Сейчас многие устройства и программы умеют связываться друг с другом: компьютеры — между собой, телефон — с наушниками, а серверы — с браузером. И довольно часто всё происходит без сбоев. Этим мы обязаны протоколам — вот о них и поговорим.
Что такое протокол
Протокол в ИТ — это набор правил, по которым устройства и программы обмениваются данными. Можно сказать, что это язык — в смысле, что это набор правил общения. Можно сказать, что это грамматика языка. Короче — набор правил.
Обычно в протоколе будут правила:
- Как открывать общение и приветствовать другую сторону.
- Как договориться с другой стороной о параметрах передачи данных.
- Что делать в случае ошибок и недопонимания.
- Как понять, что передача данных завершена.
Когда мы говорили про умный дом, то там многое было завязано на протоколы. Именно по этой причине приборы от разных производителей часто не могут работать вместе — у них просто нет общего протокола.
Физические и логические протоколы
Протоколы делятся на два вида — физические и логические.
Физические протоколы регулируют то, как именно и какие сигналы будут идти от одного устройства к другому. Например, импульсами по 5 вольт 100 раз в секунду или на определённой частоте радиосигналов. Эти протоколы нужны для того, чтобы наладить связь между устройствами. А уже после налаживания связи можно передавать данные.
👉 Физические протоколы часто называют сигнальными, потому что они регулируют передачу физических сигналов между устройствами.
Логические протоколы отвечают за смысл и передачу данных, когда связь уже установлена. Например, у нас есть два блютус-устройства, телефон и наушники, которые выяснили друг про друга, что они могут работать по одному и тому же проколу. После того как они наладили связь, они могут использовать протокол передачи данных, чтобы узнать друг о друге получше:
- какая версия блютуса стоит на каждом устройстве;
- кто что умеет делать — только играть музыку или ещё может работать как гарнитура;
- есть ли поддержка музыкальных кодеков;
- какой уровень заряда на каждом устройстве;
- нужно ли использовать энергосберегающий режим и так далее.
👉 Получается, что задача физического протокола — установить связь между устройствами, а логического — передавать данные по этой установленной связи.
Сетевые модели
Скорее всего, вы уже знаете, что браузеры получают данные от серверов по протоколу HTTPS, файлы — по FTP-протоколу, а сервером можно управлять по SSH-протоколу. Но так как все они используют похожие схемы установления связи и логики работы, сетевые протоколы объединяют в модели передачи данных в сети.
Модель (в этом случае) — это сборник протоколов и других вещей, которые вместе помогают решать более сложные задачи, чем то, на что способен один конкретный протокол.
Можно представить, что модель — это как комплексный обед в столовой. В него входит несколько блюд, в каждое блюдо входят какие-то продукты, а всё вместе — это сложный комплекс из питательных веществ, который помогает вам наесться, не думая о деталях: содержании клетчатки и витаминах, белках, жирах и углеводах.
Соответственно, сетевая модель — это «комплексный обед» из протоколов, которые разложены на разных уровнях и служат каждый своей цели.
В ИТ есть две основных сетевых модели передачи данных — OSI и стек TCP/IP. OSI расшифровывается как Open Systems Interconnection Model, открытая модель взаимосвязей систем. Её разберём сейчас, а TCP/IP — в отдельной статье.
Как устроена модель OSI
В OSI всё делится на 7 уровней, каждый из которых отвечает за что-то своё.
- Физический уровень отвечает за физические параметры связи — будет ли это радиосвязь, передача тока по проводам или оптический канал связи.
- Канальный уровень регулирует то, как именно будет использоваться физический канал связи и как будут передаваться и приниматься сигналы по этому каналу.
- Сетевой уровень задаёт правила адресации и доставки сообщения — как сделать так, чтобы наше сообщение получил нужный нам адресат.
- Транспортный уровень делает так, чтобы все сообщения отправлялись по очереди, а не так, чтобы один всё время что-то отправляет, а второй не знает, как вклиниться.
- Сеансовый уровень отвечает за связь между двумя программами, которые работают на разных компьютерах.
- Уровень представления используется для того, чтобы внутренние данные компьютера представить в том формате, который нужен для передачи этих данных.
- Прикладной уровень обеспечивает понятный способ связи по сети для разных программ.
Предполагается, что более высокие уровни используют для своей работы более низкие уровни. Например, пятый, сеансовый уровень исходит из того, что все остальные четыре нижних уровня работают как нужно и ему про это думать не надо. Это позволяет разным программистам сосредоточиться каждый на своих задачах и не тратить силы на работу с другими уровнями.
Что это нам даёт
Как пользователю интернета вам не нужно знать, как работают протоколы и сетевые модели. Но как разработчику вам полезно понимать механизм, благодаря которому компьютеры могут друг до друга докричаться.
И вот этот механизм:
- У нас есть набор правил, которые приняли все компьютеры, которые друг друга понимают.
- Эти правила как бы вложены друг в друга. По-другому можно сказать, что более высокоуровневые правила сидят на низкоуровневых.
- Благодаря этой вложенности мы можем делать очень сложно взаимодействующие машины: нам не надо изобретать новый способ связи между устройствами, нам достаточно использовать общепринятые протоколы.
На основании этих базовых понятий мы расскажем о главной сетевой модели современности — TCP/IP. Это всё присказка, а сказка впереди.
