Samotné zostavenie fyzických častí počítačovej siete nestačí na jej fungovanie; pripojené zariadenia tiež vyžadujú spôsob komunikácie. Tieto komunikačné jazyky sa nazývajú sieťové protokoly.
Účel sieťových protokolov
Bez protokolov by zariadeniam chýbala schopnosť porozumieť elektronickým signálom, ktoré si navzájom posielajú cez sieťové pripojenia. Sieťové protokoly slúžia týmto základným funkciám:
- Adresujte údaje správnym príjemcom.
- Fyzicky prenášať dáta zo zdroja do cieľa, v prípade potreby s bezpečnostnou ochranou.
- Prijímajte správy a správne odosielajte odpovede.
Zvážte porovnanie sieťových protokolov s tým, ako poštová služba narába s fyzickou papierovou poštou. Rovnako ako poštová služba spravuje listy z mnohých zdrojov a cieľov, sieťové protokoly nepretržite udržiavajú tok údajov mnohými cestami.
Na rozdiel od fyzickej pošty však sieťové protokoly poskytujú pokročilé možnosti. Patrí medzi ne doručovanie stáleho toku správ na jedno miesto určenia (tzv. streaming) a automatické vytváranie kópií správy na doručenie do viacerých cieľov naraz (nazývané vysielanie).
Bežné typy sieťových protokolov
Neexistuje žiadny protokol, ktorý by podporoval všetky funkcie, ktoré potrebuje každá počítačová sieť. Napriek tomu každý slúži ako kľúč, ktorý odomkne dané sieťové zariadenie alebo službu. V priebehu rokov boli vynájdené rôzne sieťové protokoly, z ktorých každý sa snaží podporovať určité typy sieťovej komunikácie.
Tri základné charakteristiky, ktoré odlišujú jeden typ protokolu od druhého, sú:
- Simplex vs. duplex: Simplexné pripojenie umožňuje vysielať v sieti iba jednému zariadeniu. Duplexné sieťové pripojenia umožňujú zariadeniam prenášať a prijímať dáta cez rovnaké fyzické spojenie.
- Orientovaný na spojenie alebo bez spojenia: Sieťový protokol orientovaný na spojenie si vymieňa (proces nazývaný handshake) informácie o adrese medzi dvoma zariadeniami, ktoré im umožňujú viesť konverzáciu (tzv. relácia). Protokoly bez pripojenia doručujú jednotlivé správy z jedného bodu do druhého bez ohľadu na podobné správy odoslané pred alebo po (a bez toho, aby vedeli, či boli správy úspešne prijaté).
- Layer: Sieťové protokoly zvyčajne spolupracujú v skupinách (nazývajú sa zásobníky, pretože diagramy často zobrazujú protokoly ako krabice naskladané na sebe). Niektoré protokoly fungujú na nižších vrstvách, ktoré sú úzko spojené s tým, ako rôzne typy bezdrôtových alebo sieťových káblov fyzicky fungujú. Iné pracujú na vyšších vrstvách prepojených s tým, ako fungujú sieťové aplikácie, a niektoré pracujú na stredných vrstvách medzi nimi.
Rodina internetových protokolov
Bežné verejne používané sieťové protokoly patria do rodiny internetových protokolov. IP je základný protokol, ktorý umožňuje vzájomnú komunikáciu domácej a inej lokálnej siete cez internet.
IP adresa IP funguje dobre na presun jednotlivých správ z jednej siete do druhej. Nepodporuje koncept konverzácie (spojenie, cez ktoré môže prúd správ cestovať jedným alebo oboma smermi). Transmission Control Protocol (TCP) rozširuje IP o túto schopnosť vyššej vrstvy. Keďže na internete sú nevyhnutné pripojenia bod-bod, tieto dva protokoly sú spárované a známe ako TCP/IP.
TCP aj IP fungujú v stredných vrstvách zásobníka sieťových protokolov. Populárne aplikácie na internete niekedy implementovali svoje protokoly nad TCP/IP. HyperText Transfer Protocol používajú webové prehliadače a servery na celom svete. TCP/IP zasa beží nad sieťovými technológiami nižšej úrovne, ako je Ethernet. Medzi ďalšie populárne sieťové protokoly v rodine IP patria ARP, ICMP a FTP.
Ako sieťové protokoly používajú pakety
Internet a väčšina ostatných dátových sietí fungujú tak, že údaje organizujú do malých kúskov nazývaných pakety. Na zlepšenie komunikačného výkonu a spoľahlivosti je každá veľká správa odoslaná medzi dvoma sieťovými zariadeniami často rozdelená na menšie pakety podľa základného hardvéru a softvéru. Tieto siete prepínania paketov vyžadujú, aby boli pakety organizované špecifickými spôsobmi podľa protokolov, ktoré sieť podporuje. Tento prístup funguje dobre s technológiou moderných sietí, pretože tieto spracovávajú dáta vo forme bitov a bajtov (digitálne 1s a 0s).
Každý sieťový protokol definuje pravidlá, ako musia byť usporiadané jeho dátové pakety. Pretože protokoly ako Internet Protocol často spolupracujú vo vrstvách, niektoré dáta vložené do paketu naformátovaného pre jeden protokol môžu byť vo formáte nejakého iného súvisiaceho protokolu (metóda nazývaná zapuzdrenie).
Protokoly zvyčajne rozdeľujú každý paket na tri časti – hlavičku, užitočné zaťaženie a pätu. Niektoré protokoly, napríklad IP, nepoužívajú päty. Hlavičky a päty paketov obsahujú kontextové informácie potrebné na podporu siete vrátane adries odosielajúcich a prijímajúcich zariadení. Užitočné zaťaženie obsahuje údaje, ktoré sa majú preniesť.
Hlavičky alebo päty často obsahujú špeciálne údaje na zlepšenie spoľahlivosti a výkonu sieťových pripojení, ako sú počítadlá, ktoré sledujú poradie, v akom boli správy odoslané, a kontrolné súčty, ktoré pomáhajú sieťovým aplikáciám odhaliť poškodenie údajov alebo manipuláciu.
Ako sieťové zariadenia používajú protokoly
Operačné systémy sieťových zariadení obsahujú vstavanú podporu pre niektoré sieťové protokoly nižšej úrovne. Všetky moderné operačné systémy pre stolné počítače podporujú napríklad Ethernet a TCP/IP. Mnoho smartfónov podporuje Bluetooth a protokoly z rodiny Wi-Fi. Tieto protokoly sa pripájajú k fyzickým sieťovým rozhraniam zariadenia, ako sú jeho ethernetové porty a rádiá Wi-Fi alebo Bluetooth.
Sieťové aplikácie podporujú protokoly vyššej úrovne, ktoré komunikujú s operačným systémom. Webový prehliadač napríklad prekladá adresy ako https://lifewire.com/ do paketov HTTP, ktoré obsahujú údaje, ktoré môže webový server prijať a odoslať späť na správnu stránku. Prijímacie zariadenie je zodpovedné za opätovné zostavenie jednotlivých paketov do pôvodnej správy odstránením hlavičiek a pätiek a zreťazením paketov v správnom poradí.
