Объясните простыми словами, что такое пакет данных?
Оказывается, все, что вы делаете в Интернете, связано с пакетами. Например, каждая веб-страница, которую вы получаете, приходит в виде серии пакетов, и каждое электронное письмо, которое вы отправляете, уходит в виде серии пакетов. Сети, которые передают данные небольшими пакетами, называются сетями с коммутацией пакетов. В Интернете сеть разбивает сообщение электронной почты на части определенного размера в формате . Это пакеты. Каждый пакет содержит информацию, которая поможет ему добраться до пункта назначения: IP-адрес отправителя, предполагаемый IP-адрес получателя, что-то, что сообщает сети, на сколько пакетов было разбито это сообщение электронной почты, и номер этого конкретного пакета. Пакеты несут данные в протоколах, которые использует Интернет: Протокол управления передачей/Интернет-протокол (TCP/IP). Каждый пакет содержит часть тела вашего сообщения. Типичный пакет содержит примерно 1000 или 1500 байт
Затем каждый пакет отправляется к месту назначения по наилучшему доступному маршруту — маршруту, который может быть использован всеми другими пакетами в сообщении или ни одним другим пакетом в сообщении. Это делает сеть более эффективной. Во-первых, сеть может балансировать нагрузку между различными частями оборудования на миллисекундной основе. Во-вторых, если возникает проблема с одним элементом оборудования в сети во время передачи сообщения, пакеты могут быть перенаправлены в обход проблемы, гарантируя доставку всего сообщения.
Заголовок. Заголовок содержит инструкции о данных, переносимых пакетом. Эти инструкции могут включать:
Длина пакета (некоторые сети имеют пакеты фиксированной длины, в то время как другие полагаются на заголовок, чтобы содержать эту информацию)
Протокол (в сетях, передающих несколько типов информации, протокол определяет, какой тип пакета передается: электронная почта, веб-страница, потоковое видео)
Полезная нагрузка — также называется телом или данными пакета. Это фактические данные, которые пакет доставляет получателю. Если пакет имеет фиксированную длину, то полезная нагрузка может быть дополнена пустой информацией, чтобы сделать ее нужного размера.
Трейлер. Трейлер, иногда называемый нижним колонтитулом, обычно содержит пару битов, которые сообщают принимающему устройству, что оно достигло конца пакета. Он также может иметь некоторый тип проверки ошибок. Наиболее распространенной проверкой ошибок, используемой в пакетах, является проверка циклическим избыточным кодом (CRC). CRC довольно аккуратный. Вот как это работает в некоторых компьютерных сетях: он берет сумму всех единиц полезной нагрузки и складывает их вместе. Результат сохраняется в виде шестнадцатеричного значения в трейлере. Принимающее устройство складывает единицы в полезной нагрузке и сравнивает результат со значением, хранящимся в трейлере. Если значения совпадают, пакет исправен. Но если значения не совпадают, принимающее устройство отправляет запрос исходному устройству на повторную отправку пакета.
В качестве примера рассмотрим, как сообщение электронной почты может быть разбито на пакеты. Допустим, вы отправляете электронное письмо другу. Электронное письмо имеет размер около 3500 бит (3,5 килобита). Сеть, по которой вы его отправляете, использует пакеты фиксированной длины в 1024 бита (1 килобит). Заголовок каждого пакета имеет длину 96 бит, а трейлер — 32 бита, оставляя 896 бит для полезной нагрузки.
Чтобы разбить 3500 бит сообщения на пакеты, вам понадобится четыре пакета (3500 разделите на 896). Три пакета будут содержать 896 бит полезной нагрузки, а четвертый — 812 бит. Вот что будет содержать один из четырех пакетов:
Заголовок каждого пакета будет содержать соответствующие протоколы, исходный адрес (IP-адрес вашего компьютера), адрес получателя (IP-адрес компьютера, на который вы отправляете электронное письмо) и номер пакета (1, 2, 3). или 4, так как есть 4 пакета). В сети будут смотреть на адрес назначения в заголовке и сравнивать его со своей таблицей поиска, чтобы узнать, куда отправить пакет. Как только пакет прибудет к месту назначения, компьютер вашего друга удалит заголовок и трейлер из каждого пакета и заново соберет электронное письмо на основе пронумерованной последовательности пакетов =>
=> ТСР, устанавливая виртуальный канал через Интернет, отвечает за сборку Вашего сообщения из переданных пакетов. Корректность данных каждого IP-пакета и требуемое количество есть ответственность протокола TCP/IP. Стандартно ТСР может до 5 раз перезапросить испорченный пакет или недостающий.
Полное описание архитектуры TCP/IP не секрет , но требует определенного уровня ИТ образования, как и принципы работы маршрутизаторов WAN ( Wide Area Network )
Что такое TCP/IP и зачем они нужны
В одной из предыдущих статей мы выяснили, что такое как таковой протокол в ИТ и зачем он нужен. Кратко так:
- Компьютеры могут общаться между собой.
- Для этого им нужно договориться о языке общения — это и есть протокол.
- Протоколы бывают физическими — какие вольты, амперы, радиочастоты и модуляции использовать оборудованию.
- Протоколы бывают логическими — как понимать сигналы, закодированные в этих вольтах и модуляциях.
- Существует целый стек протоколов — как многослойный пирог. В фундаменте там вольты и амперы, потом основы языка, потом сложные конструкции языка и на самой верхушке — как должны общаться приложения. Этот стек (или модель) называют OSI — Open Systems Interconnection Model.
Сегодня поговорим о протоколах TCP/IP — именно они отвечают за работу всего интернета и позволяют нам отправлять запросы на сервер в другой стране и получать в ответ гифки, музыку и всё остальное.
Коротко: что такое и зачем нужны TCP/IP
- TCP/IP — это названия протоколов, которые лежат в основе интернета. Благодаря им компьютеры обмениваются данными, не мешая друг другу.
- Оба протокола отвечают за передачу данных, но IP просто отправляет их в сеть, а TCP ещё следит за тем, чтобы эти данные попали по нужному адресу.
- В TCP встроено подтверждение получения, поэтому при хорошей связи данные точно дойдут до получателя.
Что такое TCP/IP
TCP/IP — общее стандартное название двух протоколов, TCP и IP. Они стоят рядом потому, что протокол TCP работает поверх IP, а вместе эти протоколы образуют универсальный стек протоколов передачи данных.
TCP — это протокол управления передачей (Transmission Control Protocol). Его задача — управлять отправкой данных и следить за тем, чтобы они были гарантированно приняты получателем. Именно гарантия получения данных и сделала этот протокол таким востребованным. Про гарантированную доставку расскажем чуть позже.
IP — протокол, который отвечает за адресацию: чтобы нужные данные долетели до нужного компьютера. Его основная задача — логически соединить компьютеры между собой, чтобы можно было отправлять данные от одного к другому. Для этого он выделяет IP-адреса, строит маршруты доставки пакетов, а главное — умеет организовать передачу данных с помощью пакетов.
- IP-протокол знает, ЧТО нужно сделать, чтобы доставить данные от одного компьютера к другому;
- а TCP-протокол знает, КАК это сделать и при этом убедиться, что получатель точно получил все свои пакеты.
Пакетная передача данных
Когда один компьютер хочет передать что-то другому, то он не отправляет байт за байтом по очереди. Вместо этого он отправляет данные мелкими порциями, а получатель собирает из них исходные данные. Этим как раз занимаются протоколы — разбивают всё на части и склеивает заново, потому что каждый пакет пронумерован.
Пакет может быть размером от 1 до 64 килобайт, но в нём всегда есть несколько обязательных полей — по ним протокол понимает, кому какие данные нужно передать.
Гарантированная доставка пакетов
Протокол TCP следит за тем, пришли к получателю отправленные данные или нет и нужно ли их отправить заново. Для этого в нём есть механизм подтверждения: после очередной порции данных получатель отправляет сигнал, что данные получены, а отправитель дожидается этого сигнала.
Если сигнала подтверждения нет, то протокол отправляет этот же пакет данных ещё раз — мало ли что. Если подтверждения нет несколько раз подряд, то протокол выдаёт сообщение об ошибке и закрывает соединение.
Но если подтверждать получение каждого пакета, то на это будет уходить очень много времени: при скорости сети в 100 мегабит в секунду реальная скорость передачи данных будет около 50 килобит в секунду. А всё потому, что отправитель не будет передавать новые данные, пока не получит подтверждение по предыдущему пакету. В итоге почти всё время сеть будет занята не передачей данных, а подтверждениями и подтверждениями подтверждений.
Чтобы не было таких задержек, в протоколе предусмотрели кумулятивное и выборочное подтверждение:
- В кумулятивном получатель подтверждает приём последнего пакета и всех предыдущих.
- В выборочном — подтверждает диапазон пакетов, которые он получил. Если какого-то пакета нет в подтверждении, отправитель посылает его заново. Это одна из оптимизаций работы протокола, и в TCP таких оптимизаций много — благодаря им у нас шустрый интернет с быстрыми подтверждениями.
По умолчанию используется кумулятивное подтверждение, например, каждых 100 пакетов:
И что с того?
Связка протоколов TCP/IP делает так, чтобы мы могли отправить данные куда-то в интернет и они точно дошли. Всё это происходит быстро, незаметно для нас, где-то в глубинах наших компьютеров и телефонов.
При этом связка TCP/IP — не единственная, которая бывает. Например, есть ещё UDP/IP, которая чаще используется в онлайн-играх и видеосозвонах — там нет подтверждения получения пакетов, просто данные льются без конца.
Если вы не инженер или не разработчик сетевых систем, вам не нужно в этом разбираться — вы просто пользуетесь этим каждый день. Но зато теперь вы знаете, как это работает.
Если интересно делать быстрые высоконагруженные системы, посмотрите на программу курса «Яндекс Практикума». Понятная теория, тренажеры, поддержка ревьюеров и обучение в группе, всё как надо.
Пакет в компьютерных сетях это
Пакет — единица информации, передаваемой по компьютерной сети.
Данные обычно содержатся в больших по размерам файлах. Однако сети не будут нормально работать, если компьютер посылает этот блок данных целиком. Существует две причины, замедляющие работу сети при передаче по кабелю больших блоков данных.
Во-первых, такой блок, посылаемый одним компьютером, заполняет кабель и «связывает» работу всей сети, т.е. препятствует взаимодействию остальных сетевых компонентов.
Во-вторых, возникновение ошибок при передаче крупных блоков приводит к повторной передаче всего блока. А если поврежден небольшой блок данных, то требуется повторная передача именно этого небольшого блока, что значительно экономит время.
Чтобы быстро и легко, не тратя времени на ожидания, передавать по сети данные, надо разбить их на небольшие управляемые блоки. Эти блоки называются пакетами или кадрами. Хотя термины «пакет» и «кадр» синонимичны, полными синонимами они все-таки не являются. Существуют различия между этими терминами в компьютерных сетях некоторых типов.
Пакет — основная единица информации в компьютерных сетях. При разбиении данных на пакеты скорость их передачи возрастает настолько, что каждый компьютер в сети получает возможность принимать и передавать данные практически одновременно с остальными компьютерами. На целевом компьютере (компьютере-получателе) пакеты накапливаются и выстраиваются в должном порядке для восстановления исходного вида данных.
При разбиении данных на пакеты сетевая операционная система добавляет к каждому пакету специальную управляющую информацию. Она обеспечивает:
- передачу исходных данных небольшими блоками;
- сбор данных в надлежащем порядке (при их получении);
- проверку данных на наличие ошибок (после сборки).
Пакеты могут содержать несколько типов данных:
- информацию (например, сообщения или файлы);
- определенные виды данных и команд, управляющих компьютером (например, запросы к службам);
- коды управления сеансом (например, запрос на повторную передачу для исправления ошибки).
Некоторые компоненты являются обязательными для всех типов пакетов:
- адрес источника (source), идентифицирующий компьютер-отправитель;
- передаваемые данные;
- адрес местоназначения (destination), идентифицирующий компьютер-получатель;
- инструкции сетевым компонентам о дальнейшем маршруте данных;
- информация компьютеру-получателю о том, как объединить передаваемый пакет с остальными, чтобы получить данные в исходном виде;
- информация для проверки ошибок, обеспечивающая корректность передачи.
Компоненты пакета группируются в три раздела: заголовок, данные и трейлер.