Tietokoneverkon fyysisten osien kokoaminen ei yksinään riitä saamaan sitä toimimaan; liitetyt laitteet vaativat myös viestintämenetelmän. Näitä viestintäkieliä kutsutaan verkkoprotokolliksi.
Verkkoprotokollien tarkoitus
Ilman protokollia laitteet eivät pystyisi ymmärtämään sähköisiä signaaleja, joita ne lähettävät toisilleen verkkoyhteyksien kautta. Verkkoprotokollat palvelevat näitä perustoimintoja:
- Osoita tiedot oikeille vastaanottajille.
- Siirrä tiedot fyysisesti lähteestä määränpäähän tarvittaessa suojauksella.
- Vastaanota viestejä ja lähetä vastaukset asianmukaisesti.
Harkitse verkkoprotokollien vertailua siihen, miten posti käsittelee fyysistä paperipostia. Aivan kuten postipalvelu hallitsee kirjeitä monista lähteistä ja kohteista, verkkoprotokollat pitävät tiedon virtaamassa jatkuvasti useita polkuja pitkin.
Toisin kuin fyysinen sähköposti, verkkoprotokollat tarjoavat edistyneitä ominaisuuksia. Näitä ovat jatkuvan viestivirran toimittaminen yhteen kohteeseen (kutsutaan suoratoistoksi) ja viestien automaattinen kopiointi, joka toimitetaan useisiin kohteisiin kerralla (kutsutaan lähetys).
Yleiset verkkoprotokollatyypit
Ei ole olemassa yhtä protokollaa, joka tukee kaikkia ominaisuuksia, joita jokainen tietokoneverkko tarvitsee. Silti jokainen toimii avaimena, joka avaa tietyn verkkolaitteen tai palvelun lukituksen. Vuosien varrella on keksitty erilaisia verkkoprotokollia, joista jokainen yrittää tukea tietyntyyppistä verkkoviestintää.
Kolme perusominaisuutta, jotka erottavat yhden protokollatyypin toisesta, ovat:
- Simplex vs. duplex: Yksipuolinen yhteys sallii vain yhden laitteen lähettää verkossa. Kaksisuuntaisten verkkoyhteyksien avulla laitteet voivat lähettää ja vastaanottaa tietoja saman fyysisen linkin kautta.
- Yhteyssuuntautunut tai yhteydetön: Yhteyssuuntautunut verkkoprotokolla vaihtaa (prosessia kutsutaan kättelyksi) osoitetietoja kahden laitteen välillä, jotta ne voivat jatkaa keskustelua (ns. istunto). Yhteyttä sisältämättömät protokollat välittävät yksittäisiä viestejä pisteestä toiseen ottamatta huomioon samank altaisia viestejä, jotka on lähetetty ennen tai jälkeen (ja tietämättä, onko viestien vastaanottaminen onnistunut).
- Layer: Verkkoprotokollat toimivat yleensä yhdessä ryhmissä (kutsutaan pinoiksi, koska kaaviot kuvaavat protokollat usein päällekkäin pinottuina laatikoina). Jotkut protokollat toimivat alemmilla kerroksilla kiinteästi sidoksissa erityyppisten langattomien tai verkkokaapelointien fyysiseen toimintaan. Toiset työskentelevät ylemmillä kerroksilla, jotka liittyvät verkkosovellusten toimintaan, ja toiset työskentelevät välitasoilla niiden välissä.
Internet Protocol Family
Yleisessä käytössä olevat yleiset verkkoprotokollat kuuluvat Internet Protocol -perheeseen. IP on perusprotokolla, jonka avulla koti- ja muut paikalliset verkot voivat kommunikoida keskenään Internetissä.
IP toimii hyvin yksittäisten viestien siirtämiseen verkosta toiseen. Se ei tue keskustelun käsitettä (yhteys, jonka kautta viestivirta voi kulkea yhteen tai molempiin suuntiin). Transmission Control Protocol (TCP) laajentaa IP-osoitetta tällä korkeamman kerroksen ominaisuudella. Koska point-to-point-yhteydet ovat välttämättömiä Internetissä, nämä kaksi protokollaa on yhdistetty toisiinsa ja tunnetaan nimellä TCP/IP.
Sekä TCP että IP toimivat verkkoprotokollapinon keskikerroksissa. Internetin suositut sovellukset ovat joskus toteuttaneet protokollansa TCP/IP:n päälle. Verkkoselaimet ja palvelimet käyttävät HyperText Transfer Protocolia maailmanlaajuisesti. TCP/IP puolestaan toimii alemman tason verkkotekniikoiden, kuten Ethernetin, päällä. Muita suosittuja IP-perheen verkkoprotokollia ovat ARP, ICMP ja FTP.
Miten verkkoprotokollat käyttävät paketteja
Internet ja useimmat muut tietoverkot toimivat järjestämällä tiedot pieniksi paloiksi, joita kutsutaan paketeiksi. Viestinnän suorituskyvyn ja luotettavuuden parantamiseksi jokainen kahden verkkolaitteen välillä lähetetty suuri viesti on usein jaettu pienempiin paketteihin taustalla olevalla laitteistolla ja ohjelmistolla. Nämä pakettikytkentäiset verkot edellyttävät pakettien järjestämistä tietyllä tavalla verkon tukemien protokollien mukaisesti. Tämä lähestymistapa toimii hyvin nykyaikaisten verkkojen tekniikan kanssa, koska ne käsittelevät dataa bittien ja tavujen muodossa (digitaaliset 1:t ja 0:t).
Jokainen verkkoprotokolla määrittelee säännöt datapakettien järjestämiselle. Koska Internet-protokollan k altaiset protokollat toimivat usein yhdessä kerroksittain, jotkin yhdelle protokollalle muotoiltuun pakettiin upotetut tiedot voivat olla jonkin muun vastaavan protokollan muodossa (menetelmä, jota kutsutaan kapseloinniksi).
Protokollat jakavat jokaisen paketin yleensä kolmeen osaan: otsikko, hyötykuorma ja alatunniste. Jotkut protokollat, kuten IP, eivät käytä alatunnisteita. Pakettien ylä- ja alatunnisteet sisältävät verkon tukemiseen tarvittavat kontekstuaaliset tiedot, mukaan lukien lähettävien ja vastaanottavien laitteiden osoitteet. Hyötykuormat sisältävät siirrettävät tiedot.
Ylä- tai alatunnisteet sisältävät usein erikoistietoja verkkoyhteyksien luotettavuuden ja suorituskyvyn parantamiseksi, kuten laskureita, jotka seuraavat viestien lähetysjärjestystä, ja tarkistussummia, jotka auttavat verkkosovelluksia havaitsemaan tietojen vioittumisen tai peukaloinnin.
Miten verkkolaitteet käyttävät protokollia
Verkkolaitteiden käyttöjärjestelmissä on sisäänrakennettu tuki joillekin alemman tason verkkoprotokolloille. Kaikki nykyaikaiset pöytätietokoneiden käyttöjärjestelmät tukevat esimerkiksi Ethernetiä ja TCP/IP:tä. Monet älypuhelimet tukevat Bluetoothia ja Wi-Fi-perheen protokollia. Nämä protokollat muodostavat yhteyden laitteen fyysisiin verkkoliitäntöihin, kuten sen Ethernet-portteihin ja Wi-Fi- tai Bluetooth-radioihin.
Verkkosovellukset tukevat korkeamman tason protokollia, jotka kommunikoivat käyttöjärjestelmän kanssa. Verkkoselain esimerkiksi kääntää osoitteet, kuten https://lifewire.com/, HTTP-paketteiksi, jotka sisältävät tiedot, jotka verkkopalvelin voi vastaanottaa ja lähettää takaisin oikean sivun. Vastaanottava laite on vastuussa yksittäisten pakettien uudelleen kokoamisesta alkuperäiseen viestiin poistamalla ylä- ja alatunnisteet ja ketjuttamalla paketit oikeassa järjestyksessä.
