Η συναρμολόγηση των φυσικών τεμαχίων ενός δικτύου υπολογιστών από μόνη της είναι ανεπαρκής για να καταστεί λειτουργική - οι συσκευές που συνδέονται επίσης απαιτούν μια μέθοδο επικοινωνίας. Αυτές οι γλώσσες επικοινωνίας ονομάζονται πρωτόκολλα δικτύου .
Σκοπός των πρωτοκόλλων δικτύου
Χωρίς πρωτόκολλα, οι συσκευές δεν θα έχουν την ικανότητα να κατανοούν τα ηλεκτρονικά σήματα που στέλνουν ο ένας στον άλλο μέσω των συνδέσεων δικτύου. Τα πρωτόκολλα δικτύου εξυπηρετούν αυτές τις βασικές λειτουργίες:
- τα δεδομένα διεύθυνσης στον σωστό παραλήπτη (-ούς)
- μεταδίδουν φυσικά δεδομένα από την πηγή στον προορισμό, με προστασία της ασφάλειας, εάν χρειάζεται
- να λαμβάνετε μηνύματα και να στέλνετε τις απαντήσεις κατάλληλα
Εξετάστε τη σύγκριση μεταξύ των πρωτοκόλλων δικτύου με τον τρόπο με τον οποίο μια ταχυδρομική υπηρεσία χειρίζεται το φυσικό έντυπη αλληλογραφία. Ακριβώς όπως η ταχυδρομική υπηρεσία διαχειρίζεται επιστολές από πολλές πηγές και προορισμούς, έτσι ώστε τα πρωτόκολλα δικτύου να διατηρούν τα δεδομένα συνεχόμενα σε πολλά μονοπάτια. Σε αντίθεση με το φυσικό ταχυδρομείο, ωστόσο, τα πρωτόκολλα δικτύου παρέχουν επίσης ορισμένες προηγμένες δυνατότητες, όπως η παράδοση μίας σταθερής ροής μηνυμάτων σε έναν προορισμό (αποκαλούμενη ροή ) και η αυτόματη δημιουργία αντιγράφων ενός μηνύματος και η παράδοσή του σε πολλαπλούς προορισμούς ταυτόχρονα (καλούμενη μετάδοση ).
Κοινά είδη πρωτοκόλλων δικτύου
Δεν υπάρχει κανένα πρωτόκολλο που να υποστηρίζει όλα τα χαρακτηριστικά κάθε είδους δικτύων υπολογιστών . Πολλά διαφορετικά είδη πρωτοκόλλων δικτύου έχουν εφευρεθεί με την πάροδο των ετών, κάθε μία από τις οποίες προσπαθεί να υποστηρίξει ορισμένα είδη επικοινωνίας μέσω δικτύου. Τρία βασικά χαρακτηριστικά που διακρίνουν έναν τύπο πρωτοκόλλου από το άλλο είναι:
1. simplex vs. duplex . Μια απλή σύνδεση επιτρέπει τη μετάδοση μόνο μίας συσκευής σε ένα δίκτυο. Αντίστροφα, οι αμφίδρομες συνδέσεις δικτύου επιτρέπουν στις συσκευές τόσο να μεταδίδουν όσο και να λαμβάνουν δεδομένα στον ίδιο φυσικό σύνδεσμο.
2. σύνδεση προσανατολισμένη ή χωρίς σύνδεση . Μια ανταλλαγή πρωτοκόλλων δικτύου με προσανατολισμό στις συνδέσεις (μια διαδικασία που ονομάζεται χειραψία ) διευθύνει πληροφορίες μεταξύ δύο συσκευών που τους επιτρέπει να διεξάγουν μια συνομιλία (που ονομάζεται συνεδρία ) μεταξύ τους. Αντιστρόφως, τα πρωτόκολλα χωρίς σύνδεση παρέχουν μεμονωμένα μηνύματα από το ένα σημείο στο άλλο χωρίς να λαμβάνουν υπόψη παρόμοια μηνύματα που αποστέλλονται πριν ή μετά (και χωρίς να γνωρίζουν αν τα μηνύματα έχουν ακόμη επιτυχώς ληφθεί).
3. στρώμα . Τα πρωτόκολλα δικτύου λειτουργούν κανονικά σε ομάδες (που ονομάζονται στοίβες επειδή τα διαγράμματα συχνά απεικονίζουν πρωτόκολλα ως κιβώτια στοιβαγμένα το ένα πάνω στο άλλο). Ορισμένα πρωτόκολλα λειτουργούν σε κατώτερα στρώματα που συνδέονται στενά με τον τρόπο με τον οποίο λειτουργούν φυσικά διαφορετικοί τύποι ασύρματης ή καλωδιακής δικτύωσης . Άλλοι εργάζονται σε υψηλότερα επίπεδα που σχετίζονται με τον τρόπο λειτουργίας των εφαρμογών δικτύου και μερικές εργασίες σε ενδιάμεσα στρώματα μεταξύ τους.
Η οικογένεια πρωτοκόλλου Internet
Τα πιο συνηθισμένα πρωτόκολλα δικτύου στη δημόσια χρήση ανήκουν στην οικογένεια πρωτοκόλλου Internet (IP) . Το IP είναι το ίδιο το βασικό πρωτόκολλο που επιτρέπει στο σπίτι και άλλα τοπικά δίκτυα μέσω του Διαδικτύου να επικοινωνούν μεταξύ τους.
Το IP λειτουργεί καλά για τη μετακίνηση μεμονωμένων μηνυμάτων από ένα δίκτυο σε άλλο αλλά δεν υποστηρίζει την έννοια μιας συνομιλίας (μια σύνδεση πάνω στην οποία μπορεί να μετακινηθεί μια ροή μηνυμάτων σε μία ή και στις δύο κατευθύνσεις). Το Πρωτόκολλο Ελέγχου Μεταφοράς (TCP) επεκτείνει την IP με αυτήν την ικανότητα υψηλότερου στρώματος και επειδή οι συνδέσεις από σημείο σε σημείο είναι τόσο σημαντικές στο Internet, τα δύο πρωτόκολλα συνδυάζονται σχεδόν πάντα μαζί και είναι γνωστά ως TCP / IP.
Τόσο το TCP όσο και το IP λειτουργούν στα μεσαία στρώματα μιας στοίβας πρωτοκόλλου δικτύου. Οι δημοφιλείς εφαρμογές στο Διαδίκτυο έχουν μερικές φορές εφαρμόσει τα δικά τους πρωτόκολλα στην κορυφή του TCP / IP. Το πρωτόκολλο μεταφοράς HTTP (HyperText Transfer Protocol) χρησιμοποιείται από προγράμματα περιήγησης Web και διακομιστές παγκοσμίως. Το TCP / IP, με τη σειρά του, λειτουργεί πάνω από τεχνολογίες δικτύου χαμηλότερου επιπέδου, όπως το Ethernet . Άλλα δημοφιλή πρωτόκολλα δικτύου στην οικογένεια IP περιλαμβάνουν ARP , ICMP και FTP .
Πώς τα πρωτόκολλα δικτύου χρησιμοποιούν πακέτα
Το Διαδίκτυο και τα περισσότερα άλλα δίκτυα δεδομένων λειτουργούν οργανώνοντας τα δεδομένα σε μικρά κομμάτια που ονομάζονται πακέτα . Για να βελτιωθεί η απόδοση και η αξιοπιστία της επικοινωνίας, κάθε μεγαλύτερο μήνυμα που αποστέλλεται μεταξύ δύο συσκευών δικτύου υποδιαιρείται συχνά σε μικρότερα πακέτα από το υποκείμενο υλικό και το λογισμικό. Αυτά τα δίκτυα μεταγωγής πακέτων απαιτούν να οργανώνονται τα πακέτα με συγκεκριμένους τρόπους σύμφωνα με τα πρωτόκολλα που υποστηρίζει το δίκτυο. Αυτή η προσέγγιση λειτουργεί καλά με την τεχνολογία των σύγχρονων δικτύων, δεδομένου ότι όλα αυτά χειρίζονται δεδομένα με τη μορφή bit και byte (ψηφιακά '1 και' 0 ').
Κάθε πρωτόκολλο δικτύου ορίζει κανόνες για τον τρόπο με τον οποίο τα πακέτα δεδομένων πρέπει να είναι οργανωμένα (μορφοποιημένα). Επειδή πρωτόκολλα όπως το πρωτόκολλο Internet συχνά λειτουργούν μαζί σε στρώματα, ορισμένα δεδομένα ενσωματωμένα μέσα σε ένα πακέτο μορφοποιημένο για ένα πρωτόκολλο μπορεί να έχουν τη μορφή κάποιου άλλου σχετικού πρωτοκόλλου (μια μέθοδος που ονομάζεται εγκαψούλωση ).
Τα πρωτόκολλα χωρίζουν συνήθως κάθε πακέτο σε τρία μέρη - κεφαλίδα , ωφέλιμο φορτίο και υποσέλιδο . (Ορισμένα πρωτόκολλα, όπως το IP, δεν χρησιμοποιούν υποσέλιδα.) Οι κεφαλίδες πακέτων και τα υποσέλιδα περιέχουν τις πληροφορίες πλαισίου που απαιτούνται για την υποστήριξη του δικτύου, συμπεριλαμβανομένων των διευθύνσεων των συσκευών αποστολής και λήψης, ενώ τα ωφέλιμα φορτία περιέχουν τα πραγματικά δεδομένα προς μετάδοση. Οι κεφαλίδες ή τα υποσέλιδα περιλαμβάνουν επίσης συχνά ορισμένα ειδικά δεδομένα που βοηθούν στη βελτίωση της αξιοπιστίας και της απόδοσης των συνδέσεων δικτύου, όπως μετρητές που παρακολουθούν τη σειρά με την οποία αποστέλλονται τα μηνύματα και τα αθροίσματα ελέγχου που βοηθούν τις εφαρμογές δικτύου να ανιχνεύσουν καταστροφή ή αλλοίωση δεδομένων.
Πώς οι συσκευές δικτύου χρησιμοποιούν πρωτόκολλα
Τα λειτουργικά συστήματα των συσκευών δικτύου περιλαμβάνουν ενσωματωμένη υποστήριξη για ορισμένα πρωτόκολλα δικτύου χαμηλότερου επιπέδου. Όλα τα σύγχρονα λειτουργικά συστήματα επιτραπέζιων υπολογιστών υποστηρίζουν, για παράδειγμα, Ethernet και TCP / IP, ενώ πολλά smartphone υποστηρίζουν Bluetooth και πρωτόκολλα από την οικογένεια Wi-Fi. Αυτά τα πρωτόκολλα συνδέονται τελικά με τις φυσικές διεπαφές δικτύου μιας συσκευής, όπως οι θύρες Ethernet και τα ασύρματα δίκτυα Wi-Fi ή Bluetooth.
Οι εφαρμογές δικτύου, με τη σειρά τους, υποστηρίζουν τα πρωτόκολλα υψηλότερου επιπέδου που μιλούν στο λειτουργικό σύστημα. Ένα πρόγραμμα περιήγησης στο Web, για παράδειγμα, είναι ικανό να μεταφράζει διευθύνσεις όπως http: // / σε πακέτα HTTP που περιέχουν τα απαραίτητα δεδομένα που ένας διακομιστής Web μπορεί να λάβει και στη συνέχεια να στείλει πίσω τη σωστή ιστοσελίδα. Η συσκευή λήψης είναι υπεύθυνη για την επανασυναρμολόγηση των μεμονωμένων πακέτων στο αρχικό μήνυμα, αφαιρώντας τις κεφαλίδες και τα υποσέλιδα και συνδυάζοντας τα πακέτα με τη σωστή σειρά.