Сетевые протоколы: что это и для чего используются

Сетевой интерфейс коммуникации (протокол) представляет собой перечень правил, который устанавливает условия и порядок взаимосвязи устройств в одной сети. Чтобы прием и отправка информации успешно выполнялись, все устройства, находящиеся в сети, должны выполнять условия сетевого протокола.

Oреn Systems Interconnection (OSI) как общепринятый стандарт

Система коммуникации устройств OSI позволяет им успешно взаимодействовать с использованием всемирного языка сетей.

Модель OSI имеет 7 уровней: прикладной, представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный, физический.

Если в ходе отправки или приема данных возникают неполадки,  OSI
значительно экономит время, затрачиваемое на процедуру локализации неполадок на
конкретном уровне. 

Как уже было сказано ранее, модель является стандартом, но на сегодняшний день её относят к классу устаревших, потому что новые протоколы сильно эволюционировали и теперь работают одновременно на нескольких уровнях OSI. На данный момент самым широко распространенным аналогом является модель ТСР/IР.

Структура функционирования интернета на ТСР/IР

Протокол ТСР/IР позволяет изнутри изучить процесс взаимодействия узлов в сети Интернет между собой. В его состав входит 2 протокола. Именно на них базируется вся глобальная паутина.
Эта модель применяется в современном интернете, и новые разновидности сетевых протоколов разрабатываются с учетом стандартов ТСР/IР. К примеру, при запуске любой веб-страницы, пользователь использует протоколы IР, ТСР и HTTPS, которые действуют в соответствии с данной моделью.

Модель TCP/IP, в отличие от 7-уровней модели OSI, имеет всего 4 уровня:

• прикладной (включает сразу 3 уровня модели OSI – прикладной, представления и сеансовый);
• транспортный;
• межсетевой;
• канальный (включает 2 уровня модели OSI – канальный и физический).

Основные понятия транспортных протоколов

Internet Protocol (IР) – один из самых простых и широко распространенных протоколов, объединяющий отдельные устройства (ПК, принтеры, сервера и т.д.) в одну глобальную сеть. Его предназначение заключается в выстраивании маршрута следования пакетов передаваемой информации. Каждому устройству в сети  присваивается свой персональный IР-адрес. Это нужно для того, чтобы потоки информации попадали к нужному адресату. У данного протокола есть и минусы, например, низкая надежность и отсутствие контроля целостности данных. Его функция – только транспорт информации.

Для определения порта, на который необходимо направить информацию, используется система адресации: IPv4 (32-битный адрес, протокол по умолчанию) и IPv6 (128-разрядная система, сложна в системном администрировании).

Самый главный протокол, работающий поверх IР – это ТСР, именно поэтому его зачастую обозначают как ТСР/IР. Однако, это не единственная модель, входящая в состав интернет-протокола.

ТСР как основа передачи сообщений между устройствами

Для того, чтобы передавать информацию, необходимо раздробить исходные файлы на несколько частей. В дальнейшем они будут передаваться адресату и возвращаться к исходному значению. Когда пользователь организует запрос какого-либо веб-ресурса, сервер обрабатывает его запрос и моментально отправляет в ответ страницу HTML за счет протокола НТТР, который обращается к ТСР. Это необходимо для того чтобы установить требуемые соединения и отправить HTML файл. ТСР структурирует все данные в списки информации, для этого он передает их на уровень ТСР пользователя.

К основным свойствам ТСР можно отнести:

1. Segment Numbering System. Протокол ТСР отслеживает все отправляемые и принимаемые сегменты и присваивает порядковый номер каждому из них. Данные хранятся и обрабатываются в байтах, каждому байту также присваивается номер.
2. Управление потоком. Данная функция отвечает за ограничение скорости, с которой отправитель может передать информацию получателю, для этого замеряется объем данных. Это необходимо для того чтобы обеспечить высокий уровень надежности доставки.
3. Контроль ошибок. Эта функция была реализована для того, чтобы еще сильнее увеличить уровень надежности за счет проверки байтов на предмет целостности.
4. Порт источника и порт назначения. Рассматриваемый протокол использует специализированные порты для обеспечения связи разных протоколов. Все порты разделяются на три категории, по диапазонам: общеизвестные, зарегистрированные и динамические. Например, из общеизвестных – протокол HTTP использует 80й порт, HTTPS – 443-й и т.д.

User Datagram Protocol как аналог ТСР

Главная отличительная особенность UDР от ТСР заключается в пересылке информации без подтверждения о полученном результате от адресата. Именно за счет этого удается достичь высшего уровня скорости передачи данных. Однако, есть и недостаток – все это негативно сказывается на безопасности и снижает уровень надежности.            

Отличительные параметры протокола образуют специфику его использования. Он отлично подходит для разных компьютерных приложений, функционирующих в Online-режиме, где любая задержка данных – проблема (например, мессенджеры типа Viber, Telegram и т.д.). Также его нередко применяют в программном обеспечении с увеличенным числом одновременно подключенных пользователей – в играх, видеозвонках и конференциях, онлайн-кинотеатрах.

Данный протокол крайне популярен среди злоумышленников, ведь именно благодаря ему чаще всего организуется подавляющее большинство DDOS-атак. За счет того, что протокол не требует никаких подтверждений от сервера, появляется отличная возможность отправлять серверу такое количество запросов, с которым он не справится. Базовая ДДОС-атака заключается в отправке пользователем большого количество запросов, тем самым заставляя сервер отвечать на каждый из них и расходовать свою мощность.

Преимущества и недостатки UDP

Преимущества

1. Отсутствие механизма установления соединения и подтверждения пакетов позволяет UDP обеспечивать высокую скорость передачи данных и низкую задержку.
2. UDP проще в реализации по сравнению с TCP, что делает его привлекательным для приложений, которым требуется быстрая и легкая передача данных.
3. UDP идеально подходит для передачи аудио- и видеопотоков, где небольшие потери данных не критичны, но важна минимальная задержка.

Недостатки

1. Поскольку UDP не гарантирует доставку данных, он не подходит для приложений, требующих гарантированной доставки и целостности данных, таких как банковские системы или передача файлов.
2. В UDP отсутствуют встроенные механизмы безопасности, что делает его уязвимым для атак типа DoS (Denial of Service) и подделки пакетов.

Протокол SСТР

Протокол SCTP (Stream Control Transmission Protocol) – это транспортный протокол, который обеспечивает надежную и многопоточную передачу данных через сеть. SCTP разработан для обеспечения надежной и устойчивой связи между конечными точками, обеспечивая функции, которые отличают его от протоколов TCP и UDP.

Основные особенности протокола включают в себя:

1. Многопоточность: SCTP поддерживает множество потоков данных в рамках одного соединения, что позволяет эффективно передавать и управлять различными потоками данных.
2. Надежная доставка: протокол гарантирует надежную доставку данных, что означает, что данные будут доставлены в порядке и без потерь.
3. Автоматическое восстановление соединения: SCTP имеет встроенные механизмы для обнаружения и восстановления соединения в случае возникновения проблем.
4. Механизм управления потоком: SCTP предоставляет возможность управления потоками данных для оптимального использования сетевых ресурсов.

Протокол SCTP может использоваться в различных сценариях: передача мультимедийных данных, VoIP, мобильные сети и т. д. Стандартизирован в RFC 4960 и представляет собой важный инструмент для обеспечения надежной передачи данных в распределенных сетях.