Типи мережевих протоколів і їх призначення (HTTP, IP, SSH, FTP, POP3, MAC)

Майже всі комп’ютери світу сьогодні підключені до інтернету, і робота в мережі здійснюється за допомогою мережевих протоколів. Однак далеко не всі користувачі знають, що таке мережевий протокол, в чому полягає призначення і які особливості кожного з типів. В цій статті відповімо на ці питання.

Що таке мережевий протокол?

Мережевий протокол — це комплекс установок, завдяки яким визначається і регулюється процес інформаційного обміну між комп’ютерами, підключеними до інтернету. Протокол в певному сенсі вважається мовою, необхідною машинам для взаємодії. Серед його ключових особливостей — структурованість і стандартизація.

Типи мережевих протоколів

• фізичний — середовище, де здійснюється обмін даними, на цьому рівні трансформуються в бінарний код електричні імпульси, які далі передаються на більш високі рівні (на даному рівні функціонують медиаконвертери, сигнальні ретранслятори, хаби);
• канальний — рівень, на якому дані передаються на хост з метою обробки, а щоб ідентифікувати інформацію, застосовується MAC-адреси;
• мережевий — актуалізуються IP-адреси, завдяки яким в інтернеті ідентифікуються користувачі, дані надходять пакетами;
• транспортний — в обов’язковому порядку здійснюється доставка пакетів до адресатів, протокол відстежує цілісність і коректність донесення інформації, для цих цілей використовуються алгоритми фрагментування або об’єднання;
• сесійний — протоколи забезпечують підтримку мережевого сеансу, синхронність початку і кінця з’єднання, а також перевіряють дозволи на доступ;
• репрезентативний (рівень представлення) — отримана інформація декодується або кодується, файли розпаковуються або стискаються, тобто здійснюється переклад даних на рівень, який підійде конкретному браузеру (з додатком);
• прикладний — відбувається регулювання зв’язку користувачів і мережі, даються дозволи на доступ, реалізовується робота протоколів вищого рівня.

Дані типи представлені в порядку ієрархії, тобто з дій, які здійснюються на нижчому рівні, випливають алгоритми нового рівня.

Особливості та призначення поширених мережевих протоколів

Різниця між мережевими протоколами буде більш наочною, якщо порівнювати найбільш популярні види, розібратися з особливостями і функціями кожного.

HTTP

Hyper Text Transfer protocol є основним для функціонування всіх інтернет-ресурсів. Завдання даного протоколу — надання можливості запиту ресурсів, які потрібні в віддаленій системі (наприклад, файлів).

HTTP вважається клієнт-серверним протоколом, що означає надсилання даних однією конкретною стороною. Головні особливості HTTP пов’язані з:

• простотою — алгоритми легко сприймаються людьми;
• розширюваністю — досить навіть звичайного узгодження між клієнтами і серверами, щоб поміняти щось в семантиці;
• сесійній — між запитами відсутній послідовний зв’язок, на кожній сесії можна ділитися певним контекстом;
• транспортним рівнем — завдяки управлінню на транспортному рівні протокол знаходиться за межами HTTP.

За допомогою HTTP можна управляти кешем, аутентифікацією, проксі, а також сесіями. Однак останнім часом актуальна тенденція переходу сайтів з HTTP на HTTPS, що допомагає підвищити рівень довіри до інтернет-ресурсу.

IP

Internet Protocol є протоколом маршрутизації на мережевому рівні TCP/IP. Завдяки IP стало можливим об’єднати у всесвітню мережу різні комп’ютерні мережі. Головною метою протоколу є доставка пакетів між різноманітним мережевим обладнанням. У числі характерних властивостей:

• відсутність надійності — гарантію доставки без помилок забезпечують на більш високих рівнях протоколів, в той час як IP не виключає дублі, пошкодження, порушення порядку та навіть відсутність надсилання даних;
• унікальність — для кожного комп’ютера існують окремі IP-адреси, завдяки яким машини знаходять і ідентифікують один одного в інтернеті;
• фрагментованість — протокол проходить через різноманітні канали доставки, і в разі перевищення можливостей певних вузлів передбачено дроблення пакетів.

Даний алгоритм реалізований за допомогою таких видів, як IPv4 і IPv6. У моделі TCP/IP він відноситься до мережевого рівня.

SSH

Протокол Secure Shell реалізований на рівні додатків і призначений, щоб дистанційно керувати системою за допомогою захищеного каналу. Даний варіант застосовується в роботі багатьох технологій. Підключення по SSH включають такі особливості:

• шифрування — характерна властивість SSH — авторизація по ключу, тобто відбувається кодування всього трафіку, в тому числі паролів, за допомогою різних алгоритмів;
• безпеку — це властивість випливає з попереднього, так як завдяки шифруванню збільшується надійність віддаленої роботи;
• можливість стиснення — ця особливість актуальна при передачі інформації.

Копіювання файлів по SSH дозволяє підвищити рівень захисту при передачі інформації. Secure Shell вважається протоколом прикладного рівня, і його пряме призначення — забезпечення віддаленого доступу.

FTP

File Transfer Protocol — один з найстаріших прикладних варіантів. Протокол FTP служить для доступу до віддалених хостів і передачі програмного забезпечення. Щоб точніше розуміти, що таке FTP, слід розібратися з його особливостями. Так, властивості протоколу мають на увазі:

• результативність — протокол гарантує надсилання або видачу помилки, так як застосовується квотна система;
• варіативність шифрування — в різних випадках можливі або анонімні підключення, або передача паролів і логінів відкритим текстом;
• вбудовану аутентифікацію — користувачі автентифіковані за замовчуванням;
• застосовується декілька портів — FTP-протокол як мінімум застосовує подвійне підключення.

Завдяки бінарному режиму передачі (аналогічна особливість є у HTTP) зменшуються витрати трафіку і час, необхідних для надсилання великих файлів.

POP3

Post Office Protocol Version 3 — стандартний варіант на прикладному рівні, який використовується клієнтами email-сервісів. Головне завдання POP3 — забезпечити отримання пошти з віддаленого сервера за допомогою TCP-з’єднання.

Крім цього стандарту, щоб отримати електронну пошту, також використовується IMAP. Як правило, на сучасних клієнтах реалізовані обидва варіанти. Особливості POP3:

• постійний доступ до листів, які збережені на комп’ютері (навіть якщо немає зв’язку з мережею);
• відкриття вкладень одночасно з повідомленням;
• постійне звільнення пам’яті ящика — листи перевантажуються на жорсткий диск комп’ютера.

Проте, крім переваг, є істотний недолік — ризик зараження вірусами комп’ютерів користувачів. Також може знадобитися досить частий бекап. Щоб правильно організувати резервне копіювання даних, необхідно заручитися підтримкою надійного хостинг-провайдера.

MAC

Media Access Control є протоколом, розміщеним на низькому рівні. Його завдання полягає в тому, щоб ідентифікувати пристрої локальних мереж. Властивості MAC мають на увазі:

• унікальність — для кожного пристрою є унікальний MAC-адреса, яка спочатку задана виробником;
• захист від помилок — завдяки створенню і перевірці алгоритмів забезпечується додатковий захист на цьому рівні;
• контроль — MAC контролює доступ до фізичного середовища передачі.

Механізми управління доступом до каналу на MAC-рівні реалізовані як метод множинного доступу. Таким чином, відразу кілька станцій можуть застосовувати одне й те ж фізичне середовище.

Поширені порти мережевих протоколів

Порти представлені цілими позитивними числами, які записуються в заголовках протоколів. Знання цієї інформації допоможе для правильного налаштування, розширенні можливостей і посилення безпеки під час налаштування роботи в мережі. У представленій далі таблиці є дані про популярні порти.

Вибір правильного протоколу і порту дозволяють оптимізувати роботу системи і убезпечити з’єднання. Якщо протоколи не узгоджені між собою, веб-ресурси будуть працювати некоректно і давати постійні збої.

Правильна настройка допоможе домогтися максимального результату від сервісу хостінгового провайдера. Щоб отримати професійну консультацію і замовити послуги оренди серверів, звертайтеся до представників хостинг-провайдера Дельтахост.

Мережевий рівень

Мережевий рівень (Network layer) служить для створення єдиної транспортної системи, що об’єднує декілька мереж, причому ці мережі можуть використовувати зовсім відмінні принципи передачі повідомлень між кінцевими вузлами і мати довільну структуру зв’язків. Функції мережевого рівня досить різноманітні. Почнемо їх розгляд на прикладі об’єднання локальних мереж.
Протоколи канального рівня локальних мереж забезпечують доставку даних між будь-якими вузлами тільки в мережі з відповідною типовою топологією, наприклад топологією ієрархічної зірки. Це дуже жорстке обмеження, що не дозволяє будувати мережі з розвиненою структурою, наприклад, мережі, що об’єднують декілька мереж підприємства в одну , або високонадійні мережі, у яких існують надлишкові зв’язки між вузлами. Можна було б ускладнювати протоколи канального рівня для підтримки петлеподібних надлишкових зв’язків, але принцип поділу обов’язків між рівнями призводить до іншого рішення. Щоб, з одного боку, зберегти простоту процедур передачі даних для типових топологій, а з іншого – дозволити використання довільних топологій, вводиться додатковий мережевий рівень.
На мережевому рівні сам термін мережа наділяють специфічним значенням. У даному випадку під мережею розуміється сукупність комп’ютерів, сполучених між собою відповідно до однієї зі стандартних типових топологій і протоколів, що використовуються для передачі даних, визначених для цієї топології.
Всередині мережі доставка даних забезпечується відповідним канальним рівнем, а от доставкою даних між мережами займається мережевий рівень, що і підтримує можливість правильного вибору маршруту передачі повідомлення навіть у тому випадку, коли структура зв’язків між складовими мережами має характер, відмінний від прийнятого в протоколах канального рівня.

Мережі з’єднуються між собою спеціальними пристроями, що називаються маршрутизаторами.
Маршрутизатор – це пристрій, що збирає інформацію про топологію міжмережевих з’єднань і на її підставі пересилає пакети мережевого рівня в мережу призначення. Щоб передати повідомлення від відправника, що знаходиться в одній мережі, адресату, що знаходиться в іншій мережі, потрібно виконати деяку кількість транзитних передач між мережами, або хопів (від hop – стрибок), щораз обираючи потрібний маршрут. Таким чином, маршрут – це послідовність маршрутизаторів, через які проходить пакет.
На Мал. 1 показані чотири мережі, пов’язані трьома маршрутизаторами. Між вузлами А і В даної мережі пролягають два маршрути: перший через маршрутизатори 1 і 3, а другий через маршрутизатори 1, 2 і 3.
Проблема вибору найкращого шляху називається маршрутизацією, і її вирішення є однією з головних задач мережевого рівня. Ця проблема ускладнюється тим, що найкоротший шлях не завжди найкращий. Часто критерієм при виборі маршруту є час передачі даних, який залежить від пропускної спроможності каналів зв’язку й інтенсивності трафіка, що може змінюватися. Деякі алгоритми маршрутизації намагаються пристосуватися до зміни навантаження, у той час як інші приймають рішення на основі середніх показників за тривалий час. Вибір маршруту може здійснюватися і за іншими критеріями, наприклад, надійності передачі.
У загальному випадку функції мережевого рівня ширше, ніж функції передачі повідомлень зв’язками із нестандартною структурою, що ми їх розглянули на прикладі об’єднання декількох локальних мереж. Мережевий рівень вирішує також задачу узгодження різних технологій, спрощення адресації в значних мережах і створення надійних і гнучких бар’єрів на шляху небажаного трафіка між мережами.
Повідомлення мережевого рівня прийнято називати пакетами (packets). При організації доставки пакетів на мережевому рівні використовується поняття «номер мережі». У цьому випадку адреса одержувача складається зі старшої частини – номера мережі і молодшої – номеру вузла в цій мережі. Всі вузли однієї мережі повинні мати ту саму старшу частину адреси, тому терміну «мережа» на мережевому рівні можна дати й інше, більш формальне визначення: мережа – це сукупність вузлів, мережева адреса яких містить той сам номер мережі.
На мережевому рівні визначаються два види протоколів. Перший вид – мережеві протоколи (routed protocols) – реалізують просування пакетів через мережу. Саме ці протоколи звичайно мають на увазі, коли говорять про протоколи мережевого рівня. Проте часто до мережевого рівня відносять і інший вид протоколів – протоколи обміну маршрутною інформацією або просто протоколи маршрутизації (routing protocols). За допомогою цих протоколів маршрутизатори збирають інформацію про топологію міжмережевих з’єднань. Протоколи мережевого рівня реалізуються програмними модулями операційної системи, а також програмними й апаратними засобами маршрутизаторів.
На мережевому рівні працюють протоколи ще одного типу, що відповідають за відображення адреси вузла, використовуваного на мережевому рівні, у локальну адресу мережі. Такі протоколи часто називають протоколами дозволу адрес – Address Resolution Protocol, ARP. Іноді їх відносять не до мережевого рівня, а до канального, хоча тонкощі класифікації не змінюють їхньої суті. Прикладами протоколів мережевого рівня є протокол міжмережевої взаємодії IP стека TCP/IP і протокол міжмережевого обміну пакетами IPX стека Novell.