Kuidas arvutivõrgud töötavad - protokollid

Arvutivõrgu füüsiliste tükkide kokkupanemine iseenesest ei ole piisav selleks, et funktsionaalsusega ühendatud seadmete jaoks oleks vaja ka suhtlusviisi. Need suhtluskeeled nimetatakse võrguprotokollidena .

Võrguprotokollide eesmärk

Ilma protokolle puuduksid seadmetel võimalused mõista elektroonilisi signaale, mida nad üksteisele võrguühenduste kaudu saadavad. Võrguprotokollid teenivad neid põhifunktsioone:

Mõelge võrguprotokollide võrdlemisele sellega, kuidas postiteenus käitleb paberkandjal paberkandjal. Nii nagu postiteenus haldab kirju paljudelt allikatest ja sihtkohtadest, nii et võrguprotokollid hoiavad pidevalt mitmete teede voogu. Erinevalt füüsilisest postitusest pakuvad võrguprotokollid siiski ka mõningaid täiustatud võimalusi, nagu näiteks püsivate sõnumite edastamine ühe sihtkoha (st voogesituse ) saatmiseks ja sõnumi koopiate automaatseks kopeerimiseks ja selle edastamiseks korraga mitmele sihtkohale (nn ringhääling ).

Võrguprotokollide tavalised tüübid

Puudub ükski protokoll, mis toetab kõiki funktsioone igat liiki arvutivõrgu vajadustele. Aastate jooksul on leiutatud mitmeid erinevaid võrguprotokolle, mis üritavad toetada teatavat liiki võrguühendust. Kolm põhiomadust, mis eristavad ühe tüüpi protokolli teistest, on järgmised:

1. simplex vs dupleks . Simplex-ühendus võimaldab võrgus edastada ainult ühe seadme. Vastupidi, dupleksvõrguühendused võimaldavad seadmetel edastada ja vastu võtta andmeid sama füüsilise lingi kaudu.

2. ühendus orienteeritud või ühenduseta . Ühenduspõhine võrguprotokollide vahetus (protsess, mida nimetatakse käepigistusena ) kahe seadme vahelise aadressi kohta, mis võimaldab neil üksteisega vestlust (nn seanssi ) edasi lükata. Vastupidi, ühenduseta protokollid edastavad üksikuid sõnumeid ühest punktist teise, ilma et arvestataks enne või pärast saadetud saadetega (ja teadmata, kas sõnumeid on isegi edukalt kätte saanud).

3. kiht . Võrguprotokollid töötavad tavaliselt rühmade kaupa (nn korstnad, sest diagrammid kujutavad sageli protokolle kui üksteise peale asetatud karbid). Mõned protokollid töötavad madalamates kihtides, mis on tihedalt seotud erinevate traadita või võrgukaablite liikidega füüsiliselt. Teised töötavad kõrgemates kihtides, mis on seotud võrgurakenduste tööga, ja mõned töötavad vahepealsetes kihtides.

Interneti-protokolli perekond

Kõige tavalisemad üldkasutatavad võrguprotokollid kuuluvad Interneti-protokolli (IP) perekonda. IP ise on põhiprotokoll, mis võimaldab kodus ja teistel kohalikel võrkudel Internetis üksteisega suhelda.

IP toimib hästi üksikute sõnumite teisaldamiseks ühest võrgust teise, kuid ei toeta vestluse kontseptsiooni (ühendus, mille kaudu sõnumite voog võib liikuda ühes või mõlemas suunas). Transmissioonikontrolli protokoll (TCP) laiendab IP-d selle kõrgema kihi võimekusega ja kuna punktist-punkti ühendused on Internetis nii olulised, on need kaks protokolli peaaegu alati omavahel seotud ja tuntud kui TCP / IP.

Nii TCP kui IP töötavad võrguprotokolli virna keskmise kihina. Internetis olevad populaarsed rakendused on mõnikord rakendanud oma protokolle TCP / IP peal. HyperText Transfer Protocol (HTTP) kasutab veebibrauserid ja serverid kogu maailmas. TCP / IP omakorda kulgeb tipptasemel madalama taseme võrgutehnoloogiate, nagu Ethernet . IP-i perekonna muud populaarsed võrguprotokolli kuuluvad ARP , ICMP ja FTP .

Kuidas võrguprotokollid kasutavad pakette

Internet ja enamik teisi andmesidevõrke töötavad, korraldades andmeid väikeste tükkideks, mida nimetatakse pakettideks . Selleks, et parandada kommunikatsiooni jõudlust ja usaldusväärsust, jagatakse iga kahe võrguseadme vahel saadetav suurem sõnum tihti alamjooksu riistvara ja tarkvara abil väiksemateks pakettideks. Need pakettkommutatsioonivõrgud nõuavad pakettide korraldamist konkreetsel viisil vastavalt protokollidele, mida võrk toetab. See lähenemine toimib hästi kaasaegsete võrkude tehnoloogiaga, kuna need kõik käsitlevad bitte ja baitide vormis andmeid (digitaalsed "1" ja "0s").

Iga võrguprotokoll määratleb eeskirjad selle kohta, kuidas selle andmepakette tuleb organiseerida (vormindada). Kuna protokollid nagu Internet Protocol töötavad koos kihtidega tihti, võivad mõned andmed, mis on sisse lülitatud ühe protokolli vormis pakettideks, olla mõne muu seotud protokolli ( kapseldamise meetod) vormis.

Protokollid jagavad iga paketti tavaliselt kolmeks osaks - päis , kasulik koormus ja jalus . (Mõned protokollid, näiteks IP, ei kasuta jaluseid.) Pakettide päised ja jalused sisaldavad võrgu toetamiseks vajalikku kontekstiinfot, sealhulgas saatjate ja vastuvõtvate seadmete aadresse, samal ajal kui põhivarad sisaldavad tegelikke andmeid, mida tuleb edastada. Päised või jalused sisaldavad sageli ka erilisi andmeid, mis aitavad parandada võrguühenduste usaldusväärsust ja / või jõudlust, näiteks loendurid, mis jälgivad sõnumite saatmise järjekorda, ja kontrollsummad, mis võimaldavad võrgutaotlustes tuvastada andmete riknemist või rikkumist.

Kuidas võrguseadmeid protokolle kasutada

Võrguseadmete operatsioonisüsteemid sisaldavad sisseehitatud tuge mõnele madalama taseme võrguprotokollile. Kõik kaasaegsed lauaarvutite operatsioonisüsteemid toetavad näiteks nii Ethernet kui ka TCP / IP-d, samal ajal kui paljud nutitelefonid toetavad Bluetoothi ja Wi-Fi-perekonna protokolle. Need protokollid ühendavad lõpuks seadme füüsilised võrguliidesed nagu Etherneti portid ja Wi-Fi või Bluetooth-raadiod.

Võrgurakendused toetavad omakorda opsüsteemiga rääkimiseks kõrgema taseme protokolle. Näiteks veebibrauser võimaldab tõlkida selliseid aadresse nagu http: // / HTTP-pakettidesse, mis sisaldavad vajalikke andmeid, mida veebiserver saab vastu võtta ja omakorda saata õige veebilehe tagasi. Vastuvõttev seade vastutab individuaalsete pakettide uuesti koondamise eest algsele sõnumile, eemaldades päised ja jalused ning kopeerimispaketid õiges järjekorras.