Het in elkaar zetten van de fysieke onderdelen van een computernetwerk is op zichzelf onvoldoende om het te laten functioneren; aangesloten apparaten vereisen ook een communicatiemethode. Deze communicatietalen worden netwerkprotocollen genoemd.
Doel van netwerkprotocollen
Zonder protocollen zouden apparaten niet in staat zijn om de elektronische signalen te begrijpen die ze via netwerkverbindingen naar elkaar verzenden. Netwerkprotocollen hebben de volgende basisfuncties:
- Gegevens aan de juiste ontvangers adresseren.
- Verzend gegevens fysiek van bron naar bestemming, indien nodig met beveiliging.
- Ontvang berichten en verzend de antwoorden op de juiste manier.
Overweeg een vergelijking tussen netwerkprotocollen en hoe een postdienst omgaat met fysieke papieren post. Net zoals de postdienst brieven uit vele bronnen en bestemmingen beheert, zorgen netwerkprotocollen ervoor dat gegevens continu langs vele paden blijven stromen.
In tegenstelling tot fysieke mail bieden netwerkprotocollen echter geavanceerde mogelijkheden. Deze omvatten het afleveren van een constante stroom berichten op één bestemming (streaming genoemd) en het automatisch maken van kopieën van een bericht voor bezorging op meerdere bestemmingen tegelijk (uitzending genoemd).
Veelvoorkomende soorten netwerkprotocollen
Er bestaat geen enkel protocol dat alle functies ondersteunt die elk computernetwerk nodig heeft. Toch dient elk als een sleutel die een bepaald netwerkapparaat of een bepaalde service ontgrendelt. In de loop der jaren zijn er verschillende netwerkprotocollen uitgevonden, die elk proberen om bepaalde soorten netwerkcommunicatie te ondersteunen.
De drie basiskenmerken die het ene type protocol van het andere onderscheiden zijn:
- Simplex vs. duplex: Met een simplex-verbinding kan slechts één apparaat op een netwerk verzenden. Dankzij duplex-netwerkverbindingen kunnen apparaten gegevens verzenden en ontvangen via dezelfde fysieke link.
- Verbindingsgericht of verbindingsloos: een verbindingsgericht netwerkprotocol wisselt (een proces dat een handshake wordt genoemd) adresinformatie uit tussen twee apparaten waardoor ze een gesprek kunnen voeren (genaamd een sessie). Verbindingsloze protocollen leveren individuele berichten van het ene punt naar het andere zonder rekening te houden met soortgelijke berichten die ervoor of erna zijn verzonden (en zonder te weten of berichten met succes zijn ontvangen).
- Layer: Netwerkprotocollen werken doorgaans samen in groepen (stacks genoemd omdat diagrammen protocollen vaak weergeven als dozen die op elkaar zijn gestapeld). Sommige protocollen werken op lagere lagen en zijn nauw verbonden met hoe verschillende soorten draadloze of netwerkbekabeling fysiek werken. Anderen werken op hogere lagen die verband houden met hoe netwerkapplicaties werken, en sommige werken op tussenliggende lagen daartussen.
The Internet Protocol Family
De algemene netwerkprotocollen die in het openbaar worden gebruikt, behoren tot de familie van internetprotocollen. IP is het basisprotocol waarmee thuisnetwerken en andere lokale netwerken via internet met elkaar kunnen communiceren.
IP werkt goed voor het verplaatsen van individuele berichten van het ene netwerk naar het andere. Het ondersteunt het concept van een gesprek niet (een verbinding waarover een stroom berichten in één of beide richtingen kan reizen). Het Transmission Control Protocol (TCP) breidt IP uit met deze hogere laagmogelijkheden. Omdat point-to-point-verbindingen op internet essentieel zijn, zijn de twee protocollen aan elkaar gekoppeld en staan ze bekend als TCP/IP.
Zowel TCP als IP werken in de middelste lagen van een netwerkprotocolstack. Populaire toepassingen op internet hebben soms hun protocollen bovenop TCP/IP geïmplementeerd. HyperText Transfer Protocol wordt wereldwijd gebruikt door webbrowsers en servers. TCP/IP draait op zijn beurt bovenop netwerktechnologieën op een lager niveau, zoals Ethernet. Andere populaire netwerkprotocollen in de IP-familie zijn ARP, ICMP en FTP.
Hoe netwerkprotocollen pakketten gebruiken
Het internet en de meeste andere datanetwerken werken door gegevens te organiseren in kleine stukjes die pakketten worden genoemd. Om de communicatieprestaties en betrouwbaarheid te verbeteren, wordt elk groot bericht dat tussen twee netwerkapparaten wordt verzonden, vaak onderverdeeld in kleinere pakketten door de onderliggende hardware en software. Deze pakketgeschakelde netwerken vereisen dat pakketten op specifieke manieren worden georganiseerd volgens de protocollen die het netwerk ondersteunt. Deze aanpak werkt goed met de technologie van moderne netwerken, aangezien deze gegevens verwerken in de vorm van bits en bytes (digitale 1s en 0s).
Elk netwerkprotocol definieert regels voor hoe de datapakketten moeten worden georganiseerd. Omdat protocollen zoals Internet Protocol vaak in lagen samenwerken, kunnen sommige gegevens die zijn ingebed in een pakket dat is geformatteerd voor het ene protocol, de indeling hebben van een ander gerelateerd protocol (een methode die inkapseling wordt genoemd).
Protocollen verdelen elk pakket meestal in drie delen: koptekst, nuttige lading en voettekst. Sommige protocollen, zoals IP, gebruiken geen voetteksten. Pakketkop- en voetteksten bevatten de contextuele informatie die nodig is om het netwerk te ondersteunen, inclusief adressen van de verzendende en ontvangende apparaten. Payloads bevatten de gegevens die moeten worden verzonden.
Kop- of voetteksten bevatten vaak speciale gegevens om de betrouwbaarheid en prestaties van netwerkverbindingen te verbeteren, zoals tellers die de volgorde bijhouden waarin berichten zijn verzonden en controlesommen die netwerktoepassingen helpen bij het opsporen van beschadiging of sabotage van gegevens.
Hoe netwerkapparaten protocollen gebruiken
De besturingssystemen van netwerkapparaten bevatten ingebouwde ondersteuning voor sommige netwerkprotocollen op een lager niveau. Alle moderne besturingssystemen voor desktopcomputers ondersteunen bijvoorbeeld Ethernet en TCP/IP. Veel smartphones ondersteunen Bluetooth en protocollen uit de wifi-familie. Deze protocollen maken verbinding met de fysieke netwerkinterfaces van een apparaat, zoals de Ethernet-poorten en Wi-Fi- of Bluetooth-radio's.
Netwerktoepassingen ondersteunen de protocollen van een hoger niveau die met het besturingssysteem communiceren. Een webbrowser verta alt bijvoorbeeld adressen als https://lifewire.com/ in HTTP-pakketten die de gegevens bevatten die een webserver kan ontvangen en terugsturen naar de juiste pagina. Het ontvangende apparaat is verantwoordelijk voor het opnieuw samenstellen van individuele pakketten in het oorspronkelijke bericht door de kop- en voetteksten te verwijderen en pakketten in de juiste volgorde aan elkaar te koppelen.
