Протоколы в информатике

Введение

Во всемирной сети интернет постоянно находится огромное количество пользователей, которые используют различные операционные системы, с разнообразными форматами информации, на различных базовых платформах. Но при выполнении информационного обмена все компьютеры сети обязаны использовать единые стандарты, именуемые протоколами.

Замечание 1

То есть под протоколами понимаются стандарты, которые определяют форматы выражения и методы отправки данных, операции по их интерпретации, законы общей деятельности разнообразного аппаратного и программного обеспечения в сети интернет и других сетях.

Фактически, каждый человек постоянно пользуется различными протоколами, ничего об этом не подозревая. К примеру, требуется в ночное время суток получить информационные данные посредством обычного телевизионного приёмника. Нужно выполнить следующие действия:

Открыть дверь (это первый протокол).
Включить свет (второй протокол).
Включить телевизор (третий протокол).

Далее идёт сам процесс получения информации с экрана телевизора. Протоколы выполняются в строгой очерёдности. При входе в сети, предназначенные для телекоммуникаций, так же применяется большое количество разных протоколов. Например, для передачи данных, для сжатия информации и так далее.

Введение

В общем случае, протокол информационного обмена не должен зависеть от нижних уровней взаимного обмена, таких как способы передачи по конкретным каналам связи (USВ, Bluеtooth, радиоканал и так далее). Следует так же отметить, что не любой протокол даёт гарантию достоверной передачи информации. Существует вероятность искажения данных из-за наличия помех и других факторов.

Почти во всех протоколах работает структурная организация типа вопрос – ответ. Это возможно интерпретировать как беседу, в которой на каждое сообщение партнёра следует какой-либо ответ. Это обеспечивает контроль достоверности передачи информации. Но такой метод возможно применить далеко не всегда. Иногда требуется сделать минимальной задержку сообщений, или отвечать на очень большое количество мелких реприз считается нецелесообразным (к примеру, при отладке), тогда применяется структура типа старт-стоп. Когда «источник» сообщений получает команду «старт», он начинает передачу информационного потока «приёмнику» и выполняет её до тех пор, пока не получит команду «стоп». Все сообщения потока нумеруются, и если есть ошибки при расшифровке сообщения или оно не было получено, то возможно выполнить повтор запроса сообщения по его номеру.

Содержание

Слайд 1

TCP/IP, РОР3/SMTP, HTTP, FTP
Гр. 01-214
19.09.14
Слайд 2

Протокол передачи информации — это совокупность правил, определяющих взаимодействие компьютеров между собой в сети Интернет.
Чтобы все подключенные к сети компьютеры могли понимать друг друга, необходимы общие наборы правил. Такими наборами правил и являются протоколы.
Необходимость протоколов обусловлена тем, что в сети могут взаимодействовать компьютеры с самым разным программным обеспечением и аппаратным устройством.
Слайд 3

Над созданием протоколов, необходимых для существования глобальной сети, трудились лучшие умы человечества. Одним из них был ВинтонСерф(Vinton G. Cerf). Именно в 1972 году группа разработчиков под его руководством разработала протокол TCP/IP — TransmissionControlProtocol/InternetProtocol(Протокол управления передачей/Протокол Интернета).
Главной задачей при разработке сетевого протокола являлась его «неприхотливость» — он должен был работать с любым сетевым окружением и, кроме того, обладать гибкостью в выборе маршрута при доставке информации.
Эксперимент по разработке этого протокола проводился по заказу Министерства обороны США. Данный проект получил название ARPANet(AdvancedResearchProjectsAgencyNetwork- Сеть агентства важных исследовательских проектов).
Слайд 4

TCP/IP состоит из двух уровней.
Протокол верхнего уровня, TCP, отвечает за правильность преобразования сообщений в пакеты информации, из которых на приемной стороне собирается исходное послание. Протокол нижнего уровня, IP, отвечает за правильность доставки сообщений по указанному адресу. Иногда пакеты одного сообщения могут доставляться разными путями.
Слайд 5

Говоря простым языком, протокол TCP — является транспортным протоколом, который обеспечивает гарантированную передачу данных по сети, а протокол IP —является адресным протоколом, который отвечает за адресацию всей сети.
Благодаря использованию протокола IP каждый компьютер в сети имеет свой индивидуальный адрес(IP-адрес). По этим адресам и осуществляется передача данных. Широко используемые в Интернете URL-адреса (www.rambler.ru, www.ozon.ru, и т.п.) являются лишь словесными обозначениями IP-адресов. Сделано это для удобства, поскольку человеку проще запомнить словесный адрес, нежели числовой IP-адрес. Однако компьютеры работают только с числовыми адресами. За сопоставление словесных URL-адресов и числовых IP-адресов отвечает специальная служба — служба DNS.
Слайд 6
Слайд 7

Протокол HTTP

Протокол HTTP (HyperTextTransferProtocol) — протокол обмена гипертекстовой информацией, то есть документами HTML.

HTML является базовым языком создания Web-страниц, а HTTP предназначен для их передачи в сети. Таким образом, описываемый протокол используется Web-серверами. Соответственно, браузеры, используемые для блуждания по Интернету, являются HTTP-клиентами.
Слайд 8

Протокол FTP (FileTransferProtocol) — протокол передачи файлов. Служит для обмена файлами между компьютерами.
Например, вам нужно передать файл на сервер или, наоборот, скачать файл с сервера. Для этого вам нужно подключиться к файловому серверу (он же FTP-сервер) и выполнить необходимую вам операцию скачивания или закачки. Подключение к FTP-серверу обычно осуществляется с помощью FTP-клиента. Простейший FTP-клиент входит в состав практически любой операционной системы.
Слайд 9
Слайд 10
Слайд 11
Слайд 12

Заключение

Стандарты Интернета играют двоякую роль.
С одной стороны, они являются строительными блоками, на основе которых разработчики могут создавать приложения и распределенные системы. .
С другой стороны, стандарты Интернета обеспечивают взаимодействие между компонентами, созданными различными производителями. Это открывает широкие возможности для глобального объединения разобщенных систем.

Посмотреть все слайды

Стандарты (протокола) обмена информацией

Это тоже название определённых правил, по которым передают сведения между участниками Сети в том или ином случае. Передаваемая кодированная информация становится понятной для всех абонентов благодаря применению таких правил. Обычно к ним относят следующие явления:

приёмы реализации по контролю;
структура, по которой удалось построить базы данных и т. д.

Обратите внимание! Надёжность передачи информации повышается, если элементы достаточно сложные. Но скорость обработки из-за этого может уменьшаться

Какой протокол является базовым в Интернете — будет рассмотрено далее.

Важно! Практически каждый разработчик может использовать свои собственные решения. Но подобные системы доступны только ограниченному числу пользователей

Интеграция в сложные сетевые процессы обмена информацией становится недоступной.

Поэтому в международной практике используют варианты, которые можно разделить на две крупные ветки. Это уровень обычных компьютерных сетей и промышленные либо полевые линии связи. Понятие используется на практике достаточно давно.

Протоколы передачи данных

Определение 2

Под протоколами передачи данных понимается комплекс согласованных правил формирования логического интерфейса, определяющих процедуру обмена данными между различными программными продуктами.

Эти правила определяют единый метод трансляции сообщений и реакции на возникающие ошибки при взаимном обращении друг к другу программного обеспечения, находящегося удалённо друг от друга оборудования, которое соединяется различными типами интерфейсов. Стандартный протокол трансляции информации даёт также возможность организовать интерфейсы физического уровня, которые не имеют привязки к конкретному аппаратному обеспечению и выпускающей его фирме. К примеру, это USB, Bluetooth, и другие.

Сигнальные протоколы применяются для того, чтобы управлять соединением. Это может быть формирование соединения, переадресация, прекращение связи и так далее. В качестве примера таких протоколов можно привести RTSP, SIP, для трансляции данных применяется протокол RTP.

Определение 3

Под сетевым протоколом понимается комплекс правил и процедур, который позволяет выполнять соединение и информационный обмен между парой или бо́льшим числом аппаратов, подключенных к сети.

Различные протоколы часто определяют только различные аспекты одного и того же способа связи. Термины «протокол» и «стек протоколов» тоже определяют программные приложения, реализующие протоколы. Вновь разрабатываемые протоколы для сети интернет должны удовлетворять стандартам IETF (Инженерный Совет Интернета), а все остальные протоколы определяются стандартами IEEE и ISO (Международная Организация по Стандартизации). Протоколы и форматы для телекоммуникаций определяются стандартами ITU-T (Международный союз электросвязи). Самой широко применяемой классификационной системой для сетевых протоколов считается OSI (сетевая модель стека), согласно которой все существующие протоколы можно разделить на семь уровней по их предназначению. От физических уровней, таких как создание и определение электронных или других типов сигналов, до прикладных уровней, таких как программные интерфейсы.

Типы протоколов

Протоколы обмена информацией делятся на следующие типы:

Использующие символы.
Применяющие двоичное кодирование.

Протоколы, использующие символы, обычно основаны или на ХML (язык разметки), или на JSОN. Их достоинствами считаются простота отладки взаимных обменов, несложная реализация, универсальность. К их недостаткам следует отнести большую избыточность. Если передаётся информация в виде чисел, необходимо её преобразовать в символы и после приёма декодировать обратно в числа. То есть двоичная информация является неудобной для передачи. Специалисты, формирующие протоколы, обходят эту проблему путём использования Bаse64 или прямой передачей строк в двоичных кодах, путём их шестнадцатеричного представления, то есть в виде двух символов на байт. Естественно, для некоторого круга проблем, протоколы, применяющие символы, могут быть если не оптимальным, то всё-таки очень хорошим методом.

Протоколы, использующие бинарные коды, делятся на два уровня:

Контейнерный уровень.
Уровень информационных данных.

Контейнерный уровень отвечает за сохранность информации и её правильность при передаче, и кроме того за возможность найти конкретное сообщение в общем потоке. Второй уровень содержит, собственно, информационные данные в форме, удобной для дальнейшего использования. Структурный формат этого уровня определяется решаемыми задачами, но имеет и общие положения. Объём информации (сообщений, которые возможно обработать вне зависимости от переданных ранее и будущих принятых данных) может быть зафиксированным и переменным. При зафиксированном объёме сообщения, отсчитывается, включая заголовок, требуемое число байтов, и они пересылаются для дальнейшей обработки. Часто, чтобы обеспечить гибкость, проектировщики протокола такого типа выделяют в структуре сообщения элемент постоянного объёма (может занимать до 80 % всего размера сообщения), который является резервом для дальнейших улучшений существующего протокола.

Для сообщений с переменной длиной, важной частью является его заголовок. Как правило, заголовок начинается с постоянной составляющей, которая даёт возможность определить начало сообщения в постоянном потоке информации

Вслед за ней должен следовать номер версии протокола, который определяет формат передаваемой информации. Затем в заголовке идут сведения о том, что содержится в этом контейнере. В частности, должен быть указан тип информации, её объём и контрольная сумма. Эти данные позволяют принять информацию и начать её обработку. Естественно, если после проверки совпала контрольная сумма.

TCP протокол

TCP — это транспортный протокол, является частью стека протоколов TCP IP, он выполняет функции управления передачей данных и следит за их сохранностью, считается надежным. Расшифровывается как Transmission Control Protocol (протокол управления передачей).

Это стандарт, который определяет как нужно устанавливать связь и поддерживать ее, чтобы две программы могли обмениваться данными между собой.

Является именно надежным протоколом так как:

1. Использует логическое соединение, благодаря чему обеспечивается надежная доставка данных.2. Пронумеровывает передаваемые пакеты данных и проверяет их доставку, принимающая сторона высылает подтверждение о получении, в случае потери каких-либо пакетов создается повторная передача.3. Делит передаваемые данные на части — пакеты данных, затем передает их нижнему уровню, и собирает их, когда они приходят к получателю.4. Проверяет контрольную сумму передаваемых пакетов, если она отличается — создается новая отправка.5. Проверяет пакеты на дубликаты, в случае обнаружения таковых — уничтожает.6. Контролирует скорость передачи.

Заголовок TCP протокола

Весит 20 байт, если нет дополнительных опций, вот как он выглядит:

У каждого TCP сегмента указывается порт источника и назначения, с помощью которых происходит идентификация отправляющего и принимающего приложения. Эти порты вместе с IP адресами уникально идентифицируют каждое соединение. Комбинация IP и порта — это сокет (socket).

Номер последовательности — нумерация каждого отправляемого байта в потоке передаваемых данных. А номер подтверждения — это следующий номер байта после полученного, который ждет получатель. Т.е. передача идет последовательно, например, получатель получил 100-ый байт, следующим ждет 101.

Остальные значения можно понять из самой картинки. Разве, что размер окна — он скользящий, т.е. зависит от качества сети. Если много данных теряется он может уменьшаться и наоборот. Он регулирует количество передаваемых байтов.

А флаги: URG, ACK, PSH и т.д. — описывают дополнительные значения сегмента, так, например, флаг FIN применяется для завершения соединения.

Описание опции «Супер АОН» от Мегафон

Те абоненты, которые получали звонки с неизвестных телефонов, знают, что такое качество связи не всегда приносит положительные эмоции: нежелательная реклама, навязчивые звонки из банков, люди с недобрыми намерениями.

Особенно неприятно, когда анонимы звонят в позднее время или же в моменты, когда внимание требует концентрации на чем-то другом, а не на том, кто же это может быть. Этого избежать поможет активация полезной функции на Мегафоне – СуперАОН, которая даже при шифровании определит звонящего абонента и укажет Вам его номер

Примеры сетевых протоколов [ править | править код ]

TCP/IP — набор протоколов передачи данных, получивший название от двух принадлежащих ему протоколов: TCP (англ. Transmission Control Protocol ) и IP (англ. Internet Protocol )

Наиболее известные протоколы, используемые в сети Интернет:

HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) — это протокол передачи гипертекста. Протокол HTTP используется при пересылке Web-страниц между компьютерами, подключенными к одной сети.
FTP (File Transfer Protocol) — это протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. FTP дает возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.
POP3 (Post Office Protocol) — это стандартный протокол почтового соединения. Серверы POP обрабатывают входящую почту, а протокол POP предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — протокол, который задает набор правил для передачи почты. Сервер SMTP возвращает либо подтверждение о приеме, либо сообщение об ошибке, либо запрашивает дополнительную информацию.
TELNET — это протокол удаленного доступа. TELNET дает возможность абоненту работать на любой ЭВМ находящейся с ним в одной сети, как на своей собственной, то есть запускать программы, менять режим работы и так далее. На практике возможности ограничиваются тем уровнем доступа, который задан администратором удаленной машины.

DTN — протокол, предназначенный для сетей дальней космической связи IPN, которые используются NASA.

Интернет работает на основе нескольких протоколов. Они накладываются друг на друга, взаимодействуют

Понимание базовых принципов работы сети важно не только для веб-мастеров и администраторов, но и для обычных пользователей. Это упростит саму эксплуатацию, поиск неполадок и проблем

Базовый протокол Интернета не так уж сложно понять.

Какими бывают протоколы Интернета

На сегодняшний день известно несколько разновидностей протоколов Интернета. Они имеют следующие обозначения:

HTTP;
DNS;
ICMP;
FTP;
UDP;
TCP/IP — название протокола, являющегося основным для интернет-сетей.

Обратите внимание! Различия между этими решениями кроются в уровнях назначения

И здесь можно разделить решения по нескольким веткам:

физические уровни. Предполагают, что соединение создаётся при помощи витой пары, оптических волокон;
ARP-уровень с драйверами устройств;
сетевой уровень со стандартными ICMP, IP;
транспортный уровень — UDP и TCP;
прикладной. Сюда входят стандартные протоколы сети Интернет типа NFS, DNS, FTP, HTTP.

ISO/OSI — система стандартизации, которая используется абсолютно для всех решений. Благодаря этому не возникает сбоев у разнообразных платформ, даже если используются разные операционные системы, оборудование поставляют разные производители. Сейчас такие детали практически не имеют значения.

Обратите внимание! Для функционирования Интернета используется протокол каждого уровня

Какой протокол является базовым для сети Интернет

TCP/IP — самый распространённый протокол, по которому в настоящее время передаётся информация. Хранение базовой передаваемой информации обеспечивается за счёт добавления к этой схеме трёх параметров:

повторная отправка запросов, если возникла ошибка;
идентификатор, по которому действия подтверждают механически;
порядковый номер для определения приоритета, очереди пересылки сведений. Называться он может по-разному.