Arvutivõrgu füüsiliste osade kokkupanemisest üksi ei piisa selle toimimiseks; ühendatud seadmed nõuavad ka sidemeetodit. Neid suhtluskeeli nimetatakse võrguprotokollideks.
Võrguprotokollide eesmärk
Ilma protokollideta ei suudaks seadmed mõista elektroonilisi signaale, mida nad võrguühenduste kaudu üksteisele saadavad. Võrguprotokollid teenindavad järgmisi põhifunktsioone:
- Aadress andmed õigetele adressaatidele.
- Edasta andmed füüsiliselt allikast sihtkohta, vajadusel turvakaitsega.
- Võtke vastu sõnumeid ja saatke asjakohased vastused.
Kaaluge võrguprotokollide võrdlust sellega, kuidas postiteenus käsitleb füüsilist paberposti. Nii nagu postiteenus haldab paljudest allikatest ja sihtkohtadest saabuvaid kirju, hoiavad võrguprotokollid andmevoogu pidev alt mööda paljusid teid.
Erinev alt füüsilisest postist pakuvad võrguprotokollid aga täiustatud võimalusi. Need hõlmavad pideva sõnumivoo edastamist ühte sihtkohta (nimetatakse voogedastuseks) ja sõnumist automaatset koopiate tegemist mitmele sihtkohale korraga toimetamiseks (nn leviedastus).
Levinud võrguprotokollide tüübid
Ei ole ühtegi protokolli, mis toetaks kõiki funktsioone, mida iga arvutivõrk vajab. Siiski toimib igaüks võtmena, mis avab antud võrguseadme või -teenuse. Aastate jooksul on leiutatud erinevaid võrguprotokolle, millest igaüks püüab toetada teatud tüüpi võrgusuhtlust.
Kolm põhitunnust, mis eristavad üht tüüpi protokolli teisest, on järgmised:
- Simpleks vs dupleks: Simpleksühendus võimaldab võrgus edastada ainult üks seade. Dupleksvõrguühendused võimaldavad seadmetel andmeid sama füüsilise lingi kaudu edastada ja vastu võtta.
- Ühendusele orienteeritud või ühenduseta: ühendusele orienteeritud võrguprotokoll vahetab (protsess, mida nimetatakse käepigistuseks) aadressiteavet kahe seadme vahel, mis võimaldab neil vestlust jätkata (nn. seanss). Ühenduseta protokollid edastavad üksikud sõnumid ühest punktist teise, võtmata arvesse enne või pärast saadetud sarnaseid sõnumeid (ja teadmata, kas sõnumid on eduk alt vastu võetud).
- Kiht: Võrguprotokollid töötavad tavaliselt rühmadena koos (mida nimetatakse virnadeks, kuna diagrammid kujutavad protokolle sageli üksteise peale virnastatud kastidena). Mõned protokollid toimivad madalamatel kihtidel, mis on tihed alt seotud erinevat tüüpi traadita või võrgukaablite füüsilise tööga. Teised töötavad kõrgematel kihtidel, mis on seotud võrgurakenduste tööga, ja mõned töötavad vahepealsetel kihtidel.
Internetiprotokolli perekond
Avalikus kasutuses olevad levinud võrguprotokollid kuuluvad Interneti-protokolli perekonda. IP on põhiprotokoll, mis võimaldab kodu- ja muudel Interneti-vahelistel kohalikel võrkudel omavahel suhelda.
IP töötab hästi üksikute sõnumite teisaldamiseks ühest võrgust teise. See ei toeta vestluse kontseptsiooni (ühendus, mille kaudu sõnumivoog võib liikuda ühes või mõlemas suunas). Transmission Control Protocol (TCP) laiendab IP-d selle kõrgema kihi võimalusega. Kuna punkt-punkti ühendused on Internetis hädavajalikud, on need kaks protokolli omavahel seotud ja neid nimetatakse TCP/IP-ks.
Nii TCP kui ka IP töötavad võrguprotokolli virna keskmistes kihtides. Internetis leiduvad populaarsed rakendused on mõnikord rakendanud oma protokollid TCP/IP-le. Hüperteksti edastusprotokolli kasutavad veebibrauserid ja serverid kogu maailmas. TCP/IP omakorda töötab madalama taseme võrgutehnoloogiate, näiteks Etherneti peal. Teised populaarsed võrguprotokollid IP perekonnas hõlmavad ARP, ICMP ja FTP.
Kuidas võrguprotokollid pakette kasutavad
Internet ja enamik teisi andmevõrke korraldavad andmed väikesteks tükkideks, mida nimetatakse pakettideks. Side jõudluse ja usaldusväärsuse parandamiseks jaotatakse iga kahe võrguseadme vahel saadetud suur sõnum sageli väiksemateks pakettideks aluseks oleva riist- ja tarkvara poolt. Need pakettkommutatsioonivõrgud nõuavad pakettide korraldamist kindlal viisil vastav alt võrgu toetatavatele protokollidele. See lähenemisviis töötab hästi tänapäevaste võrkude tehnoloogiaga, kuna need töötlevad andmeid bittide ja baitide kujul (digitaalsed 1-d ja 0-d).
Iga võrguprotokoll määratleb reeglid, kuidas selle andmepakette tuleb korraldada. Kuna sellised protokollid nagu Interneti-protokoll töötavad sageli kihtidena koos, võivad mõned ühe protokolli jaoks vormindatud paketti manustatud andmed olla mõne muu seotud protokolli vormingus (meetodit nimetatakse kapseldamiseks).
Protokollid jagavad iga paketi tavaliselt kolmeks osaks – päis, kasulik koormus ja jalus. Mõned protokollid, nagu IP, ei kasuta jaluseid. Paketi päised ja jalused sisaldavad võrgu toetamiseks vajalikku kontekstipõhist teavet, sealhulgas saatvate ja vastuvõtvate seadmete aadresse. Kasulikud koormused sisaldavad edastatavaid andmeid.
Päised või jalused sisaldavad sageli spetsiaalseid andmeid, et parandada võrguühenduste töökindlust ja jõudlust, näiteks loendurid, mis jälgivad sõnumite saatmise järjekorda, ja kontrollsummad, mis aitavad võrgurakendustel tuvastada andmete rikkumist või rikkumist.
Kuidas võrguseadmed protokolle kasutavad
Võrguseadmete operatsioonisüsteemid sisaldavad sisseehitatud tuge mõne madalama taseme võrguprotokolli jaoks. Kõik kaasaegsed lauaarvutite operatsioonisüsteemid toetavad näiteks Etherneti ja TCP/IP-d. Paljud nutitelefonid toetavad Bluetoothi ja Wi-Fi perekonna protokolle. Need protokollid loovad ühenduse seadme füüsiliste võrguliidestega, nagu selle Etherneti pordid ja Wi-Fi või Bluetooth raadiod.
Võrgurakendused toetavad kõrgema taseme protokolle, mis suhtlevad operatsioonisüsteemiga. Näiteks veebibrauser tõlgib sellised aadressid nagu https://lifewire.com/ HTTP-pakettideks, mis sisaldavad andmeid, mida veebiserver saab vastu võtta ja õige lehe tagasi saata. Vastuvõttev seade vastutab üksikute pakettide uuesti algsesse sõnumisse koondamise eest, eemaldades päised ja jalused ning ühendades paketid õiges järjestuses.
