Достаточно часто мне приходиться сопрягаться со специализированным ПО (и железом, хотя в конечном итоге идет сопряжение со вшитым на плату фирмвейром), изготовитель каждого из которых предоставляет свой протокол обмена данными.

Какими свойствами и особенностями обладает хороший, годный грамотный, качественный протокол?

В идеале, протокол должен быть абстрагирован от более нижнего уровня взаимодействия, будь то передача по TCP, UDP, по serial порту, USB, Bluetooth, через цифровой радиосигнал, или даже по голубиной почте . И надо учитывать, что далеко не все из них гарантируют доставку и\или достоверность передающихся данных.

Небольшой дисклеймер: говоря о достоверности данных, я имею ввиду их неискаженность вследствие помех и иных ошибок в среде передачи. В статье я не буду затрагивать темы пласта технологий, связанных с безопасностью в ИТ. Допустим что наши Алиса и Боб могут друг другу доверять, и никакая Ева им помешать не может . (Например у коллег вопрос безопасности решается включением всех территориально разделенных участников взаимодействия в хорошо защищенный VPN, не имеющий в свою очередь доступа наружу)

В большинстве протоколов реализована схема «Вопрос-Ответ». Это можно представить как разговор, в котором на каждую реплику своего собеседника вы реагируете вербально, и в том же смысловом ключе. Таким образом участниками взаимодействия достигается уверенность в том, что их сообщения переданы и адекватно восприняты. Однако эта схема допустима и эффективна не для всех задач: в случаях когда задержка в общении должна быть минимизирована, или ответ на каждую из многочисленных реплик признается избыточным (например для отладочных сообщений), реализуется схема «Старт-Стоп». При получении сообщения на «Старт» ваш собеседник начинает сыпать в вас потоком реплик, и замолкает лишь при слове «Стоп». Сообщения, отправляемые в потоке, обычно имеют инкрементируемый порядковый номер, и если при принятии потока сообщений были проблемы с обработкой\было пропущено одно из них, его можно перезапросить отдельно по этому самому номеру.

Все протоколы можно разделить на две группы, (по представлению данных): символьные и бинарные .
Символьные протоколы, с которыми мне приходилось встречаться, базировались либо на XML, либо на JSON-строках. Из их достоинств можно упомянуть о более простой отладке взаимодействия (вследствие их читаемости), о простоте реализации (наличия готовых парсеров), и пресловутой универсальности.
Теперь о недостатках. Очевидно, что такие протоколы являются крайне избыточными, мизерная доля полезной информации плавает в массивной, неэффективной обёртке. При передаче любой числовой информации приходиться заниматься их конвертацией в строковое представление и обратно. Больным местом является передача бинарных данных (и хорошо, что без них бывает можно обойтись, но в ряде случаев это невозможно). Составители протоколов обычно выкручиваются применением Base64 , или даже просто передачей бинарной строки в её hex-овом представлении, по два символа на байт.
Также хочется отметить, что полная спецификация того же XML крайне обширна, и стандартные парсеры, при всей их полноте возможностей, достаточно громоздки и медлительны, поэтому распространена практика, когда отдел или контора в итоге пишет и пользуется собственным парсером.

Конечно, для определенных задач , символьные протоколы являются, если не наиболее эффективным, то по крайней мере вполне приемлимым вариантом, но мы с вами идём дальше.

Теперь бинарные протоколы. Сразу же надо вспомнить о Гулливерских войнах тупоконечников и остроконечников . Лично я симпатизирую big-endian, т.к. не считаю неявную типизацию little-endian «чем-то хорошим», да и в моей среде разработки big-endian является нативным.
Бинарные протоколы (не все, но те, которые я отношу к грамотным) можно разделить на два уровня: уровень контейнера и уровень данных. На плечи первого уровня ложится ответственность за целостность и достоверность передачи данных, а так же за доступность обнаружения сообщения в байтовом потоке, и, само собой, за хранение в себе сообщения уровня данных. Второй уровень должен содержать информацию, ради которой всё сетевое взаимодействие и затевалось, в удобном для обработки формате. Его структура в основном зависит от решаемых задач, но и по нему есть общие рекомендации (о которых ниже).

Размеры сообщений (дискретных пакетов байт, которые можно обрабатывать независимо от предыдущих и последующих принимаемых данных) бывают фиксированными и переменными . Понятно, что с фиксированным размером сообщений всё проще - вычитается, начиная с заголовка (о нём позже), определенное количество байт и отправляется на обработку. Зачастую, для обеспечения гибкости, составители таких протоколов включают в сообщение область фиксированного размера (иногда до 80% от общего объема), зарезервированное под модификации нынешнего протокола. На мой взгляд, это не самый эффективный путь обеспечения гибкости, зато избыточность появляется еще какая.
Рассмотрим сообщения переменной длины.
Тут уже можно подробней поговорить о непременном атрибуте бинарного сообщения в любом протоколе - о заголовке (Это вышеупомянутый уровень контейнера).
Обычно заголовки начинаются с константной части, позволяющей, с определенной вероятностью обнаружить начало сообщения в непрерывном байтовом потоке. Очевидно, что имеется риск появления такой константы в произвольном потоке байт, и, хотя увеличение объема этот риск снижает (я встречал константы вида 0123456789VASIA9876543210), целесообразней использовать проверки на основе подсчета контрольной суммы .
За константой обычно следует номер версии протокола, который дает нам понять, в каком формате должно происходить дальнейшее считывание (и имеем ли мы вообще возможность обработать это сообщение - вдруг такая версия нам неизвестна). Следующая важная часть заголовка: информация о самом содержимом контейнера. Указывается тип содержимого (по факту, тот же номер версии протокола для уровня данных), его длина и контрольная сумма. Имея эту информацию, можно уже без проблем и опасений считать содержимое и приступить к его разбору.
Но не прямо сразу! Заголовок должна заключать контрольная сумма его самого (исключая из расчета конечно саму контрольную сумму) - только так мы можем быть уверены в том, что считали только что не белиберду, а валидный заголовок, за которым следуют предназначенные нам данные. Не совпала контрольная сумма? Придётся искать следующее начало нового заголовка дальше по потоку…

Представим, что мы дошли до этапа, что получили наконец неискаженное сообщение уровня данных. Его структура зависит от той области задач той системы, в которой реализован ваш сетевой обмен, однако в общем виде у сообщения тоже бывает быть свой заголовочек , содержащий информацию о типе сообщения. Можно различить как общую специфику сообщения, (например «Запрос Set», «Утвердительный Ответ на Set», «Отрицательный Ответ на Set», «Запрос Get», «Ответ Get», «Потоковое сообщение»), так и конкретную область применение сообщения. Попробую привести пример с потолка:
Тип запроса: Запрос Set (0x01)
Идентификатор модуля-адресата сообщения: PowerSupplyModule (0x0A)
Идентификатор группы сообщений: UPS Management (0x02)
Идентификатор типа сообщения: Reboot (0x01)
Дальше тело сообщения может содержать информацию об адресе ИБП, который Модуль управления энергообеспечением должен перезагрузить, через сколько секунд это сделать и т.п.
На это сообщение мы рассчитываем получить ответное сообщение с типом запроса «Утвердительный Ответ» и последующими 0x0A0201 в заголовке.
Конечно, такое подробное описание типа сообщения может быть избыточным когда межсетевое взаимодействие не предусматривает большого числа команд, так что формировать структуру сообщения надо исходя из требований ТЗ.
Так же будет полезно, если сообщение с «Отрицательным Ответом» будет содержать код ошибки, из-за которой не удалось ответить на команду утвердительно.

Заканчивая своё повествование, добавлю, что тема взаимодействия приложений весьма обширна и порою холиворна(что по факту означает, что в ней нет технологии «серебряной пули»), и отмечу, что те взгляды, что я излагаю, являются лишь компиляцией из опыта по работе с отечественными и зарубежными коллегами. Спасибо за внимание!

upd.
Имел удовольствие пообщаться с критиком своей статьи, и теперь прихожу к осознанию, что я осветил вопрос со своей если можно так выразиться, «байтолюбской», точки зрения. Конечно, раз идет курс на универсальность обработки хранения и передачи данных, то в таком ключе символьные протоколы (в первую очередь говорю об XML) могут дать фору любым другим решениям. Но относительно попытки повсеместного их применения позволю себе процитировать Вирта:
Инструмент должен соответствовать задаче. Если инструмент не соответствует задаче, нужно придумать новый, который бы ей соответствовал, а не пытаться приспособить уже имеющийся.

Наверное Вы не раз слышали термины ICMP, TCP, UDP и им подобные. В данной статье описаны основные сетевые протоколы. Что они означают, где используются и какая разница между ними. Я попыталась систематизировать данную информацию, чтобы более тщательно разобраться с ней.

В основе функционирования Интернет положена работа нескольких протоколов, которые располагаются один поверх другого. Какие же основные из них и что означают эти аббревиатуры?

MAC (Media Access Control) – это протокол низкого уровня. Его применяют в качестве идентификации устройств в локальной сети. Каждое устройство, которое подключено к Интернету имеет свой уникальный MAC адрес. Этот адрес задан производителем. Это протокол уровня соединения, с которым довольно часто приходится сталкиваться каждому пользователю.

IP (Internet Protocol) по сравнению с MAC, располагается на уровень выше. IP адреса уникальны для каждого устройства и дают возможность компьютерам находить и определять друг друга в сети. IP принадлежит сетевому уровню модели TCP/IP.

Сети связываются в сложные структуры, а с помощью данного протокола машины определяют возможные пути к целевому устройству (эти пути могут меняться во время работы). Протокол реализуется с помощью известных видов IPv4 и IPv6, о которых я уже писала в одном из .

ICMP (Internet control message protocol) предназначен для того, чтобы устройства могли обмениваться сообщениями. Это к примеру могут быть сообщения об ошибках или информационные оповещения. Данные этот протокол не передает информацию. Этот протокол находится уровнем выше нежели протокол IP.

TCP (Transmission control protocol) – один из основных сетевых протоколов, который находится на одном уровне с предыдущим протоколом ICMP. Он управляет передачей данных. Бывают ситуации, когда пакеты могут приходить не в том порядке или вообще где-то теряться. Но протокол TCP обеспечивает правильный порядок доставки и дает возможность исправить ошибки передачи пакетов. Информация подается в правильном порядке для приложения. Соединение осуществляется с помощью специального алгоритма, который предусматривает отправку запроса и подтверждение открытия соединения двумя компьютерами. Множество приложений используют TCP, сюда относят SSH, WWW, FTP и другие.

UDP (user datagram protocol) – известный протокол, чем-то похожий с TCP, который также функционирует на транспортном уровне. Основное отличие – ненадежная передача данных: данные не проходят проверку при получении. В некоторых случаях этого вполне достаточно. За счет отправки меньшего количества пакетов, UDP работает шустрее чем TCP. Нет необходимости устанавливать соединение и протокол используется для отправки пакетов сразу на несколько устройств или IP телефонии.

Протокол приложения HTTP (hypertext transfer protocol) лежит в основе работы всех сайтов в Сети. HTTP дает возможность запрашивать необходимые ресурсы у удаленной системы, например, веб страницы и файлы.

FTP (file transfer protocol) – используется для передачи данных. Функционирует на уровне приложений, чем обеспечивается передача файла от одного компьютера к другому. FTP по праву считается небезопасным, его не стоит применять для передачи личных данных.

– используется для преобразования понятных и легко читаемых адресов в сложные ip адреса, которые трудно запомнить и наоборот. С помощью DNS мы получаем доступ к интернет-ресурсу по его доменному имени.

также относится к протоколу уровня приложений. Он разработан для обеспечения удаленного управления системой по защищенному каналу. Этот протокол используется для работы многих дополнительных технологий. Более подробно о протоколах передачи файлов в и .

POP3 (Post Office Protocol) – стандартный протокол, который используется для приема сообщений электронной почты. Протокол почтового соединения предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – протокол для передачи почты. Основная задача сервера SMTP: возвращение или подтверждение о приеме, или оповещение об ошибке, или запрос на дополнительные данные.

Все эти протоколы обеспечивают налаженную работу Интернет, которым мы пользуемся каждый день. Понимание работы сетей на базовом уровне очень важно для каждого администратора сервера или веб-мастера. Это используется для правильной настройки ваших сервисов в интернет, а также легкого обнаружения возникших проблем и решения неполадок.

4589 раз(а) 10 Сегодня просмотрено раз(а)

Немного теории. Протоколы передачи данных — это наборы соглашений (считай, стандарты), которые регулируют обмен данными между различными программами. Смысл протоколов передачи данных в том, чтобы эту самую передачу упорядочить и сделать независимой от аппаратной платформы (т.е. от какой-то одной конкретной «железяки»).

Протокол не следует путать с интерфейсом подключения и вообще с физическим уровнем (хотя такой термин и встретится нам в рассматриваемой далее модели). Протокол это уровень логический .

Сетевые протоколы

Сетевые протоколы регулируют обмен связи между двумя соединенными в сеть устройствами. Вообще, что мы в данном случае подразумеваем под сетью? Соединение компьютера и монитора это сеть? Нет, поскольку в данном случае монитор — это устройства вывода. Происходит вывод информации на экран, но не обмен ею. Соответственно, под сетью мы подразумеваем связь двух и более устройств, способных хранить и обрабатывать информацию.

Чаще всего сетевые протоколы классифицируют по модели OSI (Open Systems Interconnection Basic Reference Model). Модель состоит из семи уровней и упрощает понимание функционирования сети. Уровни располагаются вертикально друг над другом. Уровни взаимодействуют друг с другом по вертикали через интерфейсы, и могут взаимодействовать с параллельным уровнем другой системы по горизонтали с помощью протоколов. Каждый уровень может взаимодействовать только со своими соседями и с себе подобным.

Нетрудно догадаться, что прикладной уровень является самым верхним (седьмым), а физический лежит в основе основ (первый уровень).

Пойдем снизу вверх.

1. Физический уровень — на этом уровне работают хабы и ретрасляторы сигнала. Здесь осуществляется передача данных по проводам или беспроводным путём. Происходит кодировка сигнала. Осуществляется стандартизация сетевого интерфейса (пример, разъем RJ-45).

2. Канальный уровень — уровень коммутаторов, мостов и драйверов сетевых карт. Данные упаковываются во фреймы, проверяются ошибки и данные отправляются на сетевой уровень.

Протоколы: Ethernet, FDDI, PPP, PPTP, L2TP, xDSL и др.

3. Сетевой уровень — здесь определяется путь передачи данных, определяется кратчайший маршрут, происходит контроль неисправностей сетей. Это уровень маршрутизаторов.

Протоколы: IPv4, IPv6, ARP, ICMP.

4. Транспортный уровень отвечает за механизм передачи. Блоки данных разбиваются на фрагменты, избегаются потери и дублирование.

Протоколы: TCP, UDP, RDP, SPX, SCTP и др.

5. Сеансовый уровень отвечает за поддержание сеанс связи. Создание и завершение сеанса, права передачи данных и поддержание сеанса в момент неактивности приложений — всё происходит на этом уровне.

Протоколы: SSL, NetBIOS.

6. Уровень представления занимается кодированием и декодированием данных. Данные из приложения преобразуются в формат для транспортировки по сети, а пришедшие из сети в формат, понятный приложению.

Протоколы: FTP, SMTP, Telnet, NCP, ASN.1 и др.

7. Прикладной уровень — это уровень взаимодействия сети и пользователя. На этом уровне различные программы, которыми пользуется человек, получают доступ к сети.

Протоколы: , HTTPS, FTP, POP3, XMPP, DNS, SIP, Gnutella и др.

Популярные протоколы

HTTP, HTTPS — протоколы передачи гипертекста. Используется при пересылке web-страниц.

FTP — протокол передачи файлов. Используется для обмена данными между компьютерами, некоторые из них играют роль специальных хранилищ файлов — файловых серверов.

POP — протокол почтового соединения. Предназначен для обработки запросов на получение почты от пользовательских почтовых программ.

SMTP — почтовый протокол, отвечающий за правила передачи сообщений.

Telnet — протокол удаленного доступа.

TCP — сетевой протокол, отвечающий за передачу данных в сети Интернет.

Ethernet — протокол, определяющий стандарты сети на физическом и канальном уровнях.

Протоколы передачи данных

Протокол - это набор соглашений, который определяет обмен данными между различными программами. Протоколы задают способы передачи сообщений и обработки ошибок в сети, а также позволяют разрабатывать стандарты, не привязанные к конкретной аппаратной платформе.

Сетевые протоколы предписывают правила работы компьютерам, которые подключены к сети. Οʜᴎ строятся по многоуровневому принципу. Протокол некоторого уровня определяет одно из технических правил связи. Сегодня для сетевых протоколов используется модель OSI.

Модель OSI- ϶ᴛᴏ семиуровневая логическая модель работы сети. Модель OSI реализуется группой протоколов и правил связи, организованных в несколько уровней.

На физическом уровне определяются физические (механические, электрические, оптические) характеристики линий связи.

На канальном уровне определяются правила использования физического уровня узлами сети.

Сетевой уровень отвечает за адресацию и доставку сообщений.

Транспортный уровень контролирует очередность прохождения компонент сообщения.

Задача сеансового уровня - координация связи между двумя прикладными программами, работающими на разных рабочих станциях.

Уровень представления служит для преобразования данных из внутреннего формата компьютера в формат передачи. Прикладной уровень является пограничным между прикладной программой и другими уровнями.

Прикладной уровень обеспечивает удобный интерфейс связи сетевых программ пользователя.

Протокол TCP/IP - это два протокола нижнего уровня, являющиеся основой связи в Интернет. Протокол TCP (Transmission Control Protocol) разбивает передаваемую информацию на порции и нумерует всœе порции. С помощью протокола IP (Internet Protocol) всœе части передаются получателю. Далее с помощью протокола TCP проверяется, всœе ли части получены. При получении всœех порций TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое.

Рассмотрим наиболее известные протоколы, используемые в сети Интернет.

HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) - ϶ᴛᴏ протокол передачи гипертекста. Протокол HTTP используется при пересылке Web-страниц с одного компьютера на другой.

FTP (File Transfer Protocol)- это протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. FTP дает возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.

POP (Post Office Protocol) - это стандартный протокол почтового соединœения. Серверы POP обрабатывают входящую почту, а протокол POP предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ.

Стандарт SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) задает набор правил для передачи почты. Сервер SMTP возвращает либо подтверждение о приеме, либо сообщение об ошибке, либо запрашивает дополнительную информацию.

UUCP (Unix to Unix Copy Protocol) - это ныне устаревший, но всœе еще применяемый протокол передачи данных, в т.ч. для электронной почты. Этот протокол предполагает использование пакетного способа передачи информации, при котором сначала устанавливается соединœение клиент- сервер и передается пакет данных, а затем автономно происходит его обработка, просмотр или подготовка писем.

TELNET - ϶ᴛᴏ протокол удаленного доступа. TELNET дает возможность абоненту работать на любой ЭВМ сети Интернет, как на своей собственной, то есть запускать программы, менять режим работы и т.д. На практике возможности лимитируются тем уровнем доступа, который задан администратором удаленной машины.

Протоколы передачи данных - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Протоколы передачи данных" 2017, 2018.

- Методы доступа и протоколы передачи данных в локальных сетях

В различных сетях существуют различные процедуры обмена данными между рабочими станциями. Эти процедуры называют протоколами передачи данных. Международный институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electronics Engineers-IEEE) разработал стандарты для... .

- Виды процессов и протоколы передачи данных

Различают три вида процессов, протекающих в сети: информационные, транспортные и коммуникационные. На Рис. 5 представлена схема стека протоколов передачи данных в сети и их место в уровневой модели сети OSI/ISO. Рис. 5 схема стека протоколов передачи данных в сети... .

- Многоуровневый подход. Протоколы передачи данных

Организация взаимодействия между устройствами в сети является сложной задачей. Как известно, для решения сложных задач используется универсальный прием определение функций каждого модуля, решающего отдельную задачу, и интерфейсов между ними. В результате достигается... .

Протокол передачи данных - набор соглашений интерфейса логического уровня , которые определяют обмен данными между различными программами . Эти соглашения задают единообразный способ передачи сообщений и обработки ошибок при взаимодействии программного обеспечения разнесённой в пространстве аппаратуры , соединённой тем или иным интерфейсом.

Сигнальный протокол используется для управления соединением - например, установки, переадресации, разрыва связи. Примеры протоколов: RTSP , SIP . Для передачи данных используются такие протоколы как RTP .

Сетево́й протоко́л - набор правил и действий (очерёдности действий), позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.

Разные протоколы зачастую описывают лишь разные стороны одного типа связи . Названия «протокол» и «стек протоколов» также указывают на программное обеспечение , которым реализуется протокол.

Наиболее известные протоколы, используемые в сети Интернет:

• HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) - это протокол передачи гипертекста . Протокол HTTP используется при пересылке Web-страниц между компьютерами, подключенными к одной сети.
• FTP (File Transfer Protocol) - это протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. FTP дает возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.
• POP3 (Post Office Protocol) - это стандартный протокол почтового соединения. Серверы POP обрабатывают входящую почту, а протокол POP предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ.