Как написать протокол передачи данных?
Подскажите литературу? Таненбаума читал про разработку там ничего нет. И вобще в какую сторону копать пока мои знания ограничены wiki. На каком языке, я думаю про си. Его можно будет использовать в с++ если написан на си. Возможно я задаю глупый вопрос, пожалуйста не смейтесь я просто неправильно понял wiki.
�� Подобається Сподобалось 0
До обраного В обраному 0
Дозволені теги: blockquote, a, pre, code, ul, ol, li, b, i, del.
Ctrl + Enter
24 коментарі
Дозволені теги: blockquote, a, pre, code, ul, ol, li, b, i, del.
Ctrl + Enter
Ruslan Shevchenko Researcher 19.09.2011 21:43
Paul S Project Manager, Team Leader, Server developer 19.09.2011 18:15
простой протокол
1) создаешь массив байтов и пишешь в него команду
2) 4байта размер пакета + 4байта ИД команды + (данные команды)
3) отправляешь в сокет и на другой стороне получаешь и разворачиваешь
4) Лучше всего сделать тулз для генерации кода сущностей команд (редактор команд)
Ramsess in UA Lead Server Programmer в Wargaming 19.09.2011 10:06
Как формат данных, для начала используйте тип TLV (Type, Len, Value). По мере «расширения» перейдете на структуры, навесите комресию и криптографию.
Тип транспорта, используйте TCP. Когда начнете «упираться» в ограничение передачи, то рекомендую перейти на UDT (udt.sourceforge.net/) Для транспорта большого обьема данных — лучше всего.
Если TCP — тут еще нужно предусмотреть защиту от дураков DDOS, чтоб не задосили сервис макс. открытыми сокетами. Мне очень понравилось, как от этой напасти защищается ICQ, мыл.ру агент и пр. клиенты, заодно балансируя нагрузку, на протоколе OSCAR: есть предустановленный авторизационный хост / порт, в него приходит пакет от клиента с логином и паролем, либо его хэшем. Далее, если данные совпадают — авторизатор выплевывает ответ — вам, мол, на такой IP / порт, и закрывает сокет. А конкретно по такому IP / порту ждут именно тебя, и никого другого. Если кто другой — реджект. Если ошибка в учетной записи — реджект. Авторизоваться можно только один раз, на второй раз, при незакрытой сессии — реджект. Очень красивое решение.
Протоколы передачи данных: что это, какие бывают и в чём различия?
Задумывались ли вы, как происходит обмен данными в сети? Для этого нужны протоколы передачи. Об основных типах рассказываем в этой статье.
Интернет очень большой и комплексный. Но на базовом уровне это всего лишь связь между различными компьютерами (не только персональными). Эта связь представляет из себя сетевые протоколы передачи данных — набор правил, который определяет порядок и особенности передачи информации для конкретных случаев.
Протоколов большое множество. Про основные из них рассказано далее.
IP — Internet Protocol
Протокол передачи, который первым объединил отдельные компьютеры в единую сеть. Самый примитивный в этом списке. Он является ненадёжным, т. е. не подтверждает доставку пакетов получателю и не контролирует целостность данных. По протоколу IP передача данных осуществляется без установки соединения.
Основная задача этого протокола — маршрутизация датаграмм, т. е. определение пути следования данных по узлам сети.
Популярная версия на текущий момент — IPv4 с 32-битными адресами. Это значит, что в интернете могут хранится 4.29 млрд адресов IPv4. Число большое, но не бесконечное. Поэтому существует версия IPv6, которая поможет решить проблему переполнения адресов, ведь уникальных IPv6 будет 2 ^ 128 адресов (число с 38 знаками).
TCP/IP — Transmission Control Protocol/Internet Protocol
Это стек протоколов TCP и IP. Первый обеспечивает и контролирует надёжную передачу данных и следит за её целостностью. Второй же отвечает за маршрутизацию для отправки данных. Протокол TCP часто используется более комплексными протоколами.
UDP — User Datagram Protocol
Протокол, обеспечивающий передачу данных без предварительного создания соединения между ними. Этот протокол является ненадёжным. В нём пакеты могут не только не дойти, но и прийти не по порядку или вовсе продублироваться.
Основное преимущество UDP протокола заключается в скорости доставки данных. Именно поэтому чувствительные к сетевым задержкам приложения часто используют этот тип передачи данных.
FTP — File Transfer Protocol
Протокол передачи файлов. Его использовали ещё в 1971 году — задолго до появления протокола IP. На текущий момент этим протоколом пользуются при удалённом доступе к хостингам. FTP является надёжным протоколом, поэтому гарантирует передачу данных.
Этот протокол работает по принципу клиент-серверной архитектуры. Пользователь проходит аутентификацию (хотя в отдельных случаях может подключаться анонимно) и получает доступ к файловой системе сервера.
DNS
Это не только система доменных имён (Domain Name System), но и протокол, без которого эта система не смогла бы работать. Он позволяет клиентским компьютерам запрашивать у DNS-сервера IP-адрес какого-либо сайта, а также помогает обмениваться базами данных между серверами DNS. В работе этого протокола также используются TCP и UDP.
Что такое DNS? Введение в систему доменных имён
HTTP — HyperText Transfer Protocol
Изначально протокол передачи HTML-документов. Сейчас же он используется для передачи произвольных данных в интернете. Он является протоколом клиент-серверного взаимодействия без сохранения промежуточного состояния. В роли клиента чаще всего выступает веб-браузер, хотя может быть и, например, поисковый робот. Для обмена информацией протокол HTTP в большинстве случаев использует TCP/IP.
HTTP имеет расширение HTTPS, которое поддерживает шифрование. Данные в нём передаются поверх криптографического протокола TLS.
Предупреждён – значит вооружён: от чего не спасает HTTPS
NTP — Network Time Protocol
Не все протоколы передачи нужны для обмена классического вида информацией. NTP — протокол для синхронизации локальных часов устройства со временем в сети. Он использует алгоритм Марзулло. Благодаря нему протокол выбирает более точный источник времени. NTP работает поверх UDP — поэтому ему удаётся достигать большой скорости передачи данных. Протокол достаточно устойчив к изменениям задержек в сети.
Последняя версия NTPv4 способна достигать точности 10мс в интернете и до 0,2мс в локальных сетях.
SSH — Secure SHell
Протокол для удалённого управления операционной системой с использованием TCP. В SSH шифруется весь трафик, причём с возможностью выбора алгоритма шифрования. В основном это нужно для передачи паролей и другой важной информации.
Также SSH позволяет обрабатывать любые другие протоколы передачи. Это значит, что кроме удалённого управления компьютером, через протокол можно пропускать любые файлы или даже аудио/видео поток.
SSH часто применяется при работе с хостингами, когда клиент может удалённо подключиться к серверу и работать уже оттуда.
Основные протоколы передачи данных
Протоколы — это правила в интернете, по которым устройства с разными операционными системами и программным обеспечением обмениваются данными. С их помощью, например, пользователь Safari на MacBook получает сообщение, отправленное через Chrome на Android.
Чтобы обмениваться данными было удобнее, задачи по их отправке и получению разделены. Создана архитектура «клиент-сервер», где клиент отправляет запрос, а сервер принимает его и возвращает ответ.
Сервер — это специальная программа, или мощный компьютер, его ещё называют хост-системой. Клиент — любое устройство для работы с сайтом, например, ноутбук, смартфон или бортовой компьютер в автомобиле.
Веб-приложение — это клиент-серверное приложение, в котором клиентом выступает браузер. Допустим, на сервере хранится HTML-страница с кодом. Браузер получает файл и показывает этот код как привычную страницу сайта.
Какие бывают протоколы
Протоколы определяют правила выполнения конкретных задач. Но фронтендерам необязательно знать все существующие протоколы — достаточно разбираться в основных.
�� Хочется разобраться в протоколах?
У нас появился курс «Протоколы и сети». Он научит вас понимать принципы передачи данных и защищать свой код от атак.
Internet Protocol — IP
IP отвечает за поиск компьютеров в сети по их IP-адресам. Ещё он предоставляет стратегию маршрутизации, то есть составляет оптимальный маршрут для передачи данных.
Данные в интернете передаются IP-пакетами. У каждого пакета есть заголовок и данные. В заголовке находятся IP-адреса источника и пункта назначения. Данные — это само содержимое, например, часть веб-страницы.
Работу IP можно сравнить с почтовым отделением: протокол направляет IP-пакеты по интернету так же, как почта рассылает письма по всему миру. При доставке почта использует пункты передачи: письмо из отделения сначала попадает на поезд, потом на грузовик и в конце вручается адресату. В интернете тоже есть «пункты передачи» — их называют маршрутизаторами. Цель маршрутизатора — отправить пакет в пункт назначения по самому короткому пути. Если всё идёт хорошо, пакет прибывает на ближайший к получателю маршрутизатор, который точно знает, куда его отправить. Но бывает и так, что какой-то из маршрутизаторов на пути взломан или вышел из строя, и тогда выбирается другой путь:
DNS
Уникальный IP-адрес есть у каждого домена. Он записывается в виде четырёх чисел от нуля до 255 — например, 74.125.20.113. Введите этот адрес в браузерную строку и посмотрите, на какой сайт вы попали.
Подсмотреть ответ
DNS связывает IP-адрес с понятным для людей доменным именем, например, 178.79.181.169 превращается в htmlacademy.ru:
Принцип работы DNS похож на поиск и вызов контактов в телефоне. Вряд ли кто-то помнит 1317а друзей — да это и необязательно, ведь они хранятся в списке контактов. Когда мы хотим кому-то позвонить, то просто находим нужное имя и нажимаем кнопку вызова — в этот момент начинается соединение, но не по имени, а по 1317у телефона.
DNS-сервер — это и есть «список всех контактов», то есть IP-адресов, которые там хранятся. Каждому IP-адресу присвоен домен. И когда мы вводим в строке браузера имя домена, то происходит запрос к DNS-серверу — запрашивается IP-адрес.
SSL/TLS
SSL — криптографический протокол шифрования запросов и ответов, он нужен для безопасного перемещения данных по интернету, а TLS — его продвинутая версия. SSL уже почти не используют, но это название было таким популярным, что его до сих пор употребляют, а любой SSL-сертификат у хостинг-компаний — TLS-сертификат.
TCP и UDP
Оба протокола отвечают за передачу данных и работают поверх IP, но с небольшой разницей. TCP доставляет данные без потерь, поэтому его используют для передачи фотографий, сообщений и другой важной информации. А вот UDP не гарантирует доставку, но зато он гораздо быстрее. Его используют, когда скорость важнее надёжности, например, при передаче аудиосообщений или видеотрансляциях.
HTTP и HTTPS
HTTP и HTTPS предназначены для передачи данных и в итоге пользователи могут просматривать веб-страницы. На самом деле HTTPS — это не отдельный протокол, а расширение HTTP. Он безопаснее, так как использует SSL/TLS для шифрования обычных запросов и ответов.
HTTP
HTTP — один из самых используемых протоколов в интернете, поэтому посмотрим подробнее, как он работает.
Протокол работает в формате запрос-ответ с двумя участниками общения:
- клиент — формирует запросы и обрабатывает ответы;
- сервер — обрабатывает запросы и формирует ответы.
Клиент делает запрос на сервер для передачи каждого ресурса: файлов HTML, CSS, JavaScript, изображений или видеофайлов. Затем сервер отвечает на запрос, отправляя ресурс.
Представим, что мы создали HTML со следующей разметкой:
Главная страница Это простой HTML-файл, в котором подключены два ресурса: стилевой файл style.css и изображение logo.svg. Браузер запросит три ресурса: index.html, style.css и logo.svg.
Для каждого запроса и ответа открывается своё TCP-соединение. При каждом соединении происходит трёхстороннее «рукопожатие»: клиент и сервер трижды обмениваются пустыми пакетами данных, чтобы удостовериться в существовании друг друга и готовности к работе с данными:
Запрос-ответ выглядит так:
Трёхстороннее «рукопожатие» нужно проводить в каждом TCP-соединении, так как HTTP не запоминает состояния, поэтому ни клиент, ни сервер не могут сохранять информацию между различными запросами. HTTP — один из самых ранних протоколов, и при его создании никто не ожидал, что на веб-странице придётся загружать так много ресурсов.
Такое «рукопожатие» делает загрузку страницы медленнее. Чтобы решить проблему, разработчикам приходится сокращать количество загружаемых ресурсов, например, использовать спрайты или разделять файлы по разным доменам — этот метод называется domain sharding. Такие манипуляции уменьшают количество TCP-соединений, хотя и создают свои трудности.
HTTP/2
HTTP/2 — улучшенная версия HTTP. По данным Can I Use, его поддерживают большинство браузеров.
Главное нововведение этого протокола — одно TCP-соединение на разные запросы, или мультиплексирование:
Как выглядит запрос-ответ в HTTP/2:
Ещё в HTTP/2 появился push-сервер, то есть сервер может отправлять больше ответов на один клиентский запрос. Например, если клиент запрашивает файлы index.html, style.css и logo.svg, то сервер отправит сразу три файла. Без push-сервера клиенту нужно запрашивать каждый файл отдельно
Поэтому многие оптимизации под HTTP при переходе на HTTP/2 уже не нужны. Например, можно отказаться от разделения ресурсов по доменам.
HTTP/3
HTTP/3 — третья версия HTTP, основанная на QUIC — протоколе, который предполагает быстрое подключение к интернету через UDP.
Главное преимущество HTTP/3 — сокращение задержки при установке соединения. QUIC достаточно одного «рукопожатия», чтобы установить безопасный сеанс. А ещё HTTP/3 работает поверх UDP, поэтому скорость доставки данных быстрее, чем у HTTP и HTTP/2 поверх TCP.
Протокол уже получил статус предложенного стандарта, то есть браузеры почти завершили работу над поддержкой протокола. Но пока поддержки недостаточно, чтобы переводить сайт с HTTP/2 на HTTP/3.
WebSockets
В этом протоколе соединение устанавливается гораздо быстрее, чем в HTTP — здесь отправляется «рукопожатие» сразу со всей необходимой информацией для передачи данных. Канал при этом остаётся открытым, пока кто-то из сторон не прервёт его. Это означает, что запросы и ответы будут происходить практически мгновенно. А если сервер получит новые данные, он отправит их клиенту без запроса.
Протокол WebSockets используют там, где важна скорость доставки данных, например, в чатах и мессенджерах, играх, онлайн-трансляциях. Он, скорее всего, не пригодится при разработке простых веб-приложений, небольших CMS или при использовании REST API, где достаточно HTTP-запросов GET, POST, PUT и DELETE.
Зачем разбираться в протоколах и сетях
Протоколы — это то, с чем вы уже работали, но, возможно, даже не подозревали. Зная принципы их работы, вы сможете глубже разобраться в связи фронтенда и бэкенда, а ещё поймёте, какие оптимизации проводить в веб-приложении, как лучше передавать данные или как защитить сайт от взлома.
Выбор технологии для приложения
Знание протоколов даёт понимание, какие технологии использовать для определённых задач. Какой протокол выбрать для онлайн-чата с большим количеством пользователей, а какой — для загрузки фотографии пользователя в профиль.
Защита данных
Если знать уязвимости на пути передачи данных, можно предусмотреть и смягчить последствия атак на веб-приложение. Например, создать стратегию защиты данных банковских карт на стороне клиента и на стороне сервера.
Оптимизация приложения под протоколы
Зная особенности протоколов, можно ускорить веб-приложение и не тратить время на ненужную оптимизацию. А ещё появляется понимание, что менять при переходе на другой протокол.
Например, чтобы оптимизировать приложение под HTTP/1, нужно уменьшить количество TCP-соединений. Для этого разработчики сокращают количество файлов: все стили объединяют в styles.css, а все скрипты — в scripts.js. Для HTTP/2 такая оптимизация не нужна, поэтому можно разделить общие CSS и JS-файлы на отдельные и подключать на страницу только необходимые.
Спрайты — оптимизация для протокола HTTP. Их минус в том, что для каждой страницы загружается спрайт с иконками всего веб-приложения, даже если на странице используется всего несколько иконок. Для HTTP/2 можно загружать только те изображения, которые нужны пользователю. При этом необязательно полностью избавляться от спрайтов — можно создать спрайты для компонентов и использовать необходимые на конкретной странице.
Если приложение оптимизировано к HTTP/2, то для перехода на HTTP/3 ничего не нужно делать: все оптимизации подойдут и для HTTP/3.
Прохождение собеседований
Знание протоколов и сетей повышает ценность фронтендера и влияет на его зарплату. Чтобы успешно пройти собеседование на мидла в крупные компании, полезно знать TCP/IP, HTTP/HTTPS, DNS и WebSocket. Ещё нужно хотя бы на базовом уровне знать про безопасность: XSS-атаки и CORS — а разобраться в этой теме без знания протоколов не получится.
При разработке приложений полезно знать, как работает веб и по каким принципам передаются данные. Понимание протоколов позволяет шире смотреть на свою работу, а также знать, куда движется сфера IT и какие технологии будут востребованы в будущем. А ещё эти знания пригодятся при собеседовании на позицию мидла или сеньора.
Материалы по теме
- Как защитить приложение от хакеров
- Чем отличаются HTTP-методы GET и POST
- Протокол HTTP и работа с заголовками
«Доктайп» — журнал о фронтенде. Читайте, слушайте и учитесь с нами.
Протокол
Протокол в IT — это набор правил, по которым передаются данные. С помощью протоколов связываются между собой компьютеры в сети, разные устройства и программы. Они выполняют определенные правила и поэтому понимают друг друга.
Освойте профессию
«Cистемный администратор»
Протоколы в информатике описывают, в каком формате будут передаваться данные, как будет выглядеть процедура их передачи. Еще в них обычно прописано, как устройства будут «договариваться» друг с другом при контакте и что делать с ошибками, если они возникнут. Например, протокол доступа к каталогам (LDAP) регламентирует способ получения и изменения информации в каталоге.
Системный администратор
Станьте универсальным специалистом по администрированию Linux с нуля
Для чего нужны протоколы
Компьютерные протоколы предназначены, чтобы устройства могли корректно связываться и общаться друг с другом. Можно представить протокол в виде языка: если два устройства или программы передают данные по-разному, они друг друга не поймут. Поэтому специализированные устройства или софт могут не работать с продуктами других производителей — у них разные протоколы.
Протоколов в мире сотни, и они описывают стандарты связи на любом уровне — начиная с частоты электрических импульсов и заканчивая передачей данных между программами на компьютере.
Например, при помощи протоколов люди могут открывать сайты: браузер на компьютере связывается с сервером по протоколу HTTP или HTTPS. Благодаря FTP—протоколу по интернету можно передавать файлы, а протокол BitTorrent позволяет потоково скачивать данные.
Кто работает с протоколами
В широком смысле любой человек пользуется протоколами каждый раз, когда заходит в интернет или подключает беспроводные наушники. Любая связь между устройствами возможна благодаря протоколам — иначе ничего бы просто не работало.
В узком смысле с протоколами работают сетевые инженеры и системные администраторы, которые настраивают сервера и инфраструктуру сети. С протоколами приходится сталкиваться бэкенд-разработчикам и DevOps-инженерам. Есть и более специфические профессии: например, инженеры телекоммуникационных систем или специалисты, работающие с системами «умных» домов.
Каждый из этих специалистов ведет работу с протоколами в своей отрасли. Например, сетевой инженер в компании должен хорошо понимать, как работают протоколы, связанные с интернетом, — это не значит, что он обязан разбираться в многочисленных протоколах «умных» устройств.
Благодаря тому что протоколов много, для каждого «уровня» связи можно назначить своего специалиста и распределить нагрузку. Поэтому не возникает ситуации, когда один человек отвечает за все задачи разом.
Сисадмин — давно не человек, который настраивает компьютеры. Станьте сильным специалистом, который поддерживает инфраструктуру компании.
Виды протоколов
По типу задач протоколы делятся на физические и логические.
Физические
Отвечают за физику сигналов, которые проходят в сетях. Они определяют частоту радиосигналов, мощность и частоту электрических импульсов — или световых сигналов в случае с оптоволокном. Например, Wi-Fi описывает стандарты соединения между точками доступа и диапазоны частот для беспроводной связи.
Логические
Протоколы отвечают за передачу данных и обмен информацией — поясняют, в каком формате ее передавать и что она означает. Если физический протокол — возможность говорить, то логический протокол передачи данных — это язык. Большинство айтишников работает именно с логическими протоколами: например, IP, который описывает формат пакетов данных и адресацию компьютеров в сети.
Что такое модели
Если у каждого устройства свой протокол и нет общих, они не смогут связываться. Чтобы такого не происходило с большей частью техники, протоколы объединяют в модели. Модель — это своего рода набор протоколов и других инструментов, который собирается в систему и может решать более сложные задачи, чем один протокол.
Например, все сайты используют один и тот же набор протоколов — из моделей OSI и TCP/IP. Поэтому компьютер пользователя может связаться с любым доступным в сети сайтом.
- Без модели OSI не работал бы интернет — на всех уровнях, начиная с частоты электрических сигналов, проходящих по сети.
- Без TCP/IP сайты и компьютеры не могли бы общаться друг с другом, даже если физически связь налажена.
- Без технологии Bluetooth, которая объединяет протоколы разных беспроводных устройств, мы не смогли бы пользоваться ни TWS-наушниками, ни умными колонками.
Сетевая модель OSI
OSI расшифровывается как Open Systems Interconnection model — открытая модель взаимосвязи между сетями. Она считается эталоном для разных систем связи. В модели архитектура сети поделена на семь уровней — от самого низкого, то есть близкого к железу, до самого высокого, близкого к пользователю.
На каждом уровне свой набор протоколов связи, которые могут общаться с протоколами на том же уровне либо на один выше или ниже. Более высокие уровни опираются в работе на более низкие — структура сети выглядит как пирамида.
Разберем уровни модели OSI подробнее.
Физический уровень
Самый первый и низкий уровень. Он описывает, по какому принципу информация переводится в физические сигналы: радиосигналы, электрические импульсы, свет. На этом уровне расположены протоколы, которые переводят информацию в сигнал и обратно в биты, отвечают за ее передачу по кабелю или в эфир. Примеры протоколов этого уровня — Bluetooth, Wi-Fi или GSM, по которому реализована мобильная связь. А устройства физического уровня — это, например, сетевой адаптер на компьютере.
Канальный уровень
Второй уровень тоже тесно связан с железом: коммутаторами, мостами, сетевой картой. Но на нем уже появляются и программные средства, например драйвер сетевой карты. Уровень описывает взаимодействие между устройствами по физическому каналу — например, как принимать и интерпретировать сигналы. Протоколы второго уровня получают на вход биты и упаковывают их в кадры — фрагменты данных, а еще проверяют информацию на ошибки. Примеры протоколов на этом уровне — Ethernet, который отвечает за передачу данных по витой паре, или FDDI — он работает с оптоволоконным каналом.
Канальный уровень разделяют на два подуровня: MAC управляет доступом к среде, например к кабелю, а LLC отвечает за передачу, проверку и преобразование данных.
Сетевой уровень
Третий уровень отвечает за путь, по которому будут передаваться данные. Протоколы определяют оптимальный маршрут для передачи данных, соотносят между собой физические и логические адреса устройств. На этом этапе происходит маршрутизация — определение маршрута. Известнейший пример протокола сетевого уровня — IP, благодаря которому фактически появился интернет. Устройства сетевого уровня — это маршрутизаторы, роутеры.
Транспортный уровень
Четвертый уровень задает «правила дорожного движения» при передаче данных. Для него неважно, что это за данные и по какому маршруту они следуют, — он отвечает за механизм, например за то, чтобы данные от разных устройств передавались по очереди. Протоколы транспортного уровня формируют эту очередь, объединяют короткие пакеты данных в один большой или разделяют слишком большие пакеты на несколько маленьких. Еще протоколы отвечают за надежность передачи сообщений, чтобы данные не «потерялись» и не повредились по пути. Некоторые даже требуют от адресата сообщить, что данные получены. На этом уровне работают протоколы TCP, UDP и другие — они тоже используются в интернет-сети.
Сеансовый уровень
Отвечает за сеанс связи между разными программами — в рамках сеанса два абонента на разных устройствах обмениваются информацией. На сеансовом уровне находятся протоколы, которые отвечают за начало и конец сеанса, его поддержание, когда обе программы «молчат», и за синхронизацию — чтобы сообщения от обеих сторон передавались вовремя. Еще они определяют абонентов и проверяют права доступа. А если сеанс прервется, протоколы сеансового уровня восстановят его по контрольным точкам. Пример — SOCKS, протокол, по которому работают прокси-сервера.
Уровень представления
Шестой уровень отвечает за преобразование информации. До этого мы говорили о пакетах данных — на уровне представления эти пакеты конвертируются в понятные нам форматы, например JPG-картинку или текстовый файл. Обратно это тоже работает: информацию, которую надо передать по сети, протоколы переводят в удобный для передачи вид. Еще они могут кодировать и декодировать данные, сжимать их и распаковывать. Наиболее известный протокол этого типа — XDR, который умеет правильно преображать данные для разных операционных систем.
Прикладной уровень
Седьмой уровень — самый далекий от железа. Он отвечает за то, как с сетью взаимодействуют пользовательские приложения: браузер, клиент электронной почты и так далее. Протоколы прикладного уровня регулируют доступ приложений к сети, помогают передавать служебные данные программ и пересылать сообщения об ошибках. Примеры протоколов этого уровня — HTTP/HTTPS, FTP и так далее.
Протоколы модели TCP/IP
TCP/IP — это главная модель интернет-технологий. Название состоит из имен двух протоколов: TCP и IP. Мы упоминали их выше, но тут расскажем подробнее — на их взаимодействии работает весь интернет.
TCP. Transmission Control Protocol, или протокол управления передачей, помогает надежно передавать и принимать данные. Согласно модели OSI он находится на транспортном уровне — это своеобразный регулировщик для движения информации. TCP работает так:
- формирует сообщения в определенном формате;
- работает по установленному каналу связи;
- предупреждает, что собирается передать адресату данные;
- отвечает за очередь их передачи;
- гарантирует получение данных — проверяет, дошло ли сообщение, и при необходимости заново отправляет запрос;
- сообщает отправителю, пришли ли данные;
- убирает дубли, если какие-то данные пришли дважды.
TCP стал самым популярным транспортным протоколом доступа в интернете благодаря своей «заботливости»: он проверяет целостность данных и запрашивает их снова, если надо. В итоге все передается как надо и не теряется по пути.
IP. Название расшифровывается как Internet Protocol — протокол интернета. Если TCP отвечает за процесс передачи данных, то IP — за маршрут. Он относится к третьему уровню OSI, сетевому. Вот что делает этот протокол сети интернет:
- присваивает компьютерам в сети уникальные IP-адреса;
- соотносит эти адреса с аппаратными — MAC-адресами;
- создает логические соединения между разными адресами;
- определяет маршрут, по которому пойдет пакет данных.
IP не заботится о целостности данных и о механизме передачи — за них отвечает уже TCP. Выходит, что протоколы дополняют друг друга: IP определяет, куда отправить информацию, а TCP — как это сделать.
Связка TCP/IP — ключевая в устройстве сети. Некоторые определения включают в модель и другие протоколы, важные для интернета, например HTTP или DNS, даже Ethernet с канального уровня. Но основу все равно составляют TCP и IP.
Что такое UDP/IP
Иногда вместо протокола TCP в той же модели используется другой транспортный протокол — UDP. Тогда говорят о модели UDP/IP, а иногда ее называют частным случаем TCP/IP. Название означает User Datagram Protocol — протокол пользовательских датаграмм. Датаграмма в этом случае — название пакета данных. UDP проще и быстрее, чем TCP, но не так заботится о целостности информации:
- не сообщает получателю, что сейчас перешлет ему датаграмму;
- не требует создавать отдельный канал связи;
- не следит за порядком передачи данных;
- не спрашивает, пришла ли информация, и ничего не делает, если данные потерялись.
Информация, переданная по UDP, может потеряться или дублироваться, прийти не по порядку — но сами датаграммы, если придут, будут полностью целыми. UDP применяют реже, чем TCP, в основном там, где важны скорость и производительность, — например, в системах реального времени или на высоконагруженных серверах онлайн-игр.
Другие известные примеры протоколов
С некоторыми протоколами разных уровней мы имеем дело постоянно — давайте посмотрим, как они работают и что собой представляют.
HTTP. HTTP или HTTPS — буквы, с которых начинается любой адрес в интернете. Они означают HyperText Transfer Protocol, протокол передачи гипертекста. Это прикладной протокол, который передает информацию между веб-сайтом и компьютером пользователя. При этом компьютер пользователя выступает как клиент, а сайт — как сервер. Клиентов может быть много, сервер — один.
HTTPS. Буква S в HTTPS означает Secure — это расширение HTTP, позволяющее шифровать данные при передаче. Так их не получится украсть или подсмотреть, пока они передаются от клиента к серверу и обратно.
FTP. File Transfer Protocol — по протоколу в сети передаются файлы. Он, как и HTTP, работает по модели клиент-сервер: дает пользователю, то есть клиенту, доступ к файлам на сервере. Это очень старый протокол, который существовал еще до появления IP. Сейчас его в основном используют вебмастера и разработчики при работе с хостингами сайтов.
P2P. HTTP — не единственный протокол передачи данных. Еще есть P2P — пиринговые, или децентрализованные сети. В отличие от HTTP, в них нет клиентов и серверов, а есть равноправные участники, каждый из которых может выполнять обе функции. P2P — довольно большая группа технологий, она содержит разные протоколы. Например, BitTorrent или Tor — частично децентрализованные сети, работающие по одноименным протоколам. А I2P, тоже обеспечивающий анонимность, — полностью децентрализованный. Еще на основе P2P-технологий реализованы криптовалюты и вычисления с помощью блокчейна.
DNS. Система доменных имен DNS — это не только способ хранения доменов, а еще и протокол, который управляет ответами на запросы. Благодаря ему устройства получают информацию о том, к какому адресу им нужно обратиться. В работе протокол DNS использует TCP и UDP.
SSL/TLS. Это протоколы, по которым обеспечивается шифрование в HTTPS. SSL — более старое название, TLS — новая версия протокола. Благодаря им информация по HTTPS может шифроваться: для этого используют пары ключей, публичный и приватный.
SSH. Расшифровывается как Secure SHell — это еще один безопасный протокол, который работает с использованием TCP. Протокол нужен, чтобы удаленно управлять операционной системой и при этом шифровать информацию, которая будет передаваться между устройствами. Например, разработчики пользуются SSH, когда загружают код на GitHub.
SOCKS и Shadowsocks. SOCKS — протокол, который позволяет передавать данные не напрямую, а с использованием промежуточного прокси-сервера. Данные с помощью SOCKS можно пересылать незаметно: получатель не увидит, кто на самом деле сделал запрос, а увидит только прокси-сервер. Shadowsocks — это протокол на основе SOCKS, который позволяет шифровать данные на пути и обходить блокировки.
Шуточные протоколы. Существует несколько протоколов, которые создавались как шутка — удивительно, но у некоторых из них даже есть реализации. Например, IP over Avian Carriers — пересылка IP-пакетов с помощью почтовых голубей. Его придумали в 1990 году, а в 2001-м реализовали: из девяти отправленных голубями пакетов данных вернулось четыре, то есть потери составили 55,6%. А HTCPCP — гипертекстовый протокол управления кофеваркой — реализован как расширение HTTP, и ошибку 418 оттуда поддерживают разные веб-фреймворки, например Django или Flask. Эта ошибка гласит: I’m a teapot — Я чайник. А чайник приготовить кофе не сможет.
Если вы хотите узнать больше про веб-технологии и протоколы — запишитесь на курсы. Будет много практики и интересных реальных задач.
Системный администратор
Станьте универсальным специалистом по администрированию Linux с нуля и разверните собственный кластер. Перед вами откроется широкая область для реализации и развития: от сисадмина до CTO