Протоколы как средство общения

Обеспечить физическую связь между компьютерами – только половина проблемы. Не менее трудно создать программное обеспечение, работающее в таких жестких условиях. Контроль целостности сообщений и успешности их доставки, согласование различных операционных систем – вот далеко не полный перечень требований, предъявляемых к сетевым приложениям.

Разумеется, существовало множество различных решений, сменяющих друг друга с течением времени. Отбраковывались одни идеи, появлялись другие. Наиболее живучей оказалась клиент – серверная архитектура. Суть ее заключается в следующем: на одном из компьютеров устанавливается специальное программное обеспечение, называемое серверным, а на множестве компьютеров, подключенных к нему – клиентским. Клиент посылает запросы, а сервер в ответ может вернуть запрошенный ресурс или сообщение об ошибке.

Очевидно, клиент и сервер должны придерживаться общих соглашений, иными словами формализовать язык своего общения. Вот это самое соглашение и называется протоколом.

Смешивать различные группы команд в одну кучу непрактично. Поэтому еще на заре развития Internet их решили разделить на отдельные группы, в зависимости от решаемых задач. Так возникли семейства протоколов – множество языков, каждый со своей узкой специализацией, в совокупности обеспечивающих надежную и бесперебойную связь.

Причем один язык ничего не знал о существовании другого, – это обеспечивало полную взаимную независимость. В самом деле, для получения файла с сервера достаточно отдать команду “«Получить Файл» («Имя Файла»)”, совершенно не интересуясь, как и чем было создано соединение между двумя компьютерами, – достаточно лишь знать, что оно есть и все.

В таком случае говорят, что один протокол реализован поверх другого. Можно выделить как минимум два уровня – один протокол, отвечающий за установку соединения, а другой – за передачу команд пользователя и данных.

Любой протокол - прежде всего язык, побуждающий к общению – выражению своих мыслей и потребностей в уникальной форме, зависящей от конкретной ситуации.

Пакеты – кванты информации

В основе языка лежат слова. Слова состоят из букв. Буквы – из звуков. Единицей сетевых сообщений является пакет. Сетевое сообщение, по сути, ничем не отличается от обычного письма. Транзитные узлы изучают конверт и передают его по цепочке друг другу, пока, наконец, оно не окажется у получателя (или возвратится назад, к отправителю).

Таким образом, пакет состоит из конверта, в который при отправлении вкладывается текст самого сообщения. Аналогичным образом получатель извлекает сообщение из конверта. Впрочем, при ближайшем рассмотрении этот процесс оказывается намного сложнее.

Один протокол не в состоянии интерпретировать заголовок пакета, адресованного другому протоколу. С его точки зрения пакет представляет собой данные неизвестного формата. Он приклеивает к ним свой заголовок и передает пакет очередному протоколу более низкого уровня. Так, в процессе передачи, сообщение все больше и больше «обрастает» служебными данными.

Нечто аналогичное происходит на почте. Отправители пишут письмо и укладывают его в конверт. Почтальоны сортируют письма по близким адресам назначения и запаковывают их в большие мешки, которые собираются с узлов связи и вновь сортируются и укладываются в огромные контейнеры. А у получателя протекает обратный процесс. Протоколы нижнего уровня получают пакет, сверяют заголовок (нам ли он адресован и не был ли поврежден при доставке), и в случае положительного результата, извлекают его содержимое и передают «наверх».

Очередной протокол более высокого уровня проделывает ту же операцию, пока, наконец, из стопки конвертов не выпадет исходное сообщение. Теперь оно может быть обработано прикладным программным обеспечением, даже не подозревающим о том, какой длинный путь прошло сообщение и сколько превращений ему пришлось притереть.

Теоретически сетевое программное обеспечение должно быть готово к любым искажениям заголовка. В самом худшем случае, когда пакет безнадежно поврежден, он должен быть уничтожен или отправлен назад.

Пакет это минимальная порция информации, которой протоколы обмениваются друг с другом. Он состоит из конверта (заголовка) и сообщения (данных). Пакеты могут многократно вкладываться и извлекаться друг из друга, а при необходимости пакеты могут многократно дробиться, вновь склеиваясь у получателя.

Если некто решит отправить фотографию своему другу, почтовый клиент добавит к ней заголовок с адресами отправителя и получателя, темой сообщения, датой отправки и так далее и передаст сформированный пакет на уровень ниже. Но протокол, ответственный за передачу данных, не может просто дописать свой заголовок и выпустить этот огромный пакет в сеть. Ведь такими темпами не долго начисто блокировать ее работу! Поэтому один большой пакет дробится на множество мелких, перемешивающихся в процессе путешествия со многими другими. На компьютере получателя полученные фрагменты вновь собираются в исходный пакет, из которого прикладной протокол извлекает содержимое сообщения.

Однако, при обсуждении протоколов TCP/IP технически правильно употреблять термин дейтаграмма, вместо слова пакет. Дейтаграмма представляет собой единицу данных, с которой работают протоколы TCP/IP. А термин пакет принято употреблять при описании физического уровня передачи сообщений. Дейтаграмма упаковывается в пакет, причем не обязательно в один.