Alterna · 6.1 — Сетевые протоколы

В главе 4 вы узнали, что данные в сети разбиваются на пакеты и путешествуют по стеку TCP/IP. Теперь разберём каждый уровень подробнее.

Протоколы определяют: как установить соединение, как гарантировать доставку, как отправить письмо или загрузить файл.

ФГОС · базовый ЕГЭ · задание 13

Модель TCP/IP: четыре уровня

Каждый уровень решает свою задачу и использует протоколы следующего

ФГОСЕГЭ 13

Зачем нужны уровни?

Когда вы открываете https://alterna-edu.ru, происходит множество процессов. Модель TCP/IP делит их на 4 уровня, чтобы каждый отвечал за одну задачу:

Уровень	Задача	Протоколы	Единица данных
Прикладной	Формат данных для пользователя	HTTP, FTP, SMTP, DNS, SSH	Сообщение
Транспортный	Доставка между процессами	TCP, UDP	Сегмент
Межсетевой	Маршрутизация между сетями	IP, ICMP, ARP	Пакет
Канальный	Передача в локальной сети	Ethernet, Wi-Fi	Кадр (frame)

Аналогия Отправка посылки: прикладной — вы пишете письмо; транспортный — регистрируете заказное (гарантия доставки); межсетевой — указываете адрес на конверте; канальный — курьер везёт между зданиями.

Инкапсуляция

При отправке каждый уровень добавляет свой заголовок к данным:

Рис. 1. Инкапсуляция: каждый уровень добавляет свой заголовок (как матрёшка)

🪆

Матрёшка инкапсуляции

наведите на уровень · какие заголовки добавляются

интерактив

Данные проходят через 4 уровня. На каждом — свой заголовок. Наведите на уровень, чтобы увидеть реальные поля.

L4 Кадр Ethernet

MAC-источник: AA:BB:CC:11:22:33

MAC-получатель: DD:EE:FF:44:55:66

EtherType: 0x0800 (IPv4)

FCS: контрольная сумма кадра

L3 Пакет IP

IP-источник: 192.168.1.10

IP-получатель: 93.184.216.34

TTL: 64 (макс. хопов)

Протокол: 6 (TCP)

L2 Сегмент TCP

Порт-источник: 49152 (динамический)

Порт-получатель: 80 (HTTP)

Seq: 1001 (номер байта)

ACK: 2001 (подтверждение)

Флаги: SYN, ACK, FIN

L1 HTTP-данные

Запрос: GET /index.html HTTP/1.1

Host: alterna-edu.ru

User-Agent: Mozilla/5.0

Наведите на уровень — увидите реальные поля заголовков.

TCP и UDP: два характера доставки

TCP — надёжный и медленный; UDP — быстрый и «без гарантий»

ФГОСЕГЭ 13

TCP — Transmission Control Protocol

Гарантированная доставка: каждый сегмент подтверждается. Если пакет потерян — отправляется снова. Данные приходят в порядке отправки.

Перед передачей TCP устанавливает соединение — three-way handshake:

Клиент → сервер: SYN («хочу соединиться»)
Сервер → клиент: SYN+ACK («согласен, подтверждаю»)
Клиент → сервер: ACK («принято, начинаем»)

Где используется TCP Веб (HTTP/HTTPS), электронная почта (SMTP, IMAP), передача файлов (FTP), удалённый доступ (SSH) — везде, где важна точность.

UDP — User Datagram Protocol

Без соединения: датаграммы отправляются «как получится». Нет подтверждений, нет порядка, нет повторных отправок. Зато быстро и мало накладных расходов.

Где используется UDP Видеозвонки, онлайн-игры, DNS-запросы, стриминг — везде, где скорость важнее идеальной точности. Потерянный кадр видео — не катастрофа.

Свойство	TCP	UDP
Соединение	Да (handshake)	Нет
Гарантия доставки	Да (ACK + retry)	Нет
Порядок данных	Сохраняется	Не гарантирован
Скорость	Медленнее	Быстрее
Накладные расходы	Большие (заголовки 20+ байт)	Минимальные (8 байт)
Примеры	HTTP, FTP, SMTP, SSH	DNS, VoIP, игры, стриминг

🤝

Рукопожатие TCP

пошаговая анимация · three-way handshake

интерактив

Нажимайте «Шаг» или «Авто», чтобы увидеть, как клиент и сервер устанавливают TCP-соединение.

→

SYN (seq=x)

Клиент отправляет SYN-пакет с начальным номером последовательности. «Хочу соединиться!»

←

SYN+ACK (seq=y, ack=x+1)

Сервер отвечает: «Согласен! Вот мой номер. Подтверждаю твой.»

→

ACK (ack=y+1)

Клиент подтверждает: «Принято!» Соединение установлено. Можно передавать данные.

⇄

DATA + ACK

Данные передаются. Каждый сегмент подтверждается. При потере — повторная отправка.

Нажмите «Шаг» для начала рукопожатия.

Прикладные протоколы

Протоколы, с которыми вы сталкиваетесь каждый день

ФГОСЕГЭ 13

HTTP / HTTPS — веб

HTTP (HyperText Transfer Protocol) — основа веба. Браузер отправляет запрос, сервер возвращает ответ.

Запрос содержит метод (что сделать) и URL (к какому ресурсу):

Метод	Назначение	Пример
`GET`	Получить ресурс	Открыть страницу
`POST`	Отправить данные	Заполнить форму
`PUT`	Заменить ресурс	Обновить профиль
`DELETE`	Удалить ресурс	Удалить комментарий
`PATCH`	Частично обновить	Изменить одно поле

Ответ сервера содержит код состояния:

Код	Значение	Пример
200	OK — успех	Страница загружена
301	Перенаправлено навсегда	Старый URL → новый
404	Не найдено	Страница удалена
403	Запрещено	Нет прав доступа
500	Ошибка сервера	Сбой в коде

HTTPS = HTTP + TLS HTTPS шифрует трафик. Без HTTPS — ваш пароль, банковская карта и переписка летят открытым текстом. Всегда проверяйте 🔒 в адресной строке!

FTP — передача файлов

FTP (File Transfer Protocol) — протокол для загрузки и скачивания файлов. Использует два соединения: командное (порт 21) и данные (порт 20).

SMTP, POP3, IMAP — электронная почта

Протокол	Порт	Назначение
SMTP	25 / 587	Отправка почты (клиент → сервер → сервер)
POP3	110	Скачать почту на устройство (удаляет с сервера)
IMAP	143	Синхронизация почты (остаётся на сервере)

SSH — безопасный доступ

SSH (Secure Shell, порт 22) — шифрованный удалённый доступ к командной строке сервера. Заменил небезопасный Telnet (порт 23, без шифрования).

DNS — телефонная книга Интернета

DNS (Domain Name System, порт 53) преобразует доменные имена в IP-адреса. Подробно — на странице 6.2.

📝

Собери HTTP-запрос

drag-and-drop · собери запрос в правильном порядке

интерактив

Перетащите фрагменты HTTP-запроса в правильном порядке. Первая строка — метод и путь, затем заголовки, пустая строка, тело.

GET /index.html HTTP/1.1

Host: alterna-edu.ru

User-Agent: Mozilla/5.0

Accept: text/html

1Первая строка (метод + путь)

2Заголовок Host

3Заголовок User-Agent

4Заголовок Accept

5Пустая строка (конец заголовков)

Связь с главой 8 В главе 8 «Веб-разработка» ты научишься использовать fetch() в JavaScript для отправки HTTP-запросов из кода. Всё, что ты узнал о протоколах здесь — работает под капотом каждого fetch(). Перейти к JavaScript →

🔌

Исследователь протоколов

нажмите на уровень · детали и примеры

интерактив

Нажимайте на уровни стека, чтобы узнать, какие протоколы на них работают.

Прикладной уровень

HTTP · HTTPS · FTP · SMTP · DNS · SSH · IMAP · POP3

Протоколы для конкретных задач: веб, почта, файлы, удалённый доступ. Работают с данными пользователя. Порты: HTTP=80, HTTPS=443, FTP=21, SMTP=25, DNS=53, SSH=22.

Транспортный уровень

TCP · UDP

Доставка данных между процессами. TCP — надёжно с подтверждениями. UDP — быстро без гарантий. Используют порты для различения приложений (80 — веб, 53 — DNS).

Межсетевой уровень

IP · ICMP · ARP

IP-адресация и маршрутизация между сетями. IP доставляет пакеты от источника к получателю. ICMP — диагностика (ping). ARP — определение MAC-адреса по IP.

Канальный уровень

Ethernet · Wi-Fi (802.11) · PPP

Передача кадров в локальной сети. Ethernet — по кабелю (MAC-адреса). Wi-Fi — по радиоканалу. MAC-адрес — «паспорт» сетевой карты (48 бит, уникален).

Нажмите на уровень стека для подробностей.

Порты: адреса внутри компьютера

IP указывает компьютер, порт — программу на нём

ФГОСЕГЭ 13

Зачем нужны порты?

На сервере одновременно работают веб-сервер, почта, DNS. IP-адрес доставляет пакет к компьютеру, а порт (число 0–65535) — к нужной программе.

Аналогия IP-адрес — это адрес здания. Порт — номер квартиры. Письмо (пакет) приходит в здание (IP), а курьер (TCP/UDP) относит его в нужную квартиру (порт).

Диапазоны портов

Диапазон	Тип	Примеры
0–1023	Well-known (системные)	80 (HTTP), 443 (HTTPS), 22 (SSH), 53 (DNS), 25 (SMTP)
1024–49151	Registered (зарегистрированные)	3306 (MySQL), 5432 (PostgreSQL), 8080 (альт. HTTP)
49152–65535	Dynamic (динамические)	Временные порты клиентов

Запомните для ЕГЭ HTTP → 80, HTTPS → 443, FTP → 21, SMTP → 25, DNS → 53, SSH → 22.

🔢

Определи протокол по порту

15 вопросов · выбери правильный протокол

интерактив

Каждый протокол использует свой номер порта. Сможешь определить, какой протокол скрывается за числом?

Модель OSI: семь уровней

Теоретическая эталонная модель (на практике используют TCP/IP)

ФОП · углублённый

Зачем OSI, если есть TCP/IP?

OSI (Open Systems Interconnection) — теоретическая модель из 7 уровней, созданная для обучения. На практике работает TCP/IP (4 уровня), но OSI помогает разобраться в деталях.

Уровень OSI	Функция	Протоколы	≈ TCP/IP
7. Прикладной	Интерфейс для приложений	HTTP, FTP, SMTP, DNS	Прикладной
6. Представления	Кодирование, шифрование	SSL/TLS, JPEG, ASCII
5. Сеансовый	Управление сессией	RPC, NetBIOS
4. Транспортный	Надёжная доставка	TCP, UDP	Транспортный
3. Сетевой	Маршрутизация	IP, ICMP	Межсетевой
2. Канальный	Кадры, MAC-адреса	Ethernet, Wi-Fi	Канальный
1. Физический	Сигналы, кабели	USB, RJ-45, оптика	Канальный

Мнемоника Для запоминания уровней OSI сверху вниз: «Прикладной Представления Сеансовый Транспортный Сетевой Канальный Физический» — «Программист Пишет Стихи Так Складно Красиво Фантастически».