A számítógépes hálózat fizikai részeinek összeszerelése önmagában nem elegendő a működéshez; a csatlakoztatott eszközök kommunikációs módot is igényelnek. Ezeket a kommunikációs nyelveket hálózati protokolloknak nevezzük.
A hálózati protokollok célja
Protokollok nélkül az eszközök nem képesek megérteni a hálózati kapcsolatokon keresztül egymásnak küldött elektronikus jeleket. A hálózati protokollok a következő alapvető funkciókat szolgálják:
- Adja meg az adatokat a megfelelő címzettekhez.
- Az adatok fizikai átvitele a forrástól a célállomásig, szükség esetén biztonsági védelemmel.
- Üzenetek fogadása és válaszok megfelelő küldése.
Vegye fontolóra a hálózati protokollok összehasonlítását azzal, hogy a postai szolgáltatás hogyan kezeli a fizikai papírpostát. Ahogy a postai szolgáltatás sok forrásból és célállomásról érkező leveleket kezel, a hálózati protokollok folyamatosan számos útvonalon áramolják az adatokat.
A fizikai levelezéssel ellentétben azonban a hálózati protokollok fejlett képességeket biztosítanak. Ezek közé tartozik az üzenetek állandó áramlásának egy célállomásra való eljuttatása (ezt nevezik streamingnek), valamint automatikus másolatok készítése az üzenetekről, hogy egyszerre több célállomásra kézbesítsék (ezt nevezik broadcasting).
A hálózati protokollok gyakori típusai
Nincs olyan protokoll, amely támogatná az összes olyan szolgáltatást, amelyre minden számítógépes hálózatnak szüksége van. Ennek ellenére mindegyik kulcsként szolgál egy adott hálózati eszköz vagy szolgáltatás feloldásához. Az évek során különféle hálózati protokollokat találtak ki, amelyek mindegyike bizonyos típusú hálózati kommunikációt próbál támogatni.
A három alapvető jellemző, amely megkülönbözteti az egyik protokolltípust a másiktól:
- Simplex vs. duplex: Egy szimplex kapcsolat csak egy eszköz számára teszi lehetővé a továbbítást a hálózaton. A duplex hálózati kapcsolatok lehetővé teszik az eszközök számára, hogy adatokat küldjenek és fogadjanak ugyanazon a fizikai kapcsolaton keresztül.
- Kapcsolatorientált vagy kapcsolat nélküli: Egy kapcsolatorientált hálózati protokoll címinformációkat cserél (ezt a folyamatot kézfogásnak nevezik) két eszköz között, amelyek lehetővé teszik számukra a beszélgetés folytatását (ún. egy ülés). A kapcsolat nélküli protokollok egyedi üzeneteket továbbítanak egyik pontról a másikra, figyelmen kívül hagyva az előtte vagy utána küldött hasonló üzeneteket (és anélkül, hogy tudnák, hogy az üzeneteket sikeresen fogadták-e).
- Réteg: A hálózati protokollok általában csoportokban működnek együtt (ezeket veremeknek nevezik, mert a diagramok gyakran egymásra rakott dobozokként ábrázolják a protokollokat). Egyes protokollok alacsonyabb rétegekben működnek, szorosan kötve a különböző típusú vezeték nélküli vagy hálózati kábelezések fizikai működéséhez. Mások magasabb rétegeken dolgoznak, amelyek a hálózati alkalmazások működéséhez kapcsolódnak, mások pedig a köztes rétegeken dolgoznak.
Az Internet Protokoll-család
A nyilvánosan használt általános hálózati protokollok az Internet Protocol családhoz tartoznak. Az IP az az alapprotokoll, amely lehetővé teszi az otthoni és más helyi hálózatok közötti kommunikációt az interneten keresztül.
Az IP jól működik az egyes üzenetek egyik hálózatról a másikra való áthelyezésére. Nem támogatja a beszélgetés fogalmát (egy olyan kapcsolat, amelyen keresztül az üzenetfolyam egy vagy mindkét irányba haladhat). A Transmission Control Protocol (TCP) ezzel a magasabb szintű képességgel bővíti ki az IP-címet. Mivel a pont-pont kapcsolatok elengedhetetlenek az interneten, a két protokoll párosítva van, és TCP/IP néven ismert.
A TCP és az IP is a hálózati protokollverem középső rétegeiben működik. Az interneten található népszerű alkalmazások néha a TCP/IP-n felül is implementálták protokolljaikat. A HyperText Transfer Protocolt a webböngészők és szerverek használják világszerte. A TCP/IP viszont olyan alacsonyabb szintű hálózati technológiákon fut, mint az Ethernet. Az IP-család további népszerű hálózati protokolljai közé tartozik az ARP, az ICMP és az FTP.
Hogyan használják a hálózati protokollok a csomagokat
Az internet és a legtöbb egyéb adathálózat úgy működik, hogy az adatokat kis darabokra, úgynevezett csomagokra rendezi. A kommunikáció teljesítményének és megbízhatóságának javítása érdekében a két hálózati eszköz között küldött minden nagy üzenetet a mögöttes hardver és szoftver gyakran kisebb csomagokra oszt fel. Ezek a csomagkapcsolt hálózatok megkövetelik, hogy a csomagokat meghatározott módon szervezzék a hálózat által támogatott protokolloknak megfelelően. Ez a megközelítés jól működik a modern hálózatok technológiájával, mivel ezek bitek és bájtok (digitális 1-ek és 0-k) formájában kezelik az adatokat.
Minden hálózati protokoll szabályokat határoz meg adatcsomagjaik rendszerezésére. Mivel az olyan protokollok, mint például az Internet Protocol, gyakran rétegekben működnek együtt, az egyik protokollhoz formázott csomagba beágyazott egyes adatok egy másik kapcsolódó protokoll formátumában is lehetnek (a beágyazásnak nevezett módszer).
A protokollok általában minden csomagot három részre osztanak: fejlécre, hasznos terhelésre és láblécre. Egyes protokollok, például az IP, nem használnak láblécet. A csomagfejlécek és láblécek a hálózat támogatásához szükséges környezeti információkat tartalmazzák, beleértve a küldő és fogadó eszközök címét. A hasznos terhek tartalmazzák a továbbítandó adatokat.
A fejlécek vagy láblécek gyakran tartalmaznak speciális adatokat a hálózati kapcsolatok megbízhatóságának és teljesítményének javítása érdekében, például számlálókat, amelyek nyomon követik az üzenetek küldésének sorrendjét, és ellenőrző összegeket, amelyek segítenek a hálózati alkalmazásoknak észlelni az adatsérülést vagy manipulációt.
Hogyan használják a hálózati eszközök a protokollokat
A hálózati eszközök operációs rendszerei beépített támogatást tartalmaznak néhány alacsonyabb szintű hálózati protokollhoz. Minden modern asztali számítógép operációs rendszer támogatja például az Ethernetet és a TCP/IP-t. Sok okostelefon támogatja a Bluetooth-t és a Wi-Fi család protokolljait. Ezek a protokollok egy eszköz fizikai hálózati interfészéhez csatlakoznak, például Ethernet-portjaihoz, Wi-Fi- vagy Bluetooth-rádióihoz.
A hálózati alkalmazások támogatják az operációs rendszerrel kommunikáló magasabb szintű protokollokat. Egy webböngésző például az olyan címeket, mint a https://lifewire.com/, HTTP-csomagokká fordítja le, amelyek tartalmazzák azokat az adatokat, amelyeket a webszerver fogadhat, és visszaküldheti a megfelelő old alt. A fogadó eszköz felelős azért, hogy az egyes csomagokat újra összeállítsa az eredeti üzenetbe a fejlécek és láblécek eltávolításával, valamint a csomagok megfelelő sorrendben történő összefűzésével.
