Η συναρμολόγηση των φυσικών τμημάτων ενός δικτύου υπολογιστών από μόνη της είναι ανεπαρκής για να λειτουργήσει. Οι συνδεδεμένες συσκευές απαιτούν επίσης μια μέθοδο επικοινωνίας. Αυτές οι γλώσσες επικοινωνίας ονομάζονται πρωτόκολλα δικτύου.
Σκοπός των πρωτοκόλλων δικτύου
Χωρίς πρωτόκολλα, οι συσκευές δεν θα είχαν την ικανότητα να κατανοούν τα ηλεκτρονικά σήματα που στέλνουν η μία στην άλλη μέσω συνδέσεων δικτύου. Τα πρωτόκολλα δικτύου εξυπηρετούν αυτές τις βασικές λειτουργίες:
- Διεύθυνση δεδομένων στους σωστούς παραλήπτες.
- Μεταφέρετε φυσικά δεδομένα από την πηγή στον προορισμό, με προστασία ασφαλείας εάν χρειάζεται.
- Λήψη μηνυμάτων και αποστολή απαντήσεων κατάλληλα.
Σκεφτείτε μια σύγκριση μεταξύ των πρωτοκόλλων δικτύου με τον τρόπο με τον οποίο μια ταχυδρομική υπηρεσία χειρίζεται φυσική αλληλογραφία σε χαρτί. Ακριβώς όπως η ταχυδρομική υπηρεσία διαχειρίζεται επιστολές από πολλές πηγές και προορισμούς, τα πρωτόκολλα δικτύου διατηρούν τη ροή δεδομένων σε πολλές διαδρομές συνεχώς.
Σε αντίθεση με το φυσικό ταχυδρομείο, ωστόσο, τα πρωτόκολλα δικτύου παρέχουν προηγμένες δυνατότητες. Αυτά περιλαμβάνουν την παράδοση μιας σταθερής ροής μηνυμάτων σε έναν προορισμό (που ονομάζεται ροή) και την αυτόματη δημιουργία αντιγράφων ενός μηνύματος για παράδοση σε πολλούς προορισμούς ταυτόχρονα (ονομάζεται μετάδοση).
Κοινοί τύποι πρωτοκόλλων δικτύου
Δεν υπάρχει κανένα πρωτόκολλο που να υποστηρίζει όλες τις δυνατότητες που χρειάζεται κάθε δίκτυο υπολογιστών. Ωστόσο, το καθένα χρησιμεύει ως κλειδί που ξεκλειδώνει μια δεδομένη συσκευή ή υπηρεσία δικτύου. Διαφορετικά πρωτόκολλα δικτύου έχουν εφευρεθεί όλα αυτά τα χρόνια, το καθένα προσπαθώντας να υποστηρίξει ορισμένους τύπους δικτυακής επικοινωνίας.
Τα τρία βασικά χαρακτηριστικά που διακρίνουν έναν τύπο πρωτοκόλλου από έναν άλλο είναι:
- Simplex εναντίον duplex: Μια σύνδεση simplex επιτρέπει μόνο μία συσκευή να εκπέμπει σε ένα δίκτυο. Οι συνδέσεις δικτύου διπλής όψης επιτρέπουν στις συσκευές να μεταδίδουν και να λαμβάνουν δεδομένα μέσω της ίδιας φυσικής σύνδεσης.
- Σύνδεση ή χωρίς σύνδεση: Ένα πρωτόκολλο δικτύου προσανατολισμένο στη σύνδεση ανταλλάσσει πληροφορίες διεύθυνσης (μια διαδικασία που ονομάζεται χειραψία) μεταξύ δύο συσκευών που τους επιτρέπουν να συνεχίσουν μια συνομιλία (ονομάζεται μια συνεδρία). Τα πρωτόκολλα χωρίς σύνδεση παραδίδουν μεμονωμένα μηνύματα από το ένα σημείο στο άλλο χωρίς να λαμβάνουν υπόψη παρόμοια μηνύματα που αποστέλλονται πριν ή μετά (και χωρίς να γνωρίζουν εάν τα μηνύματα έχουν ληφθεί με επιτυχία).
- Επίπεδο: Τα πρωτόκολλα δικτύου συνήθως λειτουργούν μαζί σε ομάδες (ονομάζονται στοίβες επειδή τα διαγράμματα συχνά απεικονίζουν τα πρωτόκολλα ως πλαίσια στοιβαγμένα το ένα πάνω στο άλλο). Ορισμένα πρωτόκολλα λειτουργούν σε χαμηλότερα επίπεδα, στενά συνδεδεμένα με το πώς λειτουργούν φυσικά διαφορετικοί τύποι ασύρματης καλωδίωσης ή καλωδίωσης δικτύου. Άλλοι εργάζονται σε υψηλότερα επίπεδα που συνδέονται με τον τρόπο λειτουργίας των εφαρμογών δικτύου και μερικά λειτουργούν σε ενδιάμεσα επίπεδα.
Η οικογένεια πρωτοκόλλου Διαδικτύου
Τα κοινά πρωτόκολλα δικτύου σε δημόσια χρήση ανήκουν στην οικογένεια πρωτοκόλλων Διαδικτύου. Το IP είναι το βασικό πρωτόκολλο που επιτρέπει στα οικιακά και άλλα τοπικά δίκτυα στο διαδίκτυο να επικοινωνούν μεταξύ τους.
Η IP λειτουργεί καλά για τη μετακίνηση μεμονωμένων μηνυμάτων από το ένα δίκτυο στο άλλο. Δεν υποστηρίζει την έννοια της συνομιλίας (μια σύνδεση μέσω της οποίας μια ροή μηνυμάτων μπορεί να ταξιδέψει προς μία ή και τις δύο κατευθύνσεις). Το Πρωτόκολλο Ελέγχου Μετάδοσης (TCP) επεκτείνει το IP με αυτήν τη δυνατότητα υψηλότερου επιπέδου. Επειδή οι συνδέσεις από σημείο σε σημείο είναι απαραίτητες στο Διαδίκτυο, τα δύο πρωτόκολλα συνδυάζονται και είναι γνωστά ως TCP/IP.
Τόσο το TCP όσο και το IP λειτουργούν στα μεσαία επίπεδα μιας στοίβας πρωτοκόλλων δικτύου. Οι δημοφιλείς εφαρμογές στο διαδίκτυο έχουν μερικές φορές εφαρμόσει τα πρωτόκολλά τους πάνω από το TCP/IP. Το πρωτόκολλο μεταφοράς υπερκειμένου χρησιμοποιείται από προγράμματα περιήγησης ιστού και διακομιστές σε όλο τον κόσμο. Το TCP/IP, με τη σειρά του, τρέχει πάνω από τεχνολογίες δικτύου χαμηλότερου επιπέδου όπως το Ethernet. Άλλα δημοφιλή πρωτόκολλα δικτύου στην οικογένεια IP περιλαμβάνουν τα ARP, ICMP και FTP.
Πώς τα πρωτόκολλα δικτύου χρησιμοποιούν πακέτα
Το Διαδίκτυο και τα περισσότερα άλλα δίκτυα δεδομένων λειτουργούν οργανώνοντας δεδομένα σε μικρά κομμάτια που ονομάζονται πακέτα. Για να βελτιωθεί η απόδοση και η αξιοπιστία της επικοινωνίας, κάθε μεγάλο μήνυμα που αποστέλλεται μεταξύ δύο συσκευών δικτύου συχνά υποδιαιρείται σε μικρότερα πακέτα από το υποκείμενο υλικό και λογισμικό. Αυτά τα δίκτυα μεταγωγής πακέτων απαιτούν την οργάνωση των πακέτων με συγκεκριμένους τρόπους σύμφωνα με τα πρωτόκολλα που υποστηρίζει το δίκτυο. Αυτή η προσέγγιση λειτουργεί καλά με την τεχνολογία των σύγχρονων δικτύων, καθώς αυτά χειρίζονται δεδομένα με τη μορφή bit και byte (ψηφιακά 1 και 0).
Κάθε πρωτόκολλο δικτύου ορίζει κανόνες για τον τρόπο οργάνωσης των πακέτων δεδομένων του. Επειδή πρωτόκολλα όπως το Πρωτόκολλο Διαδικτύου συχνά συνεργάζονται σε επίπεδα, ορισμένα δεδομένα που είναι ενσωματωμένα μέσα σε ένα πακέτο μορφοποιημένο για ένα πρωτόκολλο μπορεί να έχουν τη μορφή κάποιου άλλου σχετικού πρωτοκόλλου (μια μέθοδος που ονομάζεται ενθυλάκωση).
Τα πρωτόκολλα συνήθως χωρίζουν κάθε πακέτο σε τρία μέρη-κεφαλίδα, ωφέλιμο φορτίο και υποσέλιδο. Ορισμένα πρωτόκολλα, όπως το IP, δεν χρησιμοποιούν υποσέλιδα. Οι κεφαλίδες και τα υποσέλιδα πακέτων περιέχουν τις πληροφορίες που απαιτούνται για την υποστήριξη του δικτύου, συμπεριλαμβανομένων των διευθύνσεων των συσκευών αποστολής και λήψης. Τα ωφέλιμα φορτία περιέχουν τα δεδομένα που πρέπει να μεταδοθούν.
Οι κεφαλίδες ή τα υποσέλιδα συχνά περιλαμβάνουν ειδικά δεδομένα για τη βελτίωση της αξιοπιστίας και της απόδοσης των συνδέσεων δικτύου, όπως μετρητές που παρακολουθούν τη σειρά με την οποία στάλθηκαν τα μηνύματα και αθροίσματα ελέγχου που βοηθούν τις εφαρμογές δικτύου να ανιχνεύουν καταστροφή ή παραποίηση δεδομένων.
Πώς οι συσκευές δικτύου χρησιμοποιούν τα πρωτόκολλα
Τα λειτουργικά συστήματα των συσκευών δικτύου περιλαμβάνουν ενσωματωμένη υποστήριξη για ορισμένα πρωτόκολλα δικτύου χαμηλότερου επιπέδου. Όλα τα σύγχρονα λειτουργικά συστήματα επιτραπέζιων υπολογιστών υποστηρίζουν, για παράδειγμα, Ethernet και TCP/IP. Πολλά smartphone υποστηρίζουν Bluetooth και πρωτόκολλα από την οικογένεια Wi-Fi. Αυτά τα πρωτόκολλα συνδέονται με τις φυσικές διεπαφές δικτύου μιας συσκευής, όπως οι θύρες Ethernet και τα ραδιόφωνα Wi-Fi ή Bluetooth.
Οι εφαρμογές δικτύου υποστηρίζουν πρωτόκολλα υψηλότερου επιπέδου που επικοινωνούν με το λειτουργικό σύστημα. Ένα πρόγραμμα περιήγησης ιστού, για παράδειγμα, μεταφράζει διευθύνσεις όπως το https://lifewire.com/ σε πακέτα HTTP που περιέχουν τα δεδομένα που μπορεί να λάβει ένας διακομιστής ιστού και να στείλει πίσω τη σωστή σελίδα. Η συσκευή λήψης είναι υπεύθυνη για τη συναρμολόγηση μεμονωμένων πακέτων στο αρχικό μήνυμα αφαιρώντας τις κεφαλίδες και τα υποσέλιδα και συνενώνοντας τα πακέτα με τη σωστή σειρά.
