Protokoły sieciowe

praca inżynierska z informatyki w zarządzaniu

Protokół sieciowy wyjaśnia cały uprzednio uzgodniony przez nadawcę i odbiorcę proces wymiany danych na określonej warstwie modelu sieciowego. W uproszczonym czterowarstwowym modelu sieciowym można wyróżnić następujące protokoły:

• Protokoły warstwy fizycznej: Ethernet, Token Ring
• Protokoły warstwy sieciowej: protokół internetowy (IP) będący częścią zestawu protokołów TCP/IP
• Protokoły warstwy transportu: protokół sterowania transmisją w sieci (TCP/IP) i protokół datagramów użytkownika (UDP), które są częścią zestawu protokołów TCP/IP
• Protokoły warstwy aplikacyjnej: protokół przesyłania plików (FTP), prosty protokół przysłania poczty (SMTP), usługi nazewnicze domen (DNS), telnet, protokół przesyłania hipertekstu (HTTP), prosty protokół zarządzania siecią (SNMP), które także są częścią zestawu protokołów TCP/IP

Określenie „zestaw protokołów” oznacza dwa lub więcej protokołów z tych warstw, które stanowią podstawę sieci.

Kilka najlepiej znanych zestawów protokołów to: zestaw protokołów IPX/SPX („międzysieciowa wymiana pakietów”/,, sekwencyjna wymiana pakietów”) używany przez system Novell Netware, NetBIOS i NetBEUI („rozszerzony interfejs użytkownika podstawowego sieciowego systemu wejścia/wyjścia”) zaprojektowane przez firmę IBM, wykorzystywany m.in. przez system operacyjny Microsoftu. Ponadto NetBIOS może być tunelowany dowolnym innym protokołem np. IPX lub TCP/IP – zestaw protokołów TCP/IP („protokół kontroli transmisji’7„protokół internetowy”) używany powszechnie w Internecie oraz sieciach lokalnych mających do niego dostęp.

Protokoły sieciowe są podstawą działania współczesnych sieci komputerowych, umożliwiając komunikację między urządzeniami w sieci. Dzięki nim możliwe jest przesyłanie danych, zarządzanie połączeniami oraz udostępnianie zasobów na całym świecie. Protokoły definiują zasady, według których urządzenia wymieniają informacje, dzięki czemu mogą rozumieć wysyłane i odbierane komunikaty. W świecie technologii sieciowej, protokoły te zapewniają, że niezależnie od rodzaju urządzenia czy technologii, dane są wymieniane w sposób spójny i efektywny.

Protokoły sieciowe to zestawy reguł i standardów, które kontrolują sposób, w jaki dane są transmitowane i odbierane w sieci komputerowej. Istnieje wiele różnych rodzajów protokołów sieciowych, z których każdy ma swoje specyficzne funkcje i zastosowania, odpowiadające różnym warstwom modelu OSI (ang. Open Systems Interconnection), który jest referencyjnym modelem dla standardów komunikacyjnych w sieciach komputerowych. Model OSI dzieli komunikację sieciową na siedem warstw, a każda z nich odpowiada za inny aspekt transmisji danych. W ramach tego modelu protokoły są przypisane do różnych warstw, umożliwiając niezależne zarządzanie poszczególnymi funkcjami.

Kluczowe protokoły sieciowe w modelu OSI

Model OSI to struktura odniesienia, która opisuje, jak dane są przesyłane w sieci, od warstwy fizycznej, przez warstwę aplikacji, po użytkownika końcowego. Każda warstwa pełni specyficzną funkcję, a komunikacja między nimi odbywa się poprzez określone protokoły. W ramach tego modelu, niektóre z najbardziej kluczowych protokołów obejmują:

1. Warstwa fizyczna (Layer 1): Na tym poziomie definiowane są fizyczne aspekty transmisji, takie jak okablowanie, sygnały elektryczne, czy fale radiowe w przypadku sieci bezprzewodowych. Choć protokoły bezpośrednio nie funkcjonują na tej warstwie, standardy takie jak Ethernet (IEEE 802.3) są fundamentem komunikacji.
2. Warstwa łącza danych (Layer 2): W tej warstwie protokoły zajmują się bezpośrednią komunikacją między sąsiadującymi urządzeniami w sieci lokalnej (LAN). Przykładowymi protokołami na tym poziomie są Ethernet oraz protokół Point-to-Point (PPP). Warstwa ta zapewnia, że dane są przesyłane między urządzeniami bez błędów, umożliwiając komunikację na poziomie ramki danych (ang. data frame).
3. Warstwa sieciowa (Layer 3): Jednym z najważniejszych protokołów na tej warstwie jest IP (ang. Internet Protocol), który zarządza adresowaniem i routowaniem pakietów danych w sieci. IP umożliwia identyfikację każdego urządzenia w sieci poprzez unikalne adresy IP, co pozwala na precyzyjne dostarczenie danych z jednego miejsca do drugiego. Protokół IP dzieli się na dwie główne wersje: IPv4 i IPv6, z których ta druga, dzięki większej liczbie dostępnych adresów, staje się coraz bardziej popularna w miarę wzrostu liczby urządzeń podłączonych do internetu.
4. Warstwa transportowa (Layer 4): Na tym poziomie najbardziej powszechne protokoły to TCP (Transmission Control Protocol) oraz UDP (User Datagram Protocol). TCP jest protokołem zapewniającym niezawodność transmisji danych poprzez mechanizm potwierdzeń oraz retransmisji utraconych pakietów. Używany jest tam, gdzie kluczowe jest dokładne dostarczenie danych, na przykład w przesyłaniu plików czy przeglądaniu stron internetowych. Z kolei UDP jest protokołem bardziej lekkim, który nie zapewnia niezawodności, ale za to oferuje szybszą transmisję, dlatego jest stosowany tam, gdzie kluczowa jest prędkość, na przykład w transmisjach wideo na żywo.
5. Warstwa sesji (Layer 5): Warstwa sesji zarządza ustanawianiem, utrzymaniem oraz zamykaniem połączeń pomiędzy aplikacjami na różnych urządzeniach. Przykładami protokołów na tym poziomie są NetBIOS oraz RPC (Remote Procedure Call), które zapewniają zarządzanie sesjami i synchronizację komunikacji.
6. Warstwa prezentacji (Layer 6): Na tej warstwie dane są konwertowane do formatu, który może być przetworzony przez aplikacje wyższego poziomu. Protokoły na tej warstwie zajmują się również szyfrowaniem i kompresją danych. Jednym z przykładów protokołów funkcjonujących na tej warstwie jest SSL/TLS (ang. Secure Sockets Layer / Transport Layer Security), który zapewnia bezpieczne połączenia internetowe.
7. Warstwa aplikacji (Layer 7): Najbardziej widoczna dla użytkownika warstwa, obejmująca protokoły umożliwiające komunikację między aplikacjami na różnych urządzeniach. Przykładami są HTTP/HTTPS (ang. Hypertext Transfer Protocol / Hypertext Transfer Protocol Secure), które są fundamentem działania przeglądarek internetowych, FTP (ang. File Transfer Protocol) do przesyłania plików oraz SMTP (ang. Simple Mail Transfer Protocol), który jest używany do przesyłania wiadomości e-mail.

Protokoły internetowe i ich znaczenie

Najbardziej znane i powszechnie stosowane protokoły sieciowe to te, które są związane z internetem, czyli globalną siecią komputerową. IP jest najważniejszym z nich, ponieważ odpowiada za trasowanie i przesyłanie danych pomiędzy różnymi sieciami. Protokół IP działa w połączeniu z innymi protokołami, które tworzą kompleksowy system zapewniający sprawną komunikację w internecie.

TCP, wspomniany wcześniej, jest kluczowym protokołem transportowym. Zapewnia on niezawodność przesyłania danych dzięki mechanizmom potwierdzeń, retransmisji oraz kontrolowania przepływu danych, co sprawia, że jest szeroko stosowany w takich aplikacjach, jak przeglądanie stron internetowych czy przesyłanie plików. Jego lżejszym odpowiednikiem jest UDP, który, dzięki swojej prostocie, znajduje zastosowanie tam, gdzie najważniejsza jest szybkość transmisji, a ewentualne straty danych są akceptowalne, np. w streamingu multimediów czy grach online.

W kontekście współczesnego internetu, coraz ważniejszą rolę odgrywa również DNS (Domain Name System), który przekształca adresy internetowe (np. www.example.com) na adresy IP, zrozumiałe dla komputerów. DNS to jeden z kluczowych protokołów ułatwiających korzystanie z sieci WWW, pozwalający użytkownikom na łatwe wyszukiwanie stron internetowych za pomocą nazw domenowych, a nie trudnych do zapamiętania adresów IP.

Innym istotnym protokołem związanym z bezpieczeństwem internetowym jest HTTPS, który jest bezpieczną wersją protokołu HTTP. Dzięki wykorzystaniu szyfrowania SSL/TLS, HTTPS zapewnia poufność i integralność danych przesyłanych pomiędzy serwerem a przeglądarką internetową, co ma szczególne znaczenie w przypadku transakcji finansowych czy przesyłania danych osobowych.

Wyzwania i przyszłość protokołów sieciowych

Z biegiem czasu i wraz z rozwojem technologii sieciowych, rosną wymagania wobec protokołów, które muszą sprostać wyzwaniom związanym z rosnącym ruchem sieciowym, większymi wymaganiami odnośnie bezpieczeństwa oraz dynamicznie rozwijającą się infrastrukturą. Jednym z największych wyzwań jest przejście z IPv4 na IPv6, które jest odpowiedzią na problem wyczerpujących się adresów IP. IPv6 oferuje znacznie większą pulę dostępnych adresów, co jest kluczowe w kontekście rozwoju Internetu Rzeczy (IoT) oraz coraz większej liczby urządzeń podłączonych do sieci.

Innym wyzwaniem jest zapewnienie bezpieczeństwa w dynamicznie zmieniającym się środowisku sieciowym. W miarę wzrostu liczby cyberzagrożeń, protokoły muszą ewoluować, aby sprostać rosnącym wymaganiom dotyczącym ochrony danych i integralności połączeń. Protokoły takie jak TLS są stale aktualizowane, aby oferować wyższy poziom zabezpieczeń przed atakami.

W przyszłości możemy spodziewać się jeszcze większej elastyczności i wydajności protokołów sieciowych, które będą musiały dostosować się do rosnących wymagań wynikających z globalnego rozwoju sieci 5G, Internetu Rzeczy oraz technologii opartych na sztucznej inteligencji.

Protokoły sieciowe są podstawą nowoczesnej komunikacji cyfrowej, umożliwiając przesyłanie danych między urządzeniami w sposób zrozumiały i efektywny. Ich złożona struktura, oparta na modelu OSI, pozwala na niezawodne i bezpieczne funkcjonowanie sieci, od lokalnych sieci LAN po globalny internet. Współczesne protokoły, takie jak IP, TCP, UDP czy DNS, odgrywają kluczową rolę w codziennym funkcjonowaniu internetu, zapewniając sprawną wymianę informacji między miliardami urządzeń na całym świecie. W miarę rozwoju technologii sieciowych, rola protokołów będzie nadal rosła, a ich ewolucja stanie się fundamentem dla przyszłych innowacji w dziedzinie komunikacji i transmisji danych.