Поскольку UDP не нуждается в подтверждении от сервера, этот протокол нередко используется хакерами при DDOS- или DOS-атаках. В этом случае сервер забрасывается многочисленными запросами. В итоге получается огромный расход вычислительной мощности, необходимый для ответов на каждый запрос.

Управление потоком: протокол передачи SCTP

Протокол SCTP отвечает за обеспечение не только надёжности, но и последовательности передачи информации. Одна из особенностей SCTP – многоадресное соединение. В этом случае конечные узлы могут иметь не один IP-адрес, а два или несколько. Такая особенность даёт возможность открыто переключаться между доступными пользователю резервными сетевыми путями.

Протокол даёт возможность быстро переключаться между различными интерфейсами. SCTP незаменим для компаний, которым важна постоянная доступность всех приложений.

SCTP функционирует поверх IP (или любой другой бесконтактной пакетной сети) и при этом может передавать данные как на один, так и на несколько IP.

Протокол реального времени: в чём особенность RTP?

RTP (сокращённое от Real-time Transfer Protocol) помогает передавать потоковые видео или аудио-файлы, а также голосовую связь (например, такая передача данных актуальна для IP-телефонии). Эта модель часто используется вместе с протоколом управления RTCP: для обеспечения синхронизации различных потоков.

RTP считается стандартом, который применяется при передаче видео- и аудио-потока через IP-сеть: протокол RTP может передавать информацию сразу нескольким адресатам. Такая функция осуществляется, благодаря многоадресной IP-рассылке.

Протоколы межсетевого уровня

К протоколам межсетевого уровня относятся следующие модели:

• ICMP;
• OSPF.

Протокол управляющих сообщений: особенности использования в сети ICMP

ICMP помогает продиагностировать проблемы, появившиеся при взаимодействии устройств в сети. Протокол уточняет, смогли ли данные достичь указанного адреса. Если нужная информация не попала в пункт назначения, ICMP определяет имеющиеся ошибки для дальнейшего обмена данными с компьютером (или любым другим устройством).

Данный протокол, как и UDP, может быть использован для организации сетевых атак. Поскольку главная особенность таких атак как, ping of death или ICMP flood, заключается в создании огромного числа ICMP-сообщений, протокол будет получать запредельное количество сообщений об ошибках и расходовать в больших объёмах вычислительную мощность устройства.

Протокол маршрутизации состояния канала сети: особенности OSPF

OSPF, или Open Shortest Path First, незаменим для поиска оптимального маршрута между исходным и конечным маршрутизатором. Этот протокол проводит анализ ближайших маршрутизаторов и выполняет сбор сведений о состоянии канала сети. Такой анализ позволяет построить топологическую карту путей, которые доступны в заданной сети.

Все полученные сведения сохраняются в LSDB (базе данных состояния канала). Протокол OSPF использует полученную информацию и алгоритм SFP (Shortest Path First) для вычисления самого короткого пути к доступной сети (или подсети).

Протоколы прикладного уровня

К протоколам прикладного уровня относятся следующие модели:

• DNS;
• HTTP(S);
• FTP.

Справочник сети Интернет: протокол DNS и его особенности

DNS (сокращённое от Domain Name System) занимается преобразованием доменов в IP-адреса. Это позволяет быстро загружать интернет-страницу через браузер. Дело в том, что любому устройству в сети (компьютеру, телефону и т. д.) присваивается IP-адрес, используемый другими устройствами в интернете для подключения к адресату. При этом DNS-сервер даёт пользователям возможность не запоминать используемые IP-адреса.

Участие в загрузке веб-ресурсов принимают такие DNS-серверы, как:

DNS recursor. Представляет собой некий справочник, который отвечает за приём запросов, поступающих от пользователей.

Root nameserver. Является корневым сервером. Он первый участвует в конвертации имени хоста в IP-адрес. Domain Name System помогает получить список доступных DNS-серверов.

TLD nameserver. Участвует в поиске IP и обеспечивает хранение всех сведений о доменных именах с общим расширением (например, таких как ru, com и прочих).

Authoritative nameserver. Выдаёт пользователям ответы на поступающие запросы о DNS.

Передача гипертекста: особенности протокола HTTP(S)

Протокол HTTP позволяет загружать сайты и использовать при этом гипертекстовые ссылки. Передача данных по этому протоколу подразумевает отправку запроса от пользователя на сервер, а затем возвращение этого запроса обратно пользователю.

HTTP-запрос состоит из закодированных данных, в которых скрыта следующая информация:

• URL-адрес;
• версия HTTP;
• метод HTTP-запроса;
• заголовок;
• тело запроса.

С этим протоколом обмен данными осуществляется открыто. Из-за этого злоумышленники могут похитить информацию. Для предотвращения такой ситуации разработан протокол HTTPS.

Протокол передачи данных: особенности FTP

FTP (сокращённое от File Transfer Protocol) позволяет передавать данные через всемирную сеть. Этот протокол также помогает копировать и пересылать информацию по локальной сети. Благодаря FTP-протоколу, пользователь может работать со своими файлами, даже если они находятся на удалённом компьютере.

Протокол FTP работает с использованием двух каналов передачи данных:

• командного (управляет процессом передачи);
• транспортного (передаёт информацию).

Для корректной работы FTP-протокола нужна не только грамотная настройка со стороны хоста, но и наличие специального клиента на локальном хосте.​

Как протокол FTP работает в сети?

• Вход пользователя на FTP-сервер. Сервер может не разрешить доступ к запрашиваемой информации без авторизации. В случае использования анонимного FTP данные с сервера будут доступны только для передачи на устройство пользователя.
• Получение пользователем разрешения сервера на изменение каких-либо файлов на данном веб-ресурсе. Использование авторизованного доступа обеспечивает пользователю больше возможностей. Можно не только скачивать данные с сервера, но и загружать на него свои файлы.

Подключение к серверам: назначение протокола SSH

SSH (сокращённое от Secure Shell) применяется как основной инструмент подключения к тому или иному серверу. Это защищённый протокол, с помощью которого пользователь входит в зарегистрированную ранее учётную запись.

Протокол работает по схеме «клиент-сервер»:

• Для создания SSH-соединения на удалённом компьютере запускается программа (демон), которая подключается к нужному сетевому порту.
• Демон осуществляет проверку подлинности запросов пользователя на подключение к серверу.
• Пользователь должен ввести корректные учётные данные, после чего программа создаст соответствующую среду.

Устаревшие протоколы

Постоянное развитие сети Интернет приводит к тому, что некоторые протоколы становятся устаревшими. Среди них Telnet, Gopher и другие. Но это не значит, что от этих протоколов надо отказаться.

Например, протокол Telnet доказал свою надёжность. Этот протокол и сейчас незаменим для системного администрирования маршрутизаторов, а также для удалённых серверов и коммутаторов. Протокол актуален для базовой текстовой связи без графики.

Заключение

Компьютеры, ноутбуки, телефоны и другие устройства используют в своей повседневной работе сотни различных протоколов. Каждый из этих протоколов выполняет конкретные функции (транспортные, межсетевые, прикладные и т. д.). В некоторых случаях устройства применяют как современные модели типа TCP/IP, так и устаревшие протоколы, доказавшие свою надёжность и эффективность, например, Telnet.