Протокол в информатике: что такое, каким может быть, характеристика

Передача информации в компьютерной сети подчинена ряду правил. Они зависят от типа сведений, решаемых в сети задач, определяют условия работы оборудования, входящего в сеть. Рассмотрим, что такое протокол (стандарт) передачи данных в информатике, их виды, кратко опишем наиболее используемые.  

Протокол передачи данных: что это в информатике

В глобальную сеть входят миллиарды компьютеров, мобильных и иных устройств. Работают они на базе разнообразных программных и аппаратных платформ, но при обмене данными руководствуются едиными принципами – протоколами, в информатике – это базовый набор методов, принципов, соглашений, в соответствии с которыми происходит обмен информацией между узлами сети. Они задают алгоритмы обработки возникших ошибок, правила совместной эксплуатации оборудования. Надстраиваются один над иным – имеют многоуровневую структуру; следующий не выполняется, пока не завершится работа предшествующего.

Различают прикладные и базовые протоколы. Прикладные – специализированные – отвечают за передачу текста, новостей, потокового мультимедиа. Их часть может не участвовать в работе компьютера либо не поддерживаться.

Базовые – обеспечивают передачу пакетов (блоков) данных между узлами сети (компьютерами, мобильными устройствами). Яркий пример – стек TCP/IP. Разделяет пакеты на части – блоки с идентификаторами, снабжается заголовками – адреса получателя и отправителя, ID сообщения. За доставку отвечает Internet Protocol – IP. Пакеты могут передаваться по разным маршрутам с различной скоростью. Принимаются программным обеспечением и собираются в нужной последовательности.

Структура

Open System Interconnection (OSI) – семиуровневая классификация сетевых стандартов. Модель описывает методику функционирования и взаимодействия сетевых стандартов. Предусматривает их разделение на уровни – имеют иерархическую структуру – правила вышестоящих уровней используют протоколы нижестоящих. Процесс называют инкапсуляцией. Извлечение информации вышестоящих уровней из нижестоящих – декапсуляция.

OSI представлена семиуровневой моделью функционирования компьютерной сети. В неё входят следующие уровни взаимодействия между узлами:

• Физический – самый низкий – диктует параметры физической, электрической сред, необходимых для обмена данными. Содержит инструкции и принципы пересылки пакетов через физические линии связи, описывает параметры электрических сигналов: такт, частота, форма. Определяет скорость обмена, методы снижения потерь.


• Канальный – отвечает за взаимодействие сетей, контролирует и корректирует ошибки. Информация на уровне упаковывается в кадры, отвечает за их доставку адресатам в ограниченном сегменте сети.


• Сетевой – его задача – маршрутизация (на этом уровне функционирует роутер). Занимается определением кратчайших путей пересылки данных, превращает логические адреса в физические, следит, чтобы в сети не образовывались задержки – заторы.


• Транспортный протокол – разделяет информацию на фрагменты, зависящие от используемого стандарта (UDP, TCP), доставляет их адресату. 


• Сеансовый –  управляет сеансом: оставляет соединение активным длительное время, обеспечивая взаимодействие между программами. Поддерживает сеанс открытым, когда программы не взаимодействуют.


• Уровень представления – трансформирует пакеты из формата, в котором файлы хранятся на устройстве, в адаптированный под пересылку по сети и наоборот.


• Прикладной – это протокол связи наивысшего уровня, позволяет программам взаимодействовать с сетевыми службами, иметь доступ к общим ресурсам.

Модель со стеком стандартов TCP/IP включает четыре уровня: канальный, сетевой, транспортный и прикладной.

Виды протоколов передачи данных в компьютерных сетях

В интернете, локальных сетях распространены следующие протоколы.

Один из старейших наборов правил FTP применяется для файлового обмена с 1971 года, разработан до создания IP и HTTP. Актуален для распространения программного обеспечения, работы с удалёнными хостами, загрузки файлов на хостинги.

HTTP – разработан как свод правил для передачи содержимого гипертекстовых страниц, сейчас применяется для обмена любой информацией. Требует наличие поставщиков и потребителей контента – работает по схеме клиент-сервер.

HTTPS – расширенный HTTP с усовершенствованной системой безопасности. Не отдельный протокол, а надстройка обычный HTTP, работающий посредством TLS и SSL. 

IP – основа для объединения компьютеров и иных устройств в интернете. Объединяет локальные сети, их сегменты в одну глобальную систему, отвечает за обмен информацией между её узлами. Не гарантирует целостность и правильный порядок её отправки, за это отвечают стандарты более высоких уровней. Протокол маршрутизации IP обеспечивает доставку пакетов от одного ПК или сервера к другому.

NTP – служит для высокоточной синхронизации времени, практичен для установки точного времени на серверах. Учитывает задержки, необходимые для отправки, обработки запроса, приёма ответа.

POP3, IMAP – распространённые стандарты для получения электронной почты соответствующими клиентами по TCP. Для извлечения сообщений применяется протокол POP, используемый почти всеми почтовыми серверами.

SMTP – протокол, функционирующий по TCP/IP, используемый для отправки исходящих почтовых сообщений.

SSH – создан для организации удалённого управления ОС, туннелирования TCP – создания защищённого передовыми алгоритмами шифрования тоннеля между двумя компьютерами.

TCP – основополагающий транспортный протокол, обеспечивает работу интернета: разбивку документов на пакеты во время отправки, а также сборку файлов во время их получения.  Применяется для контроля передачи процесса переноса информации между клиентами сети с предварительной установкой связи. Исключает получение дубликатов блоков, отправляет запрос на их получение вследствие потери – гарантирует целостность данных.

TELNET – предшественник SSH – применялся для удалённого администрирования, но стал неактуальным из-за проблем с безопасностью.

UDP – схож с IP. Предоставляет сетевым службам транспортные услуги, доставляет блоки информации, не требуя подтверждения их получения. Гарантирует целостность переданных сведений.

Дайте определение протокола в информатике, назовите структуры и уровни двух основных их них: OSI и TCP/IP.