Việc lắp ráp các mảnh vật lý của một mạng máy tính của chính nó là không đủ để làm cho nó các thiết bị kết nối chức năng cũng đòi hỏi một phương thức giao tiếp. Các ngôn ngữ giao tiếp này được gọi là giao thức mạng .
Mục đích của các giao thức mạng
Không có giao thức, các thiết bị sẽ thiếu khả năng hiểu các tín hiệu điện tử mà chúng gửi cho nhau thông qua kết nối mạng. Các giao thức mạng phục vụ các chức năng cơ bản sau:
- địa chỉ dữ liệu cho đúng người nhận (s)
- truyền dữ liệu từ nguồn đến đích, với bảo vệ an ninh nếu cần
- nhận tin nhắn và gửi phản hồi một cách thích hợp
Hãy xem xét so sánh giữa các giao thức mạng với cách dịch vụ bưu chính xử lý thư giấy vật lý. Cũng giống như dịch vụ bưu chính quản lý các chữ cái từ nhiều nguồn và đích, do đó, để thực hiện các giao thức mạng, hãy lưu dữ liệu dọc theo nhiều đường dẫn liên tục. Tuy nhiên, không giống như các thư vật lý, các giao thức mạng cũng cung cấp một số khả năng nâng cao như cung cấp một luồng thông điệp liên tục đến một đích (gọi là streaming ) và tự động tạo bản sao của tin nhắn và phân phối nó tới nhiều đích cùng một lúc (được gọi là phát sóng ).
Các loại giao thức mạng phổ biến
Không có giao thức nào tồn tại hỗ trợ tất cả các tính năng mà mọi loại máy tính cần có. Nhiều loại giao thức mạng khác nhau đã được phát minh qua nhiều năm, mỗi giao thức cố gắng hỗ trợ một số loại giao tiếp mạng nhất định. Ba đặc tính cơ bản phân biệt một loại giao thức với giao thức khác là:
1. simplex so với duplex . Kết nối đơn giản chỉ cho phép một thiết bị truyền trên mạng. Ngược lại, các kết nối mạng song công cho phép các thiết bị truyền và nhận dữ liệu trên cùng một liên kết vật lý.
2. kết nối theo định hướng hoặc kết nối . Một trao đổi giao thức mạng hướng kết nối (một quá trình được gọi là một cái bắt tay ) thông tin địa chỉ giữa hai thiết bị cho phép họ thực hiện một cuộc hội thoại (được gọi là một phiên ) với nhau. Ngược lại, các giao thức ít kết nối truyền các thông điệp riêng lẻ từ điểm này sang điểm khác mà không quan tâm đến bất kỳ tin nhắn tương tự nào được gửi trước hoặc sau (và không biết liệu tin nhắn có được nhận thành công hay không).
3. lớp . Các giao thức mạng thường làm việc cùng nhau trong các nhóm (được gọi là ngăn xếp vì các biểu đồ thường mô tả các giao thức như các hộp xếp chồng lên nhau). Một số giao thức hoạt động ở các tầng thấp hơn gắn liền với cách các loại cáp mạng hoặc mạng không dây hoạt động thể chất. Những người khác làm việc ở các lớp cao hơn liên quan đến cách các ứng dụng mạng hoạt động, và một số làm việc ở các lớp trung gian ở giữa.
Gia đình Giao thức Internet
Các giao thức mạng phổ biến nhất trong sử dụng công khai thuộc về họ Internet Protocol (IP) . IP chính nó là giao thức cơ bản cho phép mạng gia đình và các mạng nội bộ khác trên Internet giao tiếp với nhau.
IP hoạt động tốt để di chuyển các thư cá nhân từ mạng này sang mạng khác nhưng không hỗ trợ khái niệm cuộc hội thoại (kết nối mà luồng thư có thể di chuyển theo một hoặc cả hai hướng). Giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) mở rộng IP với khả năng lớp cao hơn này, và bởi vì các kết nối điểm-điểm là rất cần thiết trên Internet, hai giao thức hầu như luôn được ghép nối với nhau và được gọi là TCP / IP.
Cả TCP và IP hoạt động trong các lớp giữa của một ngăn xếp giao thức mạng. Các ứng dụng phổ biến trên Internet đôi khi đã triển khai các giao thức riêng của chúng ở trên cùng của TCP / IP. Giao thức truyền siêu văn bản (HTTP) được sử dụng bởi các trình duyệt web và máy chủ trên toàn thế giới. TCP / IP, lần lượt, chạy trên đầu trang của các công nghệ mạng cấp thấp hơn như Ethernet . Các giao thức mạng phổ biến khác trong họ IP bao gồm ARP , ICMP và FTP .
Cách thức giao thức mạng sử dụng các gói
Internet và hầu hết các mạng dữ liệu khác hoạt động bằng cách tổ chức dữ liệu thành các phần nhỏ được gọi là các gói dữ liệu . Để cải thiện hiệu suất truyền thông và độ tin cậy, mỗi thông báo lớn hơn được gửi giữa hai thiết bị mạng thường được chia nhỏ thành các gói nhỏ hơn bằng phần cứng và phần mềm cơ bản. Các mạng chuyển mạch gói này yêu cầu các gói phải được sắp xếp theo các cách cụ thể theo các giao thức mà mạng hỗ trợ. Cách tiếp cận này hoạt động tốt với công nghệ của các mạng hiện đại vì tất cả các dữ liệu này xử lý dữ liệu dưới dạng bit và byte (số 'và 0').
Mỗi giao thức mạng xác định các quy tắc về cách các gói dữ liệu của nó phải được tổ chức (định dạng). Bởi vì các giao thức như Giao thức Internet thường làm việc cùng nhau trong các lớp, một số dữ liệu được nhúng bên trong một gói được định dạng cho một giao thức có thể ở định dạng của một số giao thức liên quan khác (một phương thức gọi là đóng gói ).
Các giao thức thường phân chia từng gói thành ba phần - tiêu đề , tải trọng và chân trang . (Một số giao thức, như IP, không sử dụng chân trang.) Đầu trang và chân trang gói chứa thông tin theo ngữ cảnh cần thiết để hỗ trợ mạng, bao gồm địa chỉ của thiết bị gửi và nhận, trong khi tải trọng chứa dữ liệu thực tế được truyền đi. Đầu trang hoặc chân trang cũng thường bao gồm một số dữ liệu đặc biệt để giúp cải thiện độ tin cậy và hiệu suất của kết nối mạng, chẳng hạn như bộ đếm theo dõi thứ tự các thư được gửi và tổng kiểm tra giúp các ứng dụng mạng phát hiện lỗi hoặc giả mạo dữ liệu.
Cách các thiết bị mạng sử dụng các giao thức
Hệ điều hành của thiết bị mạng bao gồm hỗ trợ tích hợp cho một số giao thức mạng mức thấp hơn. Tất cả các hệ điều hành máy tính để bàn hiện đại đều hỗ trợ cả Ethernet và TCP / IP, ví dụ, trong khi nhiều điện thoại thông minh hỗ trợ Bluetooth và các giao thức từ gia đình Wi-Fi. Các giao thức này cuối cùng kết nối với các giao diện mạng vật lý của một thiết bị, như các cổng Ethernet và Wi-Fi hoặc radio Bluetooth.
Các ứng dụng mạng, lần lượt, hỗ trợ các giao thức mức cao hơn mà nói chuyện với hệ điều hành. Một trình duyệt Web, ví dụ, có khả năng dịch các địa chỉ như http: // / thành các gói HTTP chứa các dữ liệu cần thiết mà một máy chủ Web có thể nhận và lần lượt gửi lại trang Web chính xác. Thiết bị nhận có trách nhiệm lắp ráp lại các gói riêng lẻ vào tin nhắn gốc, bằng cách loại bỏ các đầu trang và chân trang và nối các gói theo đúng trình tự.