Att montera de fysiska delarna av ett datornätverk i sig är otillräckligt för att det ska fungera; anslutna enheter kräver också en kommunikationsmetod. Dessa kommunikationsspråk kallas nätverksprotokoll.
Syftet med nätverksprotokoll
Utan protokoll skulle enheter sakna förmågan att förstå de elektroniska signalerna de skickar till varandra över nätverksanslutningar. Nätverksprotokoll har dessa grundläggande funktioner:
- Adressera data till rätt mottagare.
- Överför data fysiskt från källa till destination, med säkerhetsskydd om det behövs.
- Ta emot meddelanden och skicka svar på lämpligt sätt.
Tänk på en jämförelse mellan nätverksprotokoll med hur en posttjänst hanterar fysisk papperspost. Precis som posten hanterar brev från många källor och destinationer, håller nätverksprotokoll data att flöda längs många vägar kontinuerligt.
Till skillnad från fysisk post erbjuder nätverksprotokoll dock avancerade funktioner. Dessa inkluderar att leverera ett konstant flöde av meddelanden till en destination (kallas streaming) och att automatiskt göra kopior av ett meddelande för leverans till flera destinationer samtidigt (kallas broadcasting).
Vanliga typer av nätverksprotokoll
Det finns inget protokoll som stöder alla funktioner som alla datornätverk behöver. Ändå fungerar var och en som en nyckel som låser upp en given nätverksenhet eller tjänst. Olika nätverksprotokoll har uppfunnits under åren, var och en försöker stödja vissa typer av nätverkskommunikation.
De tre grundläggande egenskaperna som skiljer en typ av protokoll från en annan är:
- Simplex vs. duplex: En simplexanslutning tillåter endast en enhet att sända i ett nätverk. Duplexa nätverksanslutningar gör att enheter kan överföra och ta emot data över samma fysiska länk.
- Anslutningsorienterad eller anslutningslös: Ett anslutningsorienterat nätverksprotokoll utbyter (en process som kallas handskakning) adressinformation mellan två enheter som gör att de kan fortsätta en konversation (kallas en session). Anslutningslösa protokoll levererar individuella meddelanden från en punkt till en annan utan hänsyn till liknande meddelanden som skickats före eller efter (och utan att veta om meddelanden har tagits emot).
- Layer: Nätverksprotokoll fungerar vanligtvis tillsammans i grupper (kallas stackar eftersom diagram ofta visar protokoll som lådor staplade ovanpå varandra). Vissa protokoll fungerar på lägre lager nära kopplade till hur olika typer av trådlösa eller nätverkskablar fysiskt fungerar. Andra arbetar på högre lager kopplade till hur nätverksapplikationer fungerar, och vissa fungerar på mellanlager däremellan.
Internetprotokollfamiljen
De vanliga nätverksprotokollen som används för allmänheten tillhör Internet Protocol-familjen. IP är det grundläggande protokollet som gör det möjligt för hemnätverk och andra lokala nätverk över internet att kommunicera med varandra.
IP fungerar bra för att flytta enskilda meddelanden från ett nätverk till ett annat. Det stöder inte konceptet med en konversation (en anslutning över vilken en ström av meddelanden kan färdas i en eller båda riktningarna). Transmission Control Protocol (TCP) utökar IP med denna högre lagerkapacitet. Eftersom punkt-till-punkt-anslutningar är viktiga på internet är de två protokollen ihopparade och kallas TCP/IP.
Både TCP och IP fungerar i mellanskikten av en nätverksprotokollstack. Populära applikationer på internet har ibland implementerat sina protokoll ovanpå TCP/IP. HyperText Transfer Protocol används av webbläsare och servrar över hela världen. TCP/IP körs i sin tur ovanpå nätverkstekniker på lägre nivå som Ethernet. Andra populära nätverksprotokoll i IP-familjen inkluderar ARP, ICMP och FTP.
Hur nätverksprotokoll använder paket
Internet och de flesta andra datanätverk fungerar genom att organisera data i små bitar som kallas paket. För att förbättra kommunikationsprestanda och tillförlitlighet är varje stort meddelande som skickas mellan två nätverksenheter ofta uppdelat i mindre paket av den underliggande hårdvaran och mjukvaran. Dessa paketväxlingsnätverk kräver att paket organiseras på specifika sätt enligt de protokoll som nätverket stöder. Detta tillvägagångssätt fungerar bra med tekniken i moderna nätverk eftersom dessa hanterar data i form av bitar och byte (digitala 1:or och 0:or).
Varje nätverksprotokoll definierar regler för hur dess datapaket måste organiseras. Eftersom protokoll som Internet Protocol ofta fungerar tillsammans i lager, kan vissa data inbäddade i ett paket formaterat för ett protokoll vara i formatet av något annat relaterat protokoll (en metod som kallas inkapsling).
Protokoll delar vanligtvis varje paket i tre delar: sidhuvud, nyttolast och sidfot. Vissa protokoll, som IP, använder inte sidfötter. Pakethuvuden och sidfötter innehåller den kontextuella information som krävs för att stödja nätverket, inklusive adresser till de sändande och mottagande enheterna. Nyttolaster innehåller data som ska överföras.
Sidhuvuden eller sidfötter innehåller ofta speciella data för att förbättra tillförlitligheten och prestandan för nätverksanslutningar, till exempel räknare som håller reda på i vilken ordning meddelanden skickades och kontrollsummor som hjälper nätverksapplikationer att upptäcka datakorruption eller manipulering.
Hur nätverksenheter använder protokoll
Operativsystemen för nätverksenheter inkluderar inbyggt stöd för vissa nätverksprotokoll på lägre nivå. Alla moderna operativsystem för stationära datorer stöder till exempel Ethernet och TCP/IP. Många smartphones stöder Bluetooth och protokoll från Wi-Fi-familjen. Dessa protokoll ansluter till en enhets fysiska nätverksgränssnitt, som dess Ethernet-portar och Wi-Fi eller Bluetooth-radio.
Nätverksprogram stöder protokoll på högre nivå som talar till operativsystemet. En webbläsare, till exempel, översätter adresser som https://lifewire.com/ till HTTP-paket som innehåller data som en webbserver kan ta emot och skicka tillbaka rätt sida. Den mottagande enheten ansvarar för att återmontera enskilda paket till det ursprungliga meddelandet genom att ta bort sidhuvuden och sidfötter och sammanfoga paket i rätt ordning.
