Сетевые протоколы: базовые понятия и самые востребованные правила сети

В современном интернете работают тысячи протоколов, и со временем их становится только больше. Часть из них живёт незаметно для пользователя, часть знакома любому, кто хоть раз настраивал роутер или подключался к серверу. 

В этой статье мы понятном объясним, что такое сетевые протоколы, как устроены базовые модели взаимодействия и какие протоколы встречаются чаще всего.

Что такое сетевой протокол

Сетевой протокол — это набор правил, по которым устройства обмениваются данными. Чтобы передача информации прошла правильно, обе стороны общения должны «договориться» о том, как устанавливается соединение, как делятся данные на части, как подтверждается доставка, что считать ошибкой и как на неё реагировать.

Чтобы упорядочить все многообразие протоколов, была придумана модель OSI. Это своего рода эталон, который делит делит процесс связи на семь уровней.

Модель OSI помогает инженерам эффективно искать ошибки: если связь прервалась, специалист может проверить каждый уровень по очереди и быстро найти слабое звено..

TCP/IP: Фундамент интернета

Если OSI — это скорее теоретическая база, то TCP/IP — это чистая практика. Именно на этой стеке протоколов построен современный интернет. Название модели дали два её главных компонента:

• IP (Internet Protocol) — отвечает за адресацию.
• TCP (Transmission Control Protocol) — отвечает за доставку.

Когда вы заходите на любой сайт, ваш компьютер использует целый набор протоколов из этой модели, работающих вместе. Чтобы было проще разобраться, мы пойдем по уровням: от транспортного до прикладного.

Транспортный уровень: Доставка данных

Здесь живут протоколы, которые решают, каким именно образом информация переходит от одного узла к другому. Самые известные соперники здесь  TCP и UDP.

TCP — когда надежность превыше всего

Его главная задача — гарантировать, что данные дошли в целости и сохранности. Когда вы скачиваете файл или открываете веб-страницу, работает именно TCP.

Он разбивает данные на маленькие фрагменты, нумерует их, отправляет и ждет подтверждения получения. Если какой-то пакет потерялся по дороге, TCP отправит его снова. Кроме того, он умеет управлять скоростью потока: если получатель не успевает обрабатывать информацию, TCP «притормозит» отправку. 

UDP — скорость и риск

UDP (User Datagram Protocol) — полная противоположность TCP. Он не ждет подтверждений, не проверяет, дошли ли пакеты, и не переспрашивает.

Зачем такой протокол нужен? Для всего, что происходит в реальном времени. Онлайн-игры, видеозвонки в Zoom или Discord, стриминг видео. Если в разговоре пропадет пара миллисекунд звука, вы этого даже не заметите, а вот если видео начнет тормозить из-за проверок доставки — это будет раздражать. UDP жертвует надежностью ради максимальной скорости.

Нишевые игроки: SCTP и RTP

Помимо двух гигантов, есть и более специфические инструменты:

• SCTP — старается объединить лучшее из двух миров. Он надежен, как TCP, но умеет работать сразу с несколькими IP-адресами. Это критично для систем, где разрыв связи недопустим, например, в телекоме.
• RTP — специальный протокол для передачи потокового аудио и видео. Именно он (в паре с контрольным протоколом RTCP) следит за тем, чтобы ваш голос в IP-телефонии звучал синхронно и качественно.

Межсетевой уровень: адреса и маршруты

Продолжаем наше погружение в сети. Чтобы данные вообще могли куда-то уйти, устройствам нужны адреса, а самим сетям маршруты.

IP: Главный адрес интернета

Протокол IP объединяет разрозненные компьютеры в глобальную сеть. Его задача проста: присвоить каждому устройству уникальный адрес и перекинуть пакет данных от отправителя к получателю. Сам по себе IP не гарантирует доставку (это делает TCP), он просто маршрутизирует трафик.

Сегодня мы живем в эпоху двух стандартов:

1. IPv4 — привычные нам адреса из четырех чисел (например, 192.168.0.1). Проблема в том, что эти адреса физически заканчиваются, так как устройств в мире стало слишком много.
2. IPv6 — новый стандарт с очень длинными 128-битными адресами. Их количество настолько огромно, что хватит на каждый атом во вселенной. 

Прикладной уровень: Как мы пользуемся интернетом

Самый верхний этаж модели, где живут сервисы, знакомые каждому пользователю: веб-сайты, почта, удаленные подключения.

DNS: Главная адресная книга

DNS (Domain Name System) превращает понятные нам домены в IP-адреса, понятные компьютерам. Без этого сервиса нам пришлось бы запоминать длинные последовательности цифр для каждого сайта.

Процесс поиска работает как дерево: сначала ваш браузер спрашивает у корневого сервера, где искать «.com», потом идет к серверу зоны, и так до тех пор, пока не получит точный IP-адрес.

HTTP и HTTPS: основа веб-серфинга

Протокол HTTP — это язык, на котором общаются ваш браузер и сервер. Вы отправляете запрос , а сервер присылает ответ. Ответы сервера всегда содержат код состояния:

• 200 — все отлично.
• 301/302 — перенаправление на другую страницу.
• 404 — страница не найдена.
• 500 — внутренняя ошибка сервера.

Главный минус обычного HTTP — он передает данные в открытом виде. Если вы вводите пароль на сайте с HTTP, любой, кто перехватит трафик, сможет его прочитать. Поэтому сегодня стандартом стал HTTPS — тот же HTTP, но с шифрованием. Он защищает данные от перехвата и подделки.

SSH

SSH (Secure Shell) — это защищенный туннель для удаленного управления серверами. Через него администраторы заходят на удаленные машины, выполняют команды и правят конфигурации, не боясь, что кто-то подслушает.

Интернет — это сложнейший механизм, где тысячи протоколов работают вместе, как шестеренки. TCP доставляет, IP находит адреса, DNS переводит имена, а HTTPS шифрует общение. Разобравшись в их взаимодействии, вы начнете понимать сеть на совсем другом уровне.