Sestavení fyzických částí počítačové sítě samo o sobě nestačí k jejímu fungování; připojená zařízení také vyžadují způsob komunikace. Tyto komunikační jazyky se nazývají síťové protokoly.
Účel síťových protokolů
Bez protokolů by zařízení postrádala schopnost porozumět elektronickým signálům, které si navzájem posílají prostřednictvím síťových připojení. Síťové protokoly plní tyto základní funkce:
- Adresujte údaje správným příjemcům.
- Fyzicky přenášejte data ze zdroje do cíle, v případě potřeby s bezpečnostní ochranou.
- Přijímat zprávy a správně odesílat odpovědi.
Zvažte srovnání síťových protokolů s tím, jak poštovní služba zpracovává fyzickou papírovou poštu. Stejně jako poštovní služba spravuje dopisy z mnoha zdrojů a destinací, síťové protokoly neustále udržují tok dat mnoha cestami.
Na rozdíl od fyzické pošty však síťové protokoly poskytují pokročilé možnosti. Mezi ně patří doručování konstantního toku zpráv na jedno místo určení (tzv. streaming) a automatické vytváření kopií zprávy pro doručení do více míst najednou (tzv. broadcasting).
Běžné typy síťových protokolů
Neexistuje žádný protokol, který by podporoval všechny funkce, které potřebuje každá počítačová síť. Přesto každý slouží jako klíč, který odemkne dané síťové zařízení nebo službu. V průběhu let byly vynalezeny různé síťové protokoly, z nichž každý se snaží podporovat určité typy síťové komunikace.
Tři základní charakteristiky, které odlišují jeden typ protokolu od jiného, jsou:
- Simplex vs. duplex: Simplexní připojení umožňuje v síti vysílat pouze jedno zařízení. Duplexní síťová připojení umožňují zařízením přenášet a přijímat data přes stejnou fyzickou linku.
- Zaměřené na připojení nebo bez připojení: Síťový protokol orientovaný na připojení vyměňuje (proces zvaný handshake) informace o adrese mezi dvěma zařízeními, které jim umožňují vést konverzaci (tzv. relace). Protokoly bez připojení doručují jednotlivé zprávy z jednoho bodu do druhého bez ohledu na podobné zprávy odeslané před nebo po (a aniž by věděly, zda byly zprávy úspěšně přijaty).
- Layer: Síťové protokoly obvykle spolupracují ve skupinách (tzv. zásobníky, protože diagramy často zobrazují protokoly jako krabice naskládané na sobě). Některé protokoly fungují na nižších vrstvách úzce souvisejících s tím, jak různé typy bezdrátové nebo síťové kabeláže fyzicky fungují. Jiné pracují na vyšších vrstvách propojených s tím, jak fungují síťové aplikace, a některé pracují na mezilehlých vrstvách mezi nimi.
Rodina internetových protokolů
Běžné veřejně používané síťové protokoly patří do rodiny internetových protokolů. IP je základní protokol, který umožňuje vzájemnou komunikaci domácích a dalších místních sítí na internetu.
IP funguje dobře pro přesun jednotlivých zpráv z jedné sítě do druhé. Nepodporuje koncept konverzace (spojení, přes které může proud zpráv cestovat jedním nebo oběma směry). Transmission Control Protocol (TCP) rozšiřuje IP o tuto schopnost vyšší vrstvy. Protože spojení point-to-point jsou na internetu nezbytná, jsou tyto dva protokoly spárovány dohromady a označované jako TCP/IP.
TCP i IP fungují ve středních vrstvách zásobníku síťových protokolů. Populární aplikace na internetu někdy implementovaly své protokoly nad TCP/IP. HyperText Transfer Protocol používají webové prohlížeče a servery po celém světě. TCP/IP zase běží nad síťovými technologiemi nižší úrovně, jako je Ethernet. Mezi další oblíbené síťové protokoly v rodině IP patří ARP, ICMP a FTP.
Jak síťové protokoly používají pakety
Internet a většina ostatních datových sítí funguje tak, že data organizuje do malých kousků nazývaných pakety. Pro zlepšení komunikačního výkonu a spolehlivosti je každá velká zpráva odeslaná mezi dvěma síťovými zařízeními často rozdělena do menších paketů podle základního hardwaru a softwaru. Tyto sítě s přepínáním paketů vyžadují, aby byly pakety organizovány specifickými způsoby podle protokolů, které síť podporuje. Tento přístup funguje dobře s technologií moderních sítí, protože tyto zpracovávají data ve formě bitů a bajtů (digitální 1s a 0s).
Každý síťový protokol definuje pravidla, jak musí být organizovány jeho datové pakety. Protože protokoly jako Internet Protocol často spolupracují ve vrstvách, některá data vložená do paketu naformátovaného pro jeden protokol mohou být ve formátu nějakého jiného souvisejícího protokolu (metoda nazývaná zapouzdření).
Protokoly obvykle rozdělují každý paket na tři části – záhlaví, užitečné zatížení a zápatí. Některé protokoly, jako je IP, nepoužívají zápatí. Záhlaví a zápatí paketů obsahují kontextové informace potřebné pro podporu sítě, včetně adres odesílacích a přijímajících zařízení. Užitečné zatížení obsahuje data, která mají být přenesena.
Záhlaví nebo zápatí často obsahují speciální data pro zlepšení spolehlivosti a výkonu síťových připojení, jako jsou počítadla, která sledují pořadí, ve kterém byly zprávy odeslány, a kontrolní součty, které pomáhají síťovým aplikacím odhalit poškození nebo neoprávněnou manipulaci s daty.
Jak síťová zařízení používají protokoly
Operační systémy síťových zařízení obsahují vestavěnou podporu pro některé síťové protokoly nižší úrovně. Všechny moderní operační systémy pro stolní počítače podporují například Ethernet a TCP/IP. Mnoho smartphonů podporuje Bluetooth a protokoly z rodiny Wi-Fi. Tyto protokoly se připojují k fyzickým síťovým rozhraním zařízení, jako jsou jeho ethernetové porty a rádia Wi-Fi nebo Bluetooth.
Síťové aplikace podporují protokoly vyšší úrovně, které komunikují s operačním systémem. Webový prohlížeč například překládá adresy jako https://lifewire.com/ do paketů HTTP, které obsahují data, která může webový server přijmout a odeslat zpět na správnou stránku. Přijímající zařízení je odpovědné za opětovné sestavení jednotlivých paketů do původní zprávy odstraněním záhlaví a zápatí a zřetězením paketů ve správném pořadí.
