Что такое сетевые протоколы в интернете

Сети играют важную роль в современном мире, обеспечивая связь и обмен данными между компьютерами и устройствами в разных уголках планеты. Однако для того чтобы эффективно обмениваться информацией в сети, необходимы определённые правила и соглашения. В новой статье мы рассмотрим, что такое сетевые протоколы и для чего они нужны.

С этим и многими другими терминами из сферы IT можно ознакомиться на онлайн-курсах по программированию: «Python-разработчик» от Bang Bang Education или «Веб-разработчик с трудоустройством» от Eduson Academy.

Содержание

• Что такое сетевые протоколы?
• Для чего нужны сетевые протоколы?
• Сетевые протоколы интернета
• Сетевые протоколы транспортного уровня
• Протоколы прикладного уровня

Что такое сетевые протоколы?

Сетевые протоколы — это наборы правил и соглашений, определяющие структуру и процедуры взаимодействия между компьютерами и другими устройствами в компьютерных сетях. Они играют важную роль в обеспечении коммуникации и передаче данных в сетях, обеспечивая стандартизированный и организованный способ обмена информацией.

Сетевые протоколы определяют различные аспекты сетевой коммуникации, такие как:

1. Формат. Они определяют, как данные должны быть упакованы и представлены для отправки, включая структуру заголовков, метаданных и самих данных.
2. Методы передачи. Протоколы определяют, как новые данные передаются через сеть, включая используемые сетевые устройства (например, маршрутизаторы и коммутаторы) и маршруты, которые данные должны пройти.
3. Управление ошибками и особенностями. Они включают механизмы обнаружения и коррекции недочётов в данных, чтобы обеспечить целостность информации при передаче.
4. Аутентификация и безопасность. Протоколы могут включать методы аутентификации и шифрования, чтобы обеспечить безопасность данных и удостовериться в подлинности участников сетевой коммуникации.
5. Управление сетью и маршрутизацией. Некоторые локальные протоколы используются для управления сетью, настройки устройств, мониторинга состояния сети и оптимизации маршрутов.

Существует несколько протоколов. Вот примеры известных сетевых протоколов и пакетов:

• TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Этот набор протоколов является основой Интернета и гарантирует устойчивую передачу.
• HTTP (Hypertext Transfer Protocol). Пакет протоколов, используемый для веб-страниц и ресурсов в Интернете.
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). Протокол для отправки пользователем почты во время.
• FTP (File Transfer Protocol). Пакет для файлов между устройствами в сети.
• DNS (Domain Name System). Протокол для преобразования доменных имён и запросов в IP-адреса.

Более полный список сетевых протоколов можно изучить на Википедии.

Для чего нужны сетевые протоколы?

Сетевые протоколы необходимы для регулирования и обеспечения эффективной коммуникации и обмена между компьютерами и серверами в компьютерных сетях. Они выполняют несколько ключевых функций и служат следующим целям:

1. Обеспечение совместимости. Сетевые протоколы существуют и устанавливают стандарты и правила запросов, которые позволяют разным устройствам и операционным системам взаимодействовать между собой. Благодаря этому разнообразные устройства, произведённые разными компаниями, могут без проблем обмениваться данными в сети.
2. Маршрутизация и пересылка. Протоколы определяют локальные методы маршрутизации и пересылки данных от отправителя к получателю через сеть. Это включает в себя определение наилучшего пути для данных и механизмы для пересылки данных через промежуточные узлы (например, маршрутизаторы).
3. Управление ошибками. Сетевые протоколы включают механизмы для обнаружения и исправления ошибок в данных. Это даёт надёжность и целостность данных при их передаче.
4. Безопасность. Некоторые сетевые протоколы включают в себя меры безопасности, такие как шифрование данных в программах и методы аутентификации, чтобы обеспечить конфиденциальность запроса и защиту данных от несанкционированного доступа.
5. Управление сетью. Протоколы управления сетью, такие как SNMP (Simple Network Management Protocol), позволяют администраторам мониторить состояние сети, настраивать устройства и контролировать трафик в сети.
6. Поддержка различных приложений. Разные типы приложений (например, веб-браузеры, электронная почта, файловые серверы) требуют разных сетевых протоколов для эффективной коммуникации пользователей. Протоколы оптимизированы для конкретных видов задач.
7. Интернет вещей (IoT). В мире Интернета вещей и программ, сетевые протоколы играют серьёзную роль в обеспечении связи и управления множеством устройств, включая датчики, умные домашние устройства и транспортные системы.

Без сетевых протоколов сети были бы неструктурированными и неспособными к эффективному обмену информацией. С их помощью можно создавать унифицированный стандарт для сетевой коммуникации, что позволяет современным информационным системам функционировать эффективно и надёжно.

Сетевые протоколы помогают в аналитике. Начать карьеру в этой сфере можно на курсах с сайта tutortop: 

1. «Аналитик данных» от Bang Bang Education 
2. «Продуктовый маркетинг и аналитика» от Нетологии
3. «Профессия: Бизнес-аналитик» от ProductStar

Сетевые протоколы интернета

Сетевые протоколы являются ключевой частью инфраструктуры Интернета и обеспечивают его функционирование. 

OSI (Open Systems Interconnect)

OSI — это стандартная модель сетевой архитектуры, представленная Международной организацией по стандартизации (ISO), которая разделяет функции сетевой коммуникации на семь уровней. Каждый уровень модели выполняет определённые задачи, и вместе они создают эффективную коммуникацию в сети. 

Уровень	Описание
Физический (Physical)	Определяет аппаратное оборудование и физические характеристики сети, такие как кабели и сигналы.
Канальный (Data Link)	Точная доставка данных между соседними устройствами и обнаружение неисправностей.
Сетевой (Network)	Здесь происходит маршрутизация в разных сетях и определение оптимального пути.
Транспортный (Transport)	Точная передача. Примером протокола этого уровня является TCP (Transmission Control Protocol).
Сеансовый (Session)	Управляет установлением, поддержанием и завершением сеансов связи.
Представительский (Presentation)	Отвечает за преобразование данных в формат, понятный для приёмника, и за шифрование/расшифрование данных при необходимости.
Прикладной (Application)	Этот уровень включает в себя сетевые приложения и протоколы, такие как HTTP (для веб-браузеров) и SMTP.

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

TCP/IP — это набор сетевых протоколов, который создаёт коммуникацию в Интернете. TCP/IP был разработан для работы в реальных сетях и является основой современного интернет-протокола. Основными протоколами в стеке TCP/IP являются:

• IP (Internet Protocol). Определяет адресацию и маршрутизацию пакетов данных, обеспечивая доставку данных на глобальном уровне. IP-адреса используются для идентификации устройств в сети.
• TCP (Transmission Control Protocol). Предоставляет надёжное и управляемое соединение для данных. Он гарантирует, что данные будут доставлены в правильном порядке и без ошибок.
• UDP (User Datagram Protocol). Этот протокол предоставляет более быструю, но менее точную передачу данных без гарантий по доставке и порядку.
• HTTP, FTP, SMTP и другие. TCP/IP также включает в себя множество прикладных протоколов, таких как HTTP для веб-сервисов, FTP для файлов и SMTP для почты.

Стек из двух протоколов TCP/IP является основой современной интернет-коммуникации и гарантирует глобальное соединение миллионов устройств по всему миру.

Сетевые протоколы транспортного уровня

Сетевые протоколы транспортного уровня играют важную роль в обеспечении надёжной и эффективной отправки данных в компьютерных сетях. Они работают над протоколами нижних уровней (например, сетевым и канальным) и предоставляют службы передачи вышележащим прикладным уровням работы.

TCP (Transmission Control Protocol)

Функция. TCP — это модель протокола транспортного уровня, который предоставляет управляемую передачу. Он гарантирует, что данные будут доставлены по адресу в правильном порядке и без ошибок.

Характеристики. TCP гарантирует установление и поддержание соединения между отправителем и получателем, а также контролирует поток, чтобы избежать перегрузки сети. Он использует механизм подтверждения доставки и повторной передачи данных в случае потери или повреждения.

Примеры применения. TCP нужен для данных, где надёжность и сохранение порядка данных являются критическими, такие как веб-сайты (через HTTP), электронная почта (через SMTP), файловая передача (через FTP) и другие приложения.

UDP (User Datagram Protocol)

Функция. Также является протоколом транспортного уровня, но с более быстрой, но менее точной передачей данных по сравнению с TCP. Он не гарантирует доставку данных по адресу в правильном порядке, что делает его подходящим для приложений, где скорость вдвое и эффективность работы более важны, чем надёжность.

Характеристики. UDP прост и легковесен, и он не устанавливает соединения между отправителем и получателем. Это делает его подходящим для приложений, где небольшая задержка (латентность) более важна, чем надёжность, такие как видеопотоки, голосовая связь и онлайн-игры. Он не требует подтверждения доставки, поэтому не гарантирует, что данные дойдут до получателя.

Примеры применения. Используется в приложениях, где небольшие потери могут быть допустимыми, например, в VoIP-телефонии (через SIP или RTP) и в потоковой передаче мультимедийных данных (через протоколы, такие как UDP-based Real-time Transport Protocol, RTP). Также UDP используется в DNS (Domain Name System) для быстрого разрешения доменных имён в IP-адреса и работы.

SCTP (Stream Control Transmission Protocol)

Функция. SCTP — это протокол транспортного уровня, который предоставляет многопоточную передачу для работы. Он разработан для обеспечения высокой степени надёжности, контроля над потоками и защиты от атак.

Характеристики. SCTP позволяет множеству потоков работать параллельно в рамках одного соединения, что полезно для приложений, требующих разделения данных на логические потоки. SCTP поддерживает функции аутентификации и шифрования для обеспечения безопасности.

Примеры. SCTP используется в различных сценариях, таких как VoIP (голосовая почта по IP-адресу), сетевые телефонные системы и приложения для потокового мультимедийного контента. Он также находит применение в некоторых промышленных и телекоммуникационных сетях, где надёжность играет важную роль.

RTP (Real-time Transfer Protocol)

Функция. RTP — это сетевой протокол, разработанный для потоковых мультимедийных данных в реальном времени через сети. Его основная функция заключается в обеспечении надёжной и синхронной передачи данных, таких как аудио и видео, с минимальной задержкой.

Характеристики. RTP в первую очередь предназначен для передачи мультимедийных данных, таких как аудио и видео, которые требуют высокой скорости и минимальной задержки. Протокол включает в себя временные метки (timestamp) и последовательные номера, которые помогают получателю восстанавливать и синхронизировать поток.

Примеры. RTP широко используется в видеоконференциях для передачи видео и аудио данных в реальном времени между участниками. Он применяется в потоковом видео и аудио, таком как онлайн-трансляции и потоковое вещание, где низкая задержка и высокое качество данных важны. А также в онлайн-играх, где необходимо обеспечить синхронизацию между игроками, RTP может использоваться для голосовой связи и других мультимедийных данных.

Научиться работать с big data и другими данными можно на онлайн-курсах «Дата-инженер с нуля до middle» от Нетологии и «Data Scientist: с нуля до middle» от ProductStar.

Протоколы прикладного уровня

Протоколы прикладного уровня, также известные как прикладные протоколы, представляют собой наборы правил и соглашений, которые определяют формат и способ обмена данными между приложениями в компьютерных сетях. Эти протоколы обеспечивают конкретные службы и функциональность для различных приложений и задач. Ниже приведён список некоторых популярных протоколов прикладного уровня.

HTTP (Hypertext Transfer Protocol)

HTTP используется для загрузки веб-страниц и ресурсов в Интернете. Когда вы открываете веб-браузер и вводите веб-адрес, ваш браузер использует HTTP для запроса веб-страницы с веб-сервера.

HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure)

HTTPS представляет собой безопасную версию HTTP и используется для обеспечения защищённой транспортировки в Интернете. Это применяется для защиты конфиденциальной информации, такой как данные банковских карт, при онлайн-покупках и входе в аккаунты.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

SMTP используется для отправки писем. Когда вы отправляете электронное письмо, ваш почтовый клиент использует SMTP для отправки сообщения на почтовый сервер вашего поставщика.

POP3 (Post Office Protocol, версия 3)

POP3 нужен для получения писем почтового сервера. Приложения для чтения, такие как Outlook или Thunderbird, используют POP3 для загрузки писем на ваш компьютер.

IMAP (Internet Message Access Protocol)

IMAP также нужен для доступа к почте, но в отличие от POP3, он оставляет копии сообщений на почтовом сервере и позволяет синхронизировать письма.

FTP (File Transfer Protocol)

FTP (File Transfer Protocol) является стандартным протоколом для отправки файлов между компьютерами в локальной сети или через Интернет. Он широко применяется в различных сценариях, включая загрузку и скачивание файлов с веб-серверов. Веб-разработчики используют FTP для загрузки файлов на веб-сервер, такие как HTML-страницы, изображения, таблицы стилей и скрипты.

DNS (Domain Name System)

DNS преобразует доменные имена (например, www.example.com) в IP-адреса, позволяя устройствам в Интернете найти и взаимодействовать с другими устройствами по именам.

SNMP (Simple Network Management Protocol)

Именно SNMP нужен для управления и мониторинга сетевыми устройствами, такими как маршрутизаторы, коммутаторы и серверы, с помощью системы управления сетью (NMS).

SSH (Secure Shell)

SSH предоставляет администраторам и разработчикам самое безопасное удалённое подключение к серверам и устройствам, что позволяет им наиболее эффективно управлять и настраивать удалённые большие ресурсы. Разработчики в области общей веб-разработки и приложений также применяют SSH для доступа к удалённым серверам, на которых выполняются их приложения, для устранения ошибок и обновления кода.

SFTP (SSH File Transfer Protocol)

SFTP (Secure File Transfer Protocol) даёт высокий уровень безопасности технологий и разработки при передаче файлов, используя мощное SSH-шифрование и адреса. Часто организации всегда придерживаются использования данного протокола для защищённого перевода конфиденциальных документов, обработки и установки данных между сотрудниками и клиентами. Таким образом, при развёртывании процесса любого сервера для веб-хостинга и страниц, важно учесть возможность включения поддержки SFTP-адреса, чтобы обеспечить безопасное программное обновление интерфейса и проектов и специальное управление файлами на главном сервере.