Протоколы передачи данных

Как и любая компьютерная сеть, Интернет-сеть основана на множестве компьютеров, соединенных друг с другом проводами, через спутниковый канал связи и т. д. Однако, как известно, одних проводов для передачи информации недостаточно — передающей и принимающей сторонам необходимо также придерживаться ряда соглашений, позволяющих строго регламентировать передачу данных, а также гарантировать, что эта передача пройдет без искажений (специальное кодирование).

Такой набор правил называется протоколом передачи. Грубо говоря, протокол — это набор правил, который позволяет системам, взаимодействующим в рамках Интернета, обмениваться данными в наиболее удобной для них форме. Следуя сложившейся в книгах подобного рода традиции, я вкратце расскажу, что же представляют собой основные протоколы Интернета. Будем называть Интернет – Сетью с большой буквы, в отличие от "сети" с маленькой буквы, которой обозначается вообще любая сеть, локальная или глобальная. Действительно, подчас одной сетью объединены компьютеры, работающие под управлением не только различных операционных систем, но нередко имеющие и совершенно различную архитектуру процессора, организацию памяти и т. д. Именно для того, чтобы обеспечивать возможность передачи между такими компьютерами, и предназначены всевозможные протоколы.

Разумеется, для разных целей существуют различные протоколы. Нет нужды иметь представление о каждом из них — достаточно знать только тот, который мы будем использовать в Web-программировании. Таковым для нас является протокол TCP (Transmission Control Protocol — Протокол управления передачей данных), а точнее, протокол HTTP (Hypertext Transfer Protocol — Протокол передачи гипертекста), базирующийся на TCP. Протокол HTTP как раз и задействуется браузерами и Web-серверами. Отметим, что один протокол может использовать в своей работе другой. Чаще всего каждый из протоколов, участвующих в передаче данных по сети, реализуется в виде отдельного и по возможности независимого программного обеспечения или драйвера. Среди них существует некоторая иерархия, когда один протокол является всего лишь "надстройкой" над другим, тот, в свою очередь — над третьим, и т. д. до самого "низкоуровневого" драйвера, работающего уже непосредственно на физическом уровне с сетевыми картами или модемами. На рис. 1.1 приведена примерная схема того, что происходит при отправке запроса браузером пользователя на некоторый Web-сервер в Интернете. Прямоугольниками обозначены программные компоненты: драйверы протоколов и программы абоненты (последние выделены жирным шрифтом), Рис. 1.1. Организация обмена данными в Интернете направление передачи данных указано стрелками. В действительности процесс гораздо более сложен, но для понимания процесса вполне достаточно такое представление. В пределах каждой системы протоколы на схеме расположены в виде "стопки", один над другим. Такая структура обуславливает то, что часто семейство протоколов обмена данными в сети Интернет называют стеком TCP/IP (стек в переводе с английского как раз и обозначает "стопку").

Каждый из протоколов в идеале "ничего не знает" о том, какой протокол "стоит над ним". Например, протокол IP (который обеспечивает несколько более простой сервис по сравнению с TCP) не использует возможности протокола TCP, a TCP, в свою очередь, "не догадывается" о существовании протокола HTTP (именно его задействует браузер и понимает Web-сервер, на схеме протокол HTTP не обозначен). Применение такой организации позволяет заметно упростить ту часть операционной системы, которая отвечает за поддержку работы с сетью. Нас будет интересовать в конечном итоге всего лишь протокол самого высокого уровня, "возвышающийся" над всеми остальными протоколами, т. е. HTTP и то, как он взаимодействует с протоколом TCP.

7.1.3. Семейство TCP/IP

Как мы уже знаем, в сети Интернет в качестве основного выбирается протокол TCP, хотя, конечно, этот выбор обусловлен скорее историческими причинами, нежели его действительными преимуществами (впрочем, преимуществ у TCP также предостаточно). Он ни в коей мере не претендует на роль низко уровневого — наоборот, в свою работу он вовлекает другие протоколы, например, IP (в свою очередь, IP также базируется на услугах, предоставляемых некоторыми другими протоколами). Протоколы TCP и IP настолько сильно связаны, что принято объединять их в одну группу под названием семейство TCP/IP (в него включается также протокол UDP, который мы рассматривать не будем). Ниже приводятся основные особенности протокола TCP, входящего в семейство.

Корректная доставка данных до места назначения гарантируется — разумеется, если такая доставка вообще возможна. Даже если связь не вполне надежна (например, на линии помехи оттого, что в кабель попала вода, замерзшая зимой и разорвавшая оболочку провода), "потерянные" фрагменты данных посылаются снова и снова до тех пор, пока вся информация не будет передана.

Передаваемая информация представлена в виде потока — наподобие того, как осуществляется обмен с файлами практически во всех операционных системах. Иными словами, мы можем "открыть" соединение и затем выполнять с ним те же самые операции, к каким мы привыкли при работе с файлами. Таким образом, программы на разных машинах (возможно, находящихся за тысячи километров друг от друга), подключенных к Интернету, обмениваются данными так же непринужденно, как и расположенные на одном компьютере.

TCP/IP устроен так, что он способен выбрать оптимальный путь распространения сигнала между передающей и принимающей стороной, даже если сигнал проходит через сотни промежуточных компьютеров. В последнем случае система выбирает путь, по которому данные могут быть переданы за минимальное время, основываясь при этом на статистическую информацию работы сети и так называемые таблицы маршрутизации. При передаче данные разбиваются на фрагменты — пакеты, которые и доставляются в место назначения по отдельности. Разные пакеты вполне могут следовать различными маршрутами в Интернете (особенно если их путь пролегает через десятки серверов), но для всех них гарантирована правильная "сборка" в месте назначения (в нужном порядке). Как уже упоминалось, принимающая сторона в случае обнаружения "недостачи" пакета запрашивает передающую систему, чтобы та передала его еще раз.

Все это происходит незаметно для программного обеспечения, эксплуатирующего TCP/IP. В Web-программировании нам вряд ли придется работать с TCP/IP напрямую (разве что в очень экзотических случаях) — обычно можно использовать более высокоуровневые "языки", например, HTTP, служащий для обмена информацией между сервером и браузером.

Дата добавления: 2014-01-06