Набор правил, которые помогают компьютерам понимать друг друга

Обновлено: 03.07.2024

Основное понимание работы с сетью важно для всех, кто управляет сервером. Это необходимо не только для бесперебойной работы ваших служб в Интернете, но и для диагностики проблем.

В этом документе представлен базовый обзор некоторых распространенных сетевых концепций. Мы обсудим базовую терминологию, общие протоколы, а также обязанности и характеристики различных сетевых уровней.

Это руководство не зависит от операционной системы, но должно быть очень полезным при реализации функций и служб, использующих сетевые ресурсы на вашем сервере.

Сетевой глоссарий

Прежде чем мы начнем подробно обсуждать сетевое взаимодействие, мы должны определить некоторые общие термины, которые вы встретите в этом руководстве, а также в других руководствах и документации по сетевому взаимодействию.

Эти условия будут расширены в соответствующих разделах ниже:

Соединение. В сети соединение относится к фрагментам связанной информации, которые передаются по сети. Обычно это означает, что соединение создается до передачи данных (путем выполнения процедур, изложенных в протоколе), а затем разрывается в конце передачи данных.

Пакет. Пакет — это, вообще говоря, самая основная единица, которая передается по сети. При обмене данными по сети пакеты представляют собой конверты, в которых ваши данные (по частям) передаются от одной конечной точки к другой.

Пакеты имеют заголовочную часть, которая содержит информацию о пакете, включая источник и пункт назначения, метки времени, сетевые переходы и т. д. Основная часть пакета содержит фактически передаваемые данные. Иногда его называют телом или полезной нагрузкой.

Сетевой интерфейс. Под сетевым интерфейсом может пониматься любой вид программного интерфейса для сетевого оборудования. Например, если на вашем компьютере установлены две сетевые карты, вы можете контролировать и настраивать каждый связанный с ними сетевой интерфейс по отдельности.

Сетевой интерфейс может быть связан с физическим устройством или представлять собой виртуальный интерфейс. Примером этого может служить «петлевое» устройство, которое является виртуальным интерфейсом к локальной машине.

LAN: LAN означает «локальная сеть». Это относится к сети или части сети, которая не является общедоступной для большого Интернета. Домашняя или офисная сеть является примером локальной сети.

WAN: WAN означает «глобальная сеть». Это означает, что сеть намного шире, чем локальная сеть. Хотя глобальная сеть – это подходящий термин для описания больших рассредоточенных сетей в целом, обычно он означает Интернет в целом.

Если говорят, что интерфейс подключен к глобальной сети, обычно предполагается, что он доступен через Интернет.

Протокол. Протокол — это набор правил и стандартов, определяющих язык, который устройства могут использовать для общения. В сетях широко используется большое количество протоколов, и они часто реализуются на разных уровнях.

Порт. Порт – это адрес на одном компьютере, который можно привязать к определенному программному обеспечению. Это не физический интерфейс или расположение, но он позволяет вашему серверу обмениваться данными с использованием более чем одного приложения.

Брандмауэр. Брандмауэр – это программа, которая решает, следует ли разрешить входящий или исходящий трафик на сервер. Брандмауэр обычно работает, создавая правила для того, какой тип трафика допустим для каких портов. Как правило, брандмауэры блокируют порты, которые не используются определенным приложением на сервере.

NAT: NAT означает преобразование сетевых адресов. Это способ преобразования запросов, поступающих на сервер маршрутизации, на соответствующие устройства или серверы, о которых он знает в локальной сети. Обычно это реализуется в физических локальных сетях как способ маршрутизации запросов через один IP-адрес на необходимые внутренние серверы.

VPN: VPN означает виртуальную частную сеть. Это средство соединения отдельных локальных сетей через Интернет с сохранением конфиденциальности. Это используется как средство подключения удаленных систем, как если бы они были в локальной сети, часто из соображений безопасности.

Существует много других терминов, с которыми вы можете столкнуться, и этот список не может быть исчерпывающим. Мы объясним другие термины по мере необходимости. К этому моменту вы должны понимать некоторые основные понятия высокого уровня, которые позволят нам лучше обсудить предстоящие темы.

Сетевые уровни

Несмотря на то, что сеть часто рассматривается с точки зрения горизонтальной топологии, между хостами ее реализация представляет собой вертикальный уровень по всему компьютеру или сети.

Это означает, что существует множество технологий и протоколов, которые накладываются друг на друга, чтобы упростить обмен данными.Каждый последующий, более высокий уровень немного абстрагирует необработанные данные и упрощает их использование приложениями и пользователями.

Это также позволяет по-новому использовать нижние уровни, не тратя время и силы на разработку протоколов и приложений, обрабатывающих эти типы трафика.

Язык, который мы используем, чтобы говорить о каждой из схем слоев, значительно различается в зависимости от того, какую модель вы используете. Независимо от модели, используемой для обсуждения слоев, путь данных один и тот же.

Когда данные отправляются с одного компьютера, они начинаются с вершины стека и фильтруются вниз. На самом низком уровне происходит фактическая передача на другую машину. В этот момент данные перемещаются обратно вверх через уровни другого компьютера.

Каждый уровень имеет возможность добавлять свою собственную "оболочку" для данных, которые он получает от соседнего уровня, что поможет последующим уровням решить, что делать с данными, когда они будут переданы.

Модель OSI

Исторически сложилось так, что одним из методов описания различных уровней сетевого взаимодействия является модель OSI. OSI расшифровывается как Open Systems Interconnect.

Приложение. Уровень приложения — это уровень, с которым чаще всего взаимодействуют пользователи и пользовательские приложения. Сетевое взаимодействие обсуждается с точки зрения доступности ресурсов, партнеров для связи и синхронизации данных.

Презентация. Уровень презентации отвечает за сопоставление ресурсов и создание контекста. Он используется для преобразования сетевых данных более низкого уровня в данные, которые ожидают увидеть приложения.

Сеанс: Сеансовый уровень — это обработчик соединения. Он постоянно создает, поддерживает и уничтожает соединения между узлами.

Транспорт: транспортный уровень отвечает за передачу вышестоящим уровням надежного соединения. В этом контексте надежность означает возможность проверки того, что часть данных была получена неповрежденной на другом конце соединения.

Этот уровень может повторно отправлять потерянную или поврежденную информацию, а также подтверждать получение данных на удаленные компьютеры.

Сеть. Сетевой уровень используется для маршрутизации данных между различными узлами в сети. Он использует адреса, чтобы определить, на какой компьютер отправлять информацию. Этот уровень также может разбивать большие сообщения на более мелкие фрагменты, которые затем собираются на другом конце.

Канал передачи данных: этот уровень реализуется как метод установления и поддержания надежных каналов связи между различными узлами или устройствами в сети с использованием существующих физических соединений.

Физический уровень. Физический уровень отвечает за обработку реальных физических устройств, которые используются для установления соединения. Этот уровень включает в себя простое программное обеспечение, которое управляет физическими подключениями, а также само оборудование (например, Ethernet).

Как видите, существует множество различных уровней, которые можно обсуждать в зависимости от их близости к голому оборудованию и функциональности, которую они предоставляют.

Модель TCP/IP

Модель TCP/IP, более известная как набор интернет-протоколов, представляет собой еще одну более простую и широко распространенную многоуровневую модель. Он определяет четыре отдельных уровня, некоторые из которых пересекаются с моделью OSI:

Приложение. В этой модели уровень приложения отвечает за создание и передачу пользовательских данных между приложениями. Приложения могут находиться в удаленных системах и должны работать как локальные для конечного пользователя.

Говорят, что общение происходит между узлами.

Транспортный уровень. Транспортный уровень отвечает за связь между процессами. Этот уровень сети использует порты для адресации различных сервисов. Он может создавать ненадежные или надежные соединения в зависимости от типа используемого протокола.

Интернет. Интернет-уровень используется для передачи данных от узла к узлу в сети. Этот уровень знает о конечных точках соединений, но не беспокоится о фактическом соединении, необходимом для перехода из одного места в другое. IP-адреса определяются на этом уровне как способ доступа к удаленным системам адресным способом.

Связь. Канальный уровень реализует фактическую топологию локальной сети, которая позволяет интернет-уровню представлять адресуемый интерфейс. Он устанавливает соединения между соседними узлами для отправки данных.

Как видите, модель TCP/IP немного более абстрактна и подвижна. Это упростило реализацию и позволило ему стать основным способом категоризации сетевых уровней.

Интерфейсы

Интерфейсы — это точки сетевого взаимодействия для вашего компьютера. Каждый интерфейс связан с физическим или виртуальным сетевым устройством.

Как правило, ваш сервер будет иметь один настраиваемый сетевой интерфейс для каждой карты Ethernet или беспроводной интернет-карты, которая у вас есть.

Кроме того, он определяет виртуальный сетевой интерфейс, который называется "петля" или интерфейс localhost.Он используется в качестве интерфейса для подключения приложений и процессов на одном компьютере к другим приложениям и процессам. Во многих инструментах это можно увидеть как интерфейс «lo».

Очень часто администраторы настраивают один интерфейс для обслуживания трафика в Интернет, а другой — для локальной или частной сети.

В DigitalOcean в центрах обработки данных с включенной частной сетью ваш VPS будет иметь два сетевых интерфейса (в дополнение к локальному интерфейсу). Интерфейс «eth0» будет настроен для обработки трафика из Интернета, а интерфейс «eth1» будет работать для связи с частной сетью.

Протоколы

Сеть работает путем объединения нескольких различных протоколов друг с другом. Таким образом, один фрагмент данных может быть передан с использованием нескольких протоколов, инкапсулированных друг в друга.

Мы поговорим о некоторых наиболее распространенных протоколах, с которыми вы можете столкнуться, и попытаемся объяснить разницу, а также дать контекст относительно того, в какую часть процесса они вовлечены.

Мы начнем с протоколов, реализованных на нижних сетевых уровнях, и будем продвигаться к протоколам с более высокой абстракцией.

Контроль доступа к среде

Управление доступом к среде – это протокол связи, который используется для различения конкретных устройств. Каждое устройство должно получить уникальный адрес управления доступом к среде (MAC-адрес) в процессе производства, который отличает его от любого другого устройства в Интернете.

Адресация оборудования по MAC-адресу позволяет ссылаться на устройство по уникальному значению, даже если программное обеспечение верхнего уровня может изменить имя для этого конкретного устройства во время работы.

Управление доступом к среде — это один из немногих протоколов канального уровня, с которым вы, вероятно, будете взаимодействовать на регулярной основе.

Протокол IP — это один из основных протоколов, обеспечивающих работу Интернета. IP-адреса уникальны в каждой сети и позволяют машинам обращаться друг к другу в сети. Он реализован на интернет-уровне в модели IP/TCP.

Сети могут быть связаны друг с другом, но трафик должен перенаправляться при пересечении границ сети. Этот протокол предполагает ненадежную сеть и несколько путей к одному и тому же месту назначения, между которыми он может динамически переключаться.

Существует несколько различных реализаций протокола. На сегодняшний день наиболее распространенной реализацией является IPv4, хотя IPv6 становится все более популярным в качестве альтернативы из-за нехватки доступных IPv4-адресов и улучшения возможностей протоколов.

ICMP означает протокол управления сообщениями в Интернете. Он используется для отправки сообщений между устройствами, чтобы указать условия доступности или ошибки. Эти пакеты используются в различных инструментах сетевой диагностики, таких как ping и traceroute.

Обычно пакеты ICMP передаются, когда пакет другого типа сталкивается с какой-либо проблемой. В основном они используются в качестве механизма обратной связи для сетевого взаимодействия.

TCP означает протокол управления передачей. Он реализован на транспортном уровне модели IP/TCP и используется для установления надежных соединений.

TCP — это один из протоколов, который инкапсулирует данные в пакеты. Затем он передает их на удаленный конец соединения, используя методы, доступные на нижних уровнях. С другой стороны, он может проверять наличие ошибок, запрашивать повторную отправку определенных частей и собирать информацию в одну логическую часть для отправки на прикладной уровень.

Протокол создает соединение перед передачей данных, используя систему, называемую трехсторонним рукопожатием. Это способ для двух сторон связи подтвердить запрос и согласовать метод обеспечения надежности данных.

После отправки данных соединение разрывается с помощью аналогичного четырехэтапного рукопожатия.

TCP — это предпочтительный протокол для многих наиболее популярных способов использования Интернета, включая WWW, FTP, SSH и электронную почту. Можно с уверенностью сказать, что Интернета, который мы знаем сегодня, не было бы без TCP.

UDP означает протокол пользовательских дейтаграмм. Это популярный сопутствующий протокол TCP, который также реализован на транспортном уровне.

Фундаментальное различие между UDP и TCP заключается в том, что UDP обеспечивает ненадежную передачу данных. Он не проверяет, были ли данные получены на другом конце соединения. Это может показаться плохим, и во многих случаях так оно и есть. Однако для некоторых функций это также чрезвычайно важно.

Поскольку не требуется ждать подтверждения получения данных и принудительной повторной отправки данных, UDP намного быстрее, чем TCP. Он не устанавливает соединение с удаленным хостом, а просто передает данные на этот хост, и ему все равно, приняты они или нет.

Поскольку это простая транзакция, она полезна для простых коммуникаций, таких как запрос сетевых ресурсов.Он также не поддерживает состояние, что делает его идеальным для передачи данных с одной машины на множество клиентов в реальном времени. Это делает его идеальным для VOIP, игр и других приложений, которые не допускают задержек.

FTP означает протокол передачи файлов. Он также находится на уровне приложения и позволяет передавать полные файлы с одного хоста на другой.

Он небезопасен по своей природе, поэтому его не рекомендуется использовать в любой внешней сети, если только он не реализован как общедоступный ресурс, доступный только для скачивания.

DNS означает систему доменных имен. Это протокол прикладного уровня, используемый для обеспечения удобного для человека механизма именования интернет-ресурсов. Это то, что связывает доменное имя с IP-адресом и позволяет вам получать доступ к сайтам по имени в вашем браузере.

SSH означает безопасную оболочку. Это зашифрованный протокол, реализованный на уровне приложений, который можно использовать для безопасного обмена данными с удаленным сервером. На основе этого протокола построено множество дополнительных технологий из-за его сквозного шифрования и повсеместного распространения.

Существует множество других протоколов, которые мы не рассмотрели, но которые не менее важны. Тем не менее, это должно дать вам хороший обзор некоторых фундаментальных технологий, которые делают возможным Интернет и сети.

Заключение

К этому моменту вы должны быть знакомы с некоторой базовой сетевой терминологией и понимать, как различные компоненты могут взаимодействовать друг с другом. Это должно помочь вам понять другие статьи и документацию по вашей системе.

Хотите узнать больше? Присоединяйтесь к сообществу DigitalOcean!

Присоединяйтесь к нашему сообществу DigitalOcean, насчитывающему более миллиона разработчиков, бесплатно! Получайте помощь и делитесь знаниями в нашем разделе "Вопросы и ответы", находите руководства и инструменты, которые помогут вам расти как разработчику и масштабировать свой проект или бизнес, а также подписывайтесь на интересующие вас темы.

Протокол – это набор правил, регулирующих обмен данными между компьютерами в сети. Чтобы два компьютера могли разговаривать друг с другом, они должны говорить на одном языке. Требуется множество различных типов сетевых протоколов и стандартов, чтобы ваш компьютер (независимо от того, какую операционную систему, сетевую карту или приложение вы используете) мог взаимодействовать с другим компьютером, расположенным на соседнем столе или на другом конце мира. Эталонная модель OSI (Взаимодействие открытых систем) определяет семь уровней сетевых протоколов. Сложность этих слоев выходит за рамки этого руководства; однако их можно упростить до четырех уровней, чтобы было проще определить некоторые из протоколов, с которыми вы должны быть знакомы (см. рис. 1).

< td>1

Уровень OSI	Имя	Общие протоколы
7	Приложение	HTTP \| FTP \| SMTP \| DNS \| Telnet
6	Презентация
5	Сеанс
4	Транспорт	TCP \| SPX
3	Сеть	IP \| IPX
2	Канал передачи данных	Ethernet
Физический		Ethernet

Рис. 1. Модель OSI, связанная с распространенными сетевыми протоколами

На рис. 1 показано, как некоторые из основных протоколов будут соотноситься с моделью OSI для связи через Интернет. В этой модели есть четыре уровня, в том числе:

Предполагая, что вы хотите отправить сообщение электронной почты кому-либо в Италии, мы рассмотрим уровни "снизу вверх", начиная с Ethernet (физический уровень/уровень канала передачи данных).

Ethernet (физический уровень/уровень передачи данных)

На физическом уровне сети основное внимание уделяется аппаратным элементам, таким как кабели, повторители и сетевые интерфейсные платы. На сегодняшний день наиболее распространенным протоколом, используемым на физическом уровне, является Ethernet. Например, сеть Ethernet (например, 10BaseT или 100BaseTX) определяет тип кабелей, которые можно использовать, оптимальную топологию (звезда или шина и т. д.), максимальную длину кабелей и т. д. (см. дополнительную информацию о стандартах Ethernet, относящихся к физическому уровню).

Канальный уровень сети определяет способ, которым пакеты данных передаются от одного узла к другому. Ethernet использует метод доступа, называемый CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей/обнаружение коллизий). Это система, в которой каждый компьютер прослушивает кабель перед отправкой чего-либо по сети. Если сеть свободна, компьютер будет передавать. Если какой-то другой узел уже передает по кабелю, компьютер будет ждать и повторить попытку, когда линия освободится. Иногда два компьютера пытаются передавать одновременно. При этом происходит столкновение. Затем каждый компьютер отключается и ждет случайное количество времени перед попыткой повторной передачи. При использовании этого метода доступа коллизии являются нормальным явлением.Однако задержка, вызванная коллизиями и повторной передачей, очень мала и обычно не влияет на скорость передачи в сети.

Интернет

Первоначальный стандарт Ethernet был разработан в 1983 году и имел максимальную скорость 10 Мбит/с (феноменальную для того времени) по коаксиальному кабелю. Протокол Ethernet допускает топологию шины, звезды или дерева в зависимости от типа используемых кабелей и других факторов. Этот тяжелый коаксиальный кабель был дорогим в покупке, установке и обслуживании, и его было очень сложно модернизировать в существующих помещениях.

Существующие стандарты теперь основаны на использовании витой пары. Распространенными стандартами витой пары являются 10BaseT, 100BaseT и 1000BaseT. Число (10, 100, 1000) и скорость передачи (10/100/1000 мегабит в секунду); «Base» означает «основной диапазон», что означает, что он имеет полный контроль над проводом на одной частоте; а «T» означает кабель «витая пара». Оптоволоконный кабель также можно использовать на этом уровне в 10BaseFL.

Быстрый Ethernet

Протокол Fast Ethernet поддерживает передачу до 100 Мбит/с. Fast Ethernet требует использования других, более дорогих сетевых концентраторов/концентраторов и сетевых карт. Кроме того, необходима витая пара или оптоволоконный кабель категории 5. Стандарты Fast Ethernet включают:

100BaseT — 100 Мбит/с по двухпарному кабелю UTP категории 5 или выше.
100BaseFX — 100 Мбит/с по оптоволоконному кабелю.
100BaseSX — 100 Мбит/с по многомодовому оптоволоконному кабелю.
100BaseBX — 100 Мбит/с по одномодовому оптоволоконному кабелю.

Гигабитный Ethernet

Стандарт Gigabit Ethernet — это протокол со скоростью передачи 1 Гбит/с (1000 Мбит/с). Он может использоваться как с оптоволоконным кабелем, так и с медным. (дополнительную информацию см. в разделе «Кабели»).

1000BaseT — 1000 Мбит/с по 2-парному кабелю UTP категории 5 или выше.
1000BaseTX — 1000 Мбит/с по двухпарному кабелю UTP категории 6 или выше.
1000BaseFX — 1000 Мбит/с по оптоволоконному кабелю.
1000BaseSX — 1000 Мбит/с по многомодовому оптоволоконному кабелю.
1000BaseBX — 1000 Мбит/с по одномодовому оптоволоконному кабелю.

Стандарты Ethernet продолжают развиваться. с 10-гигабитным Ethernet (10 000 Мбит/с) и 100-гигабитным Ethernet (100 000 Мбит/с),

Сводка протокола Ethernet

Протокол	Кабель	Скорость
Ethernet	Витая пара , Коаксиальный, Оптоволокно	10 Мбит/с
Fast Ethernet	Витая пара, Оптоволокно	100 Мбит/с< /td>
Gigabit Ethernet	Витая пара, оптоволокно	1000 Мбит/с

Старые сетевые протоколы

Несколько очень популярных сетевых протоколов, широко использовавшихся в 90-х – начале 21 века, в настоящее время практически вышли из употребления. Хотя вы можете время от времени слышать такие термины, как «Localtalk» (Apple) или «Token Ring» (IBM), вы редко найдете эти системы все еще работающими. Хотя они сыграли важную роль в развитии сетей, их производительность и ограниченная емкость отодвинули их в прошлое после стандартизации Ethernet, вызванной успехом Интернета.

IP и IPX (сетевой уровень)

Сетевой уровень отвечает за маршрутизацию сетевых сообщений (данных) с одного компьютера на другой. Обычными протоколами на этом уровне являются IP (который связан с TCP на транспортном уровне для сети Интернет) и IPX (который связан с SPX на транспортном уровне для некоторых старых сетей Macintosh, Linux, UNIX, Novell и Windows). Из-за роста числа интернет-сетей IP/TCP становятся ведущими протоколами для большинства сетей.

Каждое сетевое устройство (например, сетевые карты и принтеры) имеет физический адрес, который называется MAC-адресом (управление доступом к среде). Когда вы покупаете сетевую карту, MAC-адрес фиксируется и не может быть изменен. Сети, использующие протоколы IP и IPX, назначают логические адреса (которые состоят из MAC-адреса и сетевого адреса) устройствам в сети. Все это может стать довольно сложным — достаточно сказать, что сетевой уровень заботится об этом. назначает правильные адреса (через IP или IPX), а затем использует маршрутизаторы для отправки пакетов данных в другие сети.

TCP и SPX (транспортный уровень)

Транспортный уровень обеспечивает эффективную и надежную передачу пакетов данных из одной сети в другую. В большинстве случаев документ, сообщение электронной почты или другая информация не отправляются как единое целое. Вместо этого он разбивается на небольшие пакеты данных, каждый из которых имеет заголовок, определяющий правильную последовательность и документ.

Когда пакеты данных отправляются по сети, они могут идти по одному и тому же маршруту, а могут и по разным — это не имеет значения. На принимающей стороне пакеты данных повторно собираются в правильном порядке. После получения всех пакетов сообщение возвращается в исходную сеть.Если пакет не приходит, сообщение «повторно отправить» отправляется обратно в исходную сеть.

TCP в сочетании с IP — самый популярный протокол на транспортном уровне. Если протокол IPX используется на сетевом уровне (в таких сетях, как Novell или Microsoft), то он сочетается с SPX на транспортном уровне.

Некоторые протоколы перекрывают сеансовый, представительский и прикладной уровни сетей. Перечисленные ниже протоколы являются одними из наиболее известных:

4202 E. Fowler Ave., EDU162

Тампа, Флорида 33620

Доктор. Рой Винкельман, директор

Эта публикация была подготовлена в рамках гранта Министерства образования Флориды.

Информация, содержащаяся в этом документе, основана на информации, доступной на момент публикации, и может быть изменена. Несмотря на то, что были предприняты все разумные усилия для включения точной информации, Флоридский центр учебных технологий не дает никаких гарантий в отношении точности, полноты или пригодности информации, представленной здесь, для какой-либо конкретной цели. Ничто в данном документе не может быть истолковано как рекомендация использовать какой-либо продукт или услугу в нарушение существующих патентов или прав третьих лиц.

Сетевой протокол – это установленный набор правил, определяющих, как данные передаются между различными устройствами в одной сети. По сути, это позволяет подключенным устройствам взаимодействовать друг с другом, независимо от каких-либо различий в их внутренних процессах, структуре или дизайне. Благодаря сетевым протоколам вы можете легко общаться с людьми по всему миру, и поэтому они играют решающую роль в современных цифровых коммуникациях.

Подобно тому, как разговор на одном языке упрощает общение между двумя людьми, сетевые протоколы позволяют устройствам взаимодействовать друг с другом благодаря предопределенным правилам, встроенным в программное и аппаратное обеспечение устройств. Ни локальные сети (LAN), ни глобальные сети (WAN) не могли бы работать так, как сегодня, без использования сетевых протоколов.

Как работают сетевые протоколы

Сетевые протоколы берут крупномасштабные процессы и разбивают их на небольшие конкретные задачи или функции. Это происходит на каждом уровне сети, и каждая функция должна взаимодействовать на каждом уровне для выполнения более крупной задачи. Под набором протоколов понимается набор небольших сетевых протоколов, работающих вместе друг с другом.

Сетевые протоколы обычно создаются в соответствии с отраслевыми стандартами различными организациями, занимающимися сетевыми или информационными технологиями.

Следующие группы определили и опубликовали различные сетевые протоколы:

Несмотря на то, что модели сетевых протоколов обычно работают одинаково, каждый протокол уникален и работает особым образом, описанным организацией, которая его создала.

Кто использует сетевые протоколы?

Сетевые протоколы нужны не только сертифицированным сетевым специалистам или ИТ-специалистам. Миллиарды людей ежедневно используют сетевые протоколы, знают они об этом или нет.

Каждый раз, когда вы пользуетесь Интернетом, вы используете сетевые протоколы. Хотя вы можете не знать, как работают сетевые протоколы или как часто вы с ними сталкиваетесь, они необходимы для использования Интернета или цифровых коммуникаций в любом качестве.

Список сетевых протоколов

Существуют тысячи различных сетевых протоколов, но все они выполняют одно из трех основных действий:

Каждый тип необходим для быстрого и безопасного использования сетевых устройств, и они работают вместе, чтобы облегчить это использование.

Что такое сеть Ad Hoc?

Сети Ad Hoc устанавливают соединение между двумя устройствами без подключения к Интернету. Настроить его сложно, но полезно, если у вас нет Wi-Fi.

Что такое затухание?

Затухание – это ослабление сигнала из-за шума, расстояния или других внешних факторов, которые могут вызвать искажение или путаницу при передаче.

Что такое пассивная оптическая сеть?

Пассивные оптические сети (PON) обеспечивают высокую скорость широкополосного доступа и оптоволокно для конечных пользователей. ИТ-специалисты должны знать, что такое PON и как она может предоставлять сетевые решения.

Общение

Протоколы связи позволяют различным сетевым устройствам взаимодействовать друг с другом. Они используются как в аналоговой, так и в цифровой связи и могут использоваться для важных процессов, начиная от передачи файлов между устройствами и заканчивая доступом в Интернет.

К общим типам протоколов связи относятся следующие:

Автоматизация. Эти протоколы используются для автоматизации различных процессов как в коммерческих, так и в личных целях, например в умных зданиях, облачных технологиях или беспилотных транспортных средствах.
Обмен мгновенными сообщениями. Мгновенная текстовая связь на смартфонах и компьютерах осуществляется благодаря ряду различных сетевых протоколов обмена мгновенными сообщениями.
Маршрутизация. Протоколы маршрутизации обеспечивают связь между маршрутизаторами и другими сетевыми устройствами. Существуют также протоколы маршрутизации специально для одноранговых сетей.
Bluetooth. Популярные устройства Bluetooth, в том числе гарнитуры, смартфоны и компьютеры, работают благодаря множеству различных протоколов Bluetooth.
Передача файлов. Если вы когда-либо перемещали файлы с одного устройства на другое через физический или цифровой носитель, вы использовали протоколы передачи файлов (FTP).
Интернет-протокол. Интернет-протокол (IP) позволяет передавать данные между устройствами через Интернет. Интернет не мог бы работать так, как сейчас, без IP.

Управление сетью

Протоколы сетевого управления определяют и описывают различные процедуры, необходимые для эффективной работы компьютерной сети. Эти протоколы влияют на различные устройства в одной сети, включая компьютеры, маршрутизаторы и серверы, чтобы обеспечить оптимальную работу каждого из них и сети в целом.

Функции протоколов управления сетью включают следующее:

Соединение. Эти протоколы устанавливают и поддерживают стабильное соединение между различными устройствами в одной сети.
Агрегация каналов. Протоколы агрегации каналов позволяют объединять несколько сетевых подключений в один канал между двумя устройствами. Это повышает надежность соединения и помогает поддерживать его в случае сбоя одного из каналов.
Устранение неполадок. Протоколы устранения неполадок позволяют сетевым администраторам выявлять ошибки, влияющие на работу сети, оценивать качество сетевого подключения и определять, как администраторы могут устранить любые проблемы.

Безопасность

Протоколы безопасности, также называемые криптографическими протоколами, обеспечивают защиту сети и передаваемых по ней данных от неавторизованных пользователей.

Общие функции сетевых протоколов безопасности включают следующее:

Шифрование. Протоколы шифрования защищают данные и защищенные зоны, требуя от пользователей ввода секретного ключа или пароля для доступа к этой информации.
Аутентификация объектов. Протоколы аутентификации объектов создают систему, которая требует, чтобы различные устройства или пользователи в сети подтверждали свою личность перед доступом к безопасным областям.
Транспортировка. Протоколы безопасности при транспортировке защищают данные во время их передачи с одного сетевого устройства на другое.

Пример сетевого протокола

Знаете вы это или нет, но вы сталкивались с сетевыми протоколами при использовании электронных устройств, и некоторые из них легко идентифицировать.

Вот несколько примеров наиболее часто используемых сетевых протоколов:

Сетевые протоколы не просто определяют, как работают устройства и процессы. они определяют, как устройства и процессы работают вместе. Без этих предопределенных соглашений и правил в Интернете не было бы необходимой инфраструктуры, необходимой для того, чтобы он был функциональным и пригодным для использования. Сетевые протоколы — это основа современных коммуникаций, без которых не может обойтись цифровой мир.

CompTIA Network+ охватывает темы, связанные с компьютерными сетями, включая сетевые протоколы. Загрузите цели экзаменачтобы увидеть все темы, охватываемые этим ИТ сертификация.

Подумайте о человеческом общении. Люди используют язык для общения друг с другом. Это общение может создать сеть, в которой люди связаны. Создание сети означает, что существует общая среда, которая соединяет всех нас. Это может быть идея, похожие увлечения или работа, но для компьютеров ссылка может быть просто кабелем.

Введение

Компьютерное общение похоже на человеческое общение. На самом деле, многие аспекты компьютерных наук аналогичны человеческому поведению. Если вам интересно, как эти машины могут взаимодействовать друг с другом и как данные передаются по сети, эта статья определенно создана для вас.Если компьютеры кажутся вам увлекательной темой, скажем, компьютерное общение может вас в чем-то увлечь.

Прежде чем мы углубимся в компьютерные коммуникации, я хочу дать краткую структуру статьи. В первых абзацах представлена общая информация о компьютерных системах. Далее мы сосредоточимся на более технических и подробных терминах, таких как компьютерные сети и сетевые протоколы.

Общая информация о компьютерах
Как компьютеры могут понимать программы
Что такое компьютерная сеть
Как компьютеры обмениваются данными по сети
Что такое модель OSI?
Поток данных по сети

Начнем с основ

Начнем с основ. Что такое компьютер? Зачем нам компьютеры? Могут ли компьютеры общаться друг с другом? Как?

Ну, черт возьми, да, они могут. Начнем с того, что компьютер — это машина, созданная людьми для улучшения качества жизни людей. Компьютер — это машина, которая может обрабатывать и вычислять арифметические и логические операции. Создан для вычисления этих операций быстрее, чем человек, поэтому по своей сути это вычислительное устройство.

Комбинация аппаратного и программного обеспечения называется компьютерной системой.

Компьютерная система обрабатывает несколько программ, используя аппаратное обеспечение во взаимодействии с программным обеспечением. Программа — это набор инструкций, предназначенных для выполнения определенных задач.

Первую компьютерную программу изобрела математик Ада Лавлейс, родившаяся почти 200 лет назад. В 1843 году она разработала алгоритмы, связанные с аналитической машиной. Она стала известна как математик, а также благодаря своим знаниям в области компьютерных наук, а также будущего компьютеров и их возможностей.

Просмотреть эту хронологию на сайте computerhistory

Компьютеры | Хронология компьютерной истории | Музей компьютерной истории

Компьютер Атанасова-Берри (ABC) завершен После успешной демонстрации экспериментального прототипа в 1939 году…

Но как они понимают программы?

Компьютеры могут понимать только двоичную форму 0 и 1. Упомянутые выше программы написаны программистами на языке программирования.

Переходя с языка программирования более высокого уровня на язык более низкого уровня, компилятор преобразует язык программирования Whatever в язык ассемблера (наиболее близкий к машинному), чтобы понять его и обработать операции программы.

Компьютеры обрабатывают последовательности 0 и 1 !

Компьютеры обмениваются данными через собственную сеть

Мы пользуемся Интернетом каждый день. На самом деле это означает, что мы все подключены к одной сети. Интернет — это глобальная сеть, которая соединяет всех пользователей мира, и они могут общаться друг с другом в любое время из разных мест, поскольку принадлежат к одной сети.

Сеть – это группа взаимосвязей. Это может быть и группа небольших сетей. Компьютерная сеть использует два или более компьютеров, которые связаны друг с другом сетевой средой.

Пользователи в одной и той же сети могут использовать одно и то же аппаратное обеспечение (принтер) или программное обеспечение (одинаковые программы) и передавать различные типы данных, такие как текст, видео, голос и т. д. Оборудование используется для связи друг с другом, например, проводные кабели, оптические волокна или беспроводные соединения.

Сети делятся на два разных типа. Эти типы являются локальными сетями и глобальными сетями. Основное отличие заключается в диапазоне подключения внутри сети.

Сначала давайте просто объясним, что такое локальная сеть.

По названию вы можете понять, что LAN (локальная сеть) может соединять меньший диапазон компьютеров, поскольку она базируется локально.

Вы можете подумать, что локальная сеть предназначена для соединения людей, у которых есть что-то общее, например, компьютеры в школьном классе, чтобы учащиеся или сотрудники могли общаться, или компьютеры компании. Локальная сеть может быть защищенной сетью, к которой обращаются и используют только они. Итак, теперь локальная сеть авторизовала пользователей, используя их IP-адреса, что объясняется ниже.

Кроме того, ниже объясняется, как сеть идентифицирует отправителя и получателя.

Теперь давайте объясним, что такое глобальная сеть. По мере роста числа пользователей глобальная сеть может использоваться для создания сети большего размера, чем локальная сеть.

А вот и глобальная сеть, которая соединяет сети из более крупных географических областей. Допустим, компания расширила свои офисы на разные страны или города и по-прежнему хочет общаться друг с другом. WAN используется для передачи данных между областями на большие расстояния или между разными сетями, которые подключены к более крупной сети.

Скорость WAN может быть ниже, чем LAN из-за количества пользователей и сложности, но это зависит от ее настроек.

Да, WAN используется для подключения локальных сетей. Интернет — это своего рода глобальная сеть, верно?

Как сеть определяет, какой компьютер является получателем?

Теперь у нас уже создана локальная сеть. Все компьютеры, принадлежащие одной сети, мы можем соединить их общим кабелем, который называется Ethernet. Когда компьютер A (на самом деле там находится пользователь) хочет отправить сообщение компьютеру B, сообщение проходит по кабелю и поступает на все компьютеры в сети, потому что они используют один и тот же носитель.

Но как сеть узнает получателя сообщения?

У сообщения есть конечный пункт назначения, получатель, который ждет, чтобы прочитать сообщение, и, вероятно, также хочет обменяться информацией. Чтобы маршрутизатор решил эту проблему, каждый компьютер имеет уникальный MAC-адрес. Этот адрес гарантирует, что физический адрес компьютера уникален.

Каждый автономный компьютер имеет выделенный адрес, предоставленный его интернет-провайдером. IP-адрес (интернет-протокол) уникален для каждого компьютера, подключенного к сети, и, конечно же, определяет их, чтобы компьютер можно было распознать. Разделяя точками, IP-адрес представляет собой четыре 8-битных числа, например 192.168.1.8, и каждый набор представляет собой диапазон от 0 до 255.

Интернет-протокол помогает отправлять данные в одной сети. Данные отправляются через сетевые пакеты. Каждый компьютер имеет статический IP-адрес и общедоступный IP-адрес.

Вашему компьютеру назначен частный IP-адрес. Интернет-провайдер (Internet Service Provider) назначает адрес вашему устройству. Этот IP хранится в роутере. Маршрутизатор имеет таблицу маршрутизации, в которой собраны все частные IP-адреса (мобильные, портативные и т. д.), подключенные к этой сети. В каждой сети, к которой вы подключаетесь, интернет-провайдер сети назначает вам другой IP-адрес, например, если вы подключаетесь к общедоступной сети, такой как Starbucks, IP-адрес изменится и будет предоставлен поставщиком, с которым работает Starbucks.

Маршрутизатор помогает устройству подключаться к глобальной сети (Интернету) с другим IP-адресом, общедоступным IP-адресом. Общедоступный IP-адрес устанавливается провайдером из пула маршрутизации, который назначает адреса в каждой сети. Публичные адреса могут быть динамическими или статическими, но пока мы не будем вдаваться в подробности.

Я просто хочу, чтобы вы поняли, что ваш компьютер подключен к сети, и сеть может идентифицировать его по его IP-адресу. Внутри сети ваш компьютер может обмениваться данными с другими компьютерами, подключенными к той же сети с помощью Ethernet или коммутатора.

Кабель Ethernet — это общий носитель для каждого компьютера в сети. Переключатель можно использовать для разделения проводной сети. К коммутатору, отвечающему за передачу данных, подключаются несколько кабелей. Таким образом, если компьютер A хочет отправить данные на компьютер B, коммутатор не передает сигнал на все подключенные компьютеры. Коммутатор сохраняет MAC-адреса и пересылает сообщения только там, где это необходимо. Коммутатор помогает сети избежать коллизий.

Используя Интернет, компьютеры соединяются и взаимодействуют друг с другом, в основном, используя TCP/IP (протокол управления передачей/Интернет-протокол). Думайте о TCP/IP как о своде правил, пошаговом руководстве, которое каждый компьютер использует, чтобы узнать, как взаимодействовать с другим компьютером. Эта книга правил диктует, что каждый компьютер должен делать для передачи данных, когда передавать данные и как передавать эти данные. В нем также указано, как получать данные таким же образом. Если правила не соблюдаются, компьютер не может подключаться к другому компьютеру, а также отправлять и получать данные между другими компьютерами.

Для подключения к Интернету и другим компьютерам в сети на компьютере должна быть установлена сетевая карта (сетевая карта). Сетевой кабель, подключенный к сетевой карте на одном конце и подключенный к кабельному модему, модему DSL, маршрутизатору или коммутатору, может позволить компьютеру получить доступ к Интернету и подключиться к другим компьютерам.

ISP (интернет-провайдеры)

ISP (интернет-провайдеры), компании, предоставляющие интернет-услуги и подключение, также следуют этим правилам. Интернет-провайдер обеспечивает мост между вашим компьютером и всеми другими компьютерами в мире в Интернете. Интернет-провайдер использует протоколы TCP/IP, чтобы сделать возможными соединения между компьютерами и передавать данные между ними. Интернет-провайдер назначает IP-адрес, который представляет собой уникальный адрес, присвоенный вашему компьютеру или сети для связи в Интернете.

Домашняя сеть

Если у вас есть домашняя компьютерная сеть, компьютеры также используют TCP/IP для соединения. Протокол TCP/IP позволяет каждому компьютеру «видеть» другие компьютеры в сети и совместно использовать файлы и принтеры.

Когда компьютеры подключаются к одной сети, она называется локальной сетью или LAN. Когда несколько сетей подключены, это называется глобальной сетью или WAN.В этом типе сети в вашем доме есть сетевой маршрутизатор, который подключается к вашему интернет-провайдеру. Маршрутизатор получает IP-адрес для вашего подключения к Интернету, а затем назначает локальные IP-адреса каждому устройству в вашей сети. Эти локальные адреса часто 192.168.1.2-255. При доступе к локальному компьютеру в вашей сети ваш маршрутизатор отправляет пакеты TCP/IP между локальными IP-адресами. Однако, когда вы хотите подключиться к Интернету, ваш маршрутизатор использует IP-адрес, назначенный провайдером. Ваш IP-адрес не является адресом 192.168.x.x, поскольку этот IP-адрес назначается поставщиком услуг Интернета, а не вашим маршрутизатором.

При запросе информации с веб-страницы, такой как Computer Hope, вы вводите URL-адрес, который легко понять и запомнить. Чтобы ваш компьютер мог получить доступ к компьютеру, содержащему страницы, этот URL-адрес должен быть преобразован в IP-адрес, что делается с помощью DNS. Как только DNS преобразует URL-адрес в IP-адрес, маршрутизаторы в Интернете будут знать, как направить ваш пакет TCP/IP.

Иллюстрация ниже помогает пояснить информацию из предыдущих разделов о том, как ваш компьютер взаимодействует с другими пользователями в Интернете.

Компьютеры Windows, macOS и Linux используют протокол TCP/IP для подключения к другим компьютерам в локальной или глобальной сети. Для подключения к локальной или глобальной сети требуется либо проводное, либо беспроводное соединение. Проводное соединение обычно выполняется с помощью сетевого кабеля (сетевой кабель категории 5 или категории 6). Беспроводное соединение (Wi-Fi) использует беспроводную сетевую карту 802.11b, 802.11g или 802.11n. При обоих типах подключения обычно требуется сетевой маршрутизатор для подключения к другим компьютерам. Для подключения к Интернету в вашем доме также требуется либо кабельный модем, либо модем DSL, в зависимости от того, каким интернет-провайдером вы пользуетесь.

Дополнительную информацию о том, как DNS преобразует веб-адрес в IP-адрес, см. на нашей странице DNS.

Читайте также: