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. Они строятся по многоуровневому принципу. Протокол некоторого уровня определяет одно из технических правил связи. В настоящее время для сетевых протоколов используется модель OSI (Open System Interconnection - Взаимодействие Открытых Систем, ВОС). Модель OSI – это 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 сеансного 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 все порции. С помощью протокола IP (Internet Protocol) все части передаются получателю. Далее с помощью протокола TCP проверяется, все ли части получены. При получении всех порций TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое.

Наиболее известные протоколы, используемые в сети Интернет:

HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) - это 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 соединения. 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 все еще применяемый протокол передачи данных, в том числе для электронной почты. Этот протокол предполагает использование пакетного способа передачи информации, при котором сначала устанавливается соединение «клиент – сервер» и передается пакет данных, а затем автономно происходит его обработка, просмотр или подготовка писем.

TELNET - это протокол удаленного доступа. TELNET дает возможность абоненту работать на любом компьютере сети Интернет, как на своем собственном, то есть запускать программы, менять режим работы и т.д. На практике возможности лимитируются тем уровнем доступа, который задан администратором удаленной машины.

DTN - протокол, предназначенный для обеспечения сверхдальней космической связи.

Позволяющий получать различные ресурсы, например HTML-документы. Протокол HTTP лежит в основе обмена данными в Интернете. HTTP является протоколом клиент-серверного взаимодействия, что означает инициирование запросов к серверу самим получателем, обычно веб-браузером (web-browser). Полученный итоговый документ будет (может) состоять из различных поддокументов являющихся частью итогового документа: например, из отдельно полученного текста, описания структуры документа, изображений, видео-файлов, скриптов и многого другого.

Клиенты и серверы взаимодействуют, обмениваясь одиночными сообщениями (а не потоком данных). Сообщения, отправленные клиентом, обычно веб-бруезером, называются запросами , а сообщения, отправленные сервером, называются ответами .

Хотя HTTP был разработан еще в начале 1990-х годов, за счет своей расширяемости в дальнейшем он все время совершенствовался. HTTP является протоколом прикладного уровня, который чаще всего использует возможности другого протокола - TCP (или TLS - защищённый TCP) - для пересылки своих сообщений, однако любой другой надежный транспортный протокол теоретически может быть использован для доставки таких сообщений. Благодаря своей расширяемости, он используется не только для получения клиентом гипертекстовых документов, изображений и видео, но и для передачи содержимого серверам, например, с помощью HTML-форм. HTTP также может быть использован для получения только частей документа с целью обновления веб-страницы по запросу (например посредством AJAX запроса).

Составляющие систем, основанных на HTTP

HTTP - это клиент-серверный протокол, то есть запросы отправляются какой-то одной стороной - участником обмена (user-agent) (либо прокси вместо него). Чаще всего в качестве участника выступает веб-браузер, но им может быть кто угодно, например, робот, путешествующий по Сети для пополнения и обновления данных индексации веб-страниц для поисковых систем.

Каждый запрос (англ. request ) отправляется серверу, который обрабатывает его и возвращает ответ (англ. response ). Между этими запросами и ответами как правило существуют многочисленные посредники, называемые прокси , которые выполняют различные операции и работают как шлюзы или кэш , например.

Обычно между браузером и сервером гораздо больше различных устройств-посредников, которые играют какую-либо роль в обработке запроса: маршрутизаторы, модемы и так далее. Благодаря тому, что Сеть построена на основе системы уровней (слоёв) взаимодействия, эти посредники "спрятаны" на сетевом и транспортном уровнях. В этой системе уровней HTTP занимает самый верхний уровень, который называется "прикладным" (или "уровнем приложений"). Знания об уровнях сети, таких как представительский, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический, имеют важное значение для понимания работы сети и диагностики возможных проблем, но не требуются для описания и понимания HTTP.

Клиент: участник обмена

Участник обмена (user agent) - это любой инструмент или устройство, действующие от лица пользователя. Эту задачу преимущественно выполняет веб-браузер; в некоторых случаях участниками выступают программы, которые используются инженерами и веб-разработчиками для отладки своих приложений.

Браузер всегда является той сущностью, которая создаёт запрос. Сервер обычно этого не делает, хотя за многие годы существования сети были придуманы способы, которые могут позволить выполнить запросы со стороны сервера.

Чтобы отобразить веб страницу, браузер отправляет начальный запрос для получения HTML-документа этой страницы. После этого браузер изучает этот документ, и запрашивает дополнительные файлы, необходимые для отбражения содержания веб-страницы (исполняемые скрипты, информацию о макете страницы - CSS таблицы стилей, дополнительные ресурсы в виде изображений и видео-файлов), которые непосредственно являются частью исходного документа, но расположены в других местах сети. Далее браузер соединяет все эти ресурсы для отображения их пользователю в виде единого документа - веб-страницы. Скрипты, выполняемые самим браузером, могут получать по сети дополнительные ресурсы на последующих этапах обработки веб-страницы, и браузер соответствующим образом обновляет отображение этой страницы для пользователя.

Веб-страница является гипертекстовый документом. Это означает, что некоторые части отображаемого текста являются ссылками, которые могут быть активированы (обычно нажатием кнопки мыши) с целью получения и соответственно отображения новой веб-страницы (переход по ссылке). Это позволяет пользователю "перемещаться" по страницам сети (Internet). Браузер преобразует эти гиперссылки в HTTP-запросы и в дальнейшем полученные HTTP-ответы отображает в понятном для пользователя виде.

Веб-сервер

На другой стороне коммуникационного канала расположен сервер, который обслуживает (англ. serve ) пользователя, предоставляя ему документы по запросу. С точки зрения конечного пользователя, сервер всегда является некой одной виртуальной машиной, полностью или частично генерирующей документ, хотя фактически он может быть группой серверов, между которыми балансируется нагрузка, то есть перераспределяются запросы различных пользователей, либо сложным программным обеспечением, опрашивающим другие компьютеры (такие как кэширующие серверы, серверы баз данных, серверы приложений электронной коммерции и другие).

Сервер не обязательно расположен на одной машине, и наоборот - несколько серверов могут быть расположены (хоститься) на одной и той же машине. В соответствии с версией HTTP/1.1 и имея Host заголовок, они даже могут делить тот же самый IP-адрес.

Прокси

Между веб-браузером и сервером находятся большое количество сетевых узлов передающих HTTP сообщения. Из за слоистой структуры, большинство из них оперируют также на транспортном сетевом или физическом уровнях, становясь прозрачным на HTTP слое и потенциально снижая производительность. Эти операции на уровне приложений называются прокси . Они могут быть прозрачными, или нет, (изменяющие запросы не пройдут через них), и способны исполнять множество функций:

• caching (кеш может быть публичным или приватными, как кеш браузера)
• фильтрация (как сканирование антивируса, родительский контроль, …)
• выравнивание нагрузки (позволить нескольким серверам обслуживать разные запросы)
• аутентификация (контролировать доступом к разным ресурсам)
• протоколирование (разрешение на хранение истории операций)

Основные аспекты HTTP

HTTP - прост

Даже с большей сложностью, введенной в HTTP/2 путем инкапсуляции HTTP-сообщений в фреймы, HTTP, как правило, прост и удобен для восприятия человеком. HTTP-сообщения могут читаться и пониматься людьми, обеспечивая более легкое тестирование разработчиков и уменьшенную сложность для новых пользователей.

HTTP - расширяемый

Введенные в HTTP/1.0 HTTP-заголовки сделали этот протокол легким для расширения и экспериментирования. Новая функциональность может быть даже введена простым соглашением между клиентом и сервером о семантике нового заголовка.

HTTP не имеет состояния, но имеет сессию

HTTP не имеет состояния: не существует связи между двумя запросами, которые последовательно выполняются по одному соединению. Из этого немедленно следует возможность проблем для пользователя, пытающегося взаимодействовать с определенной страницей последовательно, например, при использовании корзины в электронном магазине. Но хотя ядро HTTP не имеет состояния, куки позволяют использовать сессии с сохранением состояния. Используя расширяемость заголовков, куки добавляются к рабочему потоку, позволяя сессии на каждом HTTP-запросе делиться некоторым контекстом, или состоянием.

HTTP и соединения

Содинение управляется на транспортном уровне, и потому принципиально выходит за границы HTTP. Хотя HTTP не требует, чтобы базовый транспортного протокол был основан на соединениях, требуя только надёжность , или отсутствие потерянных сообщений (т.е. как минимум представление ошибки). Среди двух наиболее распространенных транспортных протоколов Интернета, TCP надёжен, а UDP -- нет. HTTP впоследствии полагается на стандарт TCP, являющийся основанным на соединениях, несмотря на то, что соединение не всегда требуется.

HTTP/1.0 открывал TCP-соединение для каждого обмена запросом/ответом, имея два важных недостатка: открытие соединения требует нескольких обменов сообщениями, и потому медленно, хотя становится более эффективным при отправке нескольких сообщений, или при регулярной отправке сообщений: теплые соединения более эффективны, чем холодные .

Для смягчения этих недостатков, HTTP/1.1 предоставил конвеерную обработку (которую оказалось трудно реализовать) и устойчивые соединения: лежащее в основе TCP соединение можно частично контролировать через заголовок Connection . HTTP/2 сделал следующий шаг, добавив мультиплексирование сообщений через простое соединение, помогающее держать соединение теплым и более эффективным.

Проводятся эксперименты по разработке лучшего транспортного протокола, более подходящего для HTTP. Например, Google эксперементирует с QUIC , которая основана на UDP, для предоставления более надёжного и эффективного транспортного протокола.

Чем можно управлять через HTTP

Естественная расширяемость HTTP со временем позволила большее управление и функциональность Сети. Кэш и методы аутентификации были ранними функциями в истории HTTP. Способность ослабить первоначальные ограничения, напротив, была добавлена в 2010-е.

Ниже перечислены общие функции, управляемые с HTTP.

• 
  Сервер может инструктировать прокси и клиенты: что и как долго кэшировать. Клиент может инструктировать прокси промежуточных кэшей игнорировать хранимые документы.
• Ослабление ограничений источника
  Для предотвращения шпионских и других, нарушающих приватность, вторжений, веб-браузер обчеспечивает строгое разделение между веб-сайтами. Только страницы из того же источника могут получить доступ к информации на веб-странице. Хотя такие ограничение нагружают сервер, заголовки HTTP могут ослабить строгое разделение на стороне сервера, позволяя документу стать частью информации с различных доменов (по причинам безопасности).
• Аутентификация
  Некоторые страницы доступны только специальным пользователям. Базовая аутентификация может предоставляться через HTTP, либо через использование заголовка WWW-Authenticate и подобных ему, либо с помощью настройки спецсессии, используя куки.
• Прокси и тунелирование
  Серверы и/или клиенты часто располагаются в интранете, и скрывают свои истинные IP-адреса от других. HTTP запросы идут через прокси для пересечения этого сетевого барьера. Не все прокси -- HTTP прокси. SOCKS-протокол, например, оперирует на более низком уровне. Другие, как, например, ftp, могут быть обработаны этими прокси.
• Сессии
  Использование HTTP кук позволяет связать запрос с состоянием на сервере. Это создает сессию, хотя ядро HTTP -- протокол без состояния. Это полезно не только для корзин в интернет-магазинах, но также для любых сайтов, позволяющих пользователю настроить выход.

HTTP поток

Когда клиент хочет взаимодействовать с сервером, являясь конечным сервером или промежуточным прокси, он выполняет следующие шаги:

1. Открытие TCP соединения: TCP-соедиенение будет использоваться для отправки запроса или запросов, и получения ответа. Клиент может открыть новое соединение, переиспользовать существующее, или открыть несколько TCP-соединений к серверу.
2. Отправка HTTP-сообщения: HTTP-собщения (до HTTP/2) -- человеко-читаемо. Начиная с HTTP/2, простые сообщения инкапсилуруются во фреймы, делая невозможным их чтения напрямую, но принципиально остаются такими же. GET / HTTP/1.1 Host: сайт Accept-Language: fr
3. Читает ответ от сервера: HTTP/1.1 200 OK Date: Sat, 09 Oct 2010 14:28:02 GMT Server: Apache Last-Modified: Tue, 01 Dec 2009 20:18:22 GMT ETag: "51142bc1-7449-479b075b2891b" Accept-Ranges: bytes Content-Length: 29769 Content-Type: text/html
4. Закрывает или переиспользует соединение для дальнейщих запросов.

Если активирован HTTP-конвеер, несколько запросов могут быть отправлены без ожидания получения первого ответа целиком. HTTP-конвеер тяжело внедряется в существующие сети, где старые куски ПО сосуществуют с современными версиями. HTTP-конвеер был заменен в HTTP/2 на более надежные мультиплексивные запросы во фрейме.

HTTP сообщения

HTTP/1.1 и более ранние HTTP сообщения человеко-читаемы. В версии HTTP/2 эти сообщения встроены в новую бинарную структуру, фрейм, позволяющий оптимизации, такие как компрессия заголовков и мультиплексирование. Даже если часть оригинального HTTP сообщения отправлена в этой версии HTTP, семантика каждого сообщения не изменяется и клиент воссоздаёт (виртуально) оригинальный HTTP-запрос. Это также полезно для понимания HTTP/2 сообщений в формате HTTP/1.1.

Существует два типа HTTP сообщений, запросы и ответы, каждый в своем формате.

Запросы

Примеры HTTP запросов:

• HTTP-метод , обычно глагол подобно GET ,
• Заголовки (опционально), предоставляюшие дополнительную информацию для сервера.
• Или тело, для некоторых методов, таких как POST , которое содержит отправленный ресурс.

Ответы

Примеры ответов:

• Версию HTTP-протокола.
• HTTP код состояния , сообщающий об успешности запроса или причине неудачи.
• Сообщение состояния -- краткое описание кода состояния.
• HTTP заголовки , подобно заголовкам в запросах.
• Опционально: тело, содержащее пересылаемый ресурс.

Вывод

HTTP -- легкий в использовании расширяемый протокол. Структура клиент-сервера, вместе со способностью к простому добавлению заголовков, позволяет HTTP продвигаться вместе с расширяющимися возможностями Сети.

Хотя HTTP/2 добавляет некоторую сложность, встраивая HTTP сообщения во фреймы для улучшения производительности, базовая структура сообщений осталась с HTTP/1.0. Сессионый поток остается простым, позволяя исследовать и отлаживать с простым

Всемирная паутина является готовой платформой для создания и использования распределенных машинно-ориентированных систем на основе веб-сервисов. Веб-сервер выступает в качестве сервера приложений, к которым обращаются не конечные пользователи, а сторонние приложения. Это позволяет многократно использовать функциональные элементы, устранить дублирование кода, упростить решение задач интеграции приложений.

Веб-служба, веб-сервис (англ. web-service) - это сетевая технология, обеспечивающая межпрограммное взаимодействие на основе веб-стандартов. Консорциум W3C определяет веб-сервис, как «программную систему, разработанную для поддержки интероперабельного межкомпьютерного (machine-to-machine) взаимодействия через сеть»

Веб-службы: концепции и протоколы

Веб-сервис идентифицируется строкой URI . Веб-сервис имеет программный интерфейс, представленный в машинно-обрабатываемом формате . Другие системы взаимодействуют с этим веб-сервисом путем обмена сообщениями протокола . В качестве транспорта для сообщений используется протокол HTTP . Описание веб-сервисов и их API могут быть найдены средствами . Концептуальная схема технологии приведена на , а связь между протоколами - на рис. 2.

Рис. 1. Концепция веб-сервиса

• SOAP (Simple Object Access Protocol) — протокол обмена сообщениями между потребителем и поставщиком веб-сервиса;
• WSDL (Web Services Description Language) — язык описания внешних интерфейсов веб-службы;
• UDDI (Universal Discovery, Description and Integration) — универсальный интерфейс распознавания, описания и интеграции, используемый для формирования каталога веб-сервисов и доступа к нему.

Рис. 2. Протоколы веб-сервисов

Все спецификации, используемые в технологии, основаны на XML и, соответственно, наследуют его преимущества (структурированность, гибкость и т.д.) и недостатки (громоздкость, медлительность).

SOAP

SOAP (изначально Simple Object Access Protocol , а в версии 1.2 официальная расшифровка аббревиатуры отсутствует) - простой протокол доступа к объектам (компонентам распределенной вычислительной системы), основанный на обмене структурированными сообщениями. Как любой текстовый протокол, SOAP может использоваться с любым протоколом прикладного уровня: SMTP, FTP, HTTPS и др., но чаще всего SOAP используется поверх HTTP.

Все сообщения SOAP оформляются в виде структуры, называемой конвертом (envelop), включающей следующие элементы:

• Идентификатор сообщения (локальное имя).
• Опциональный элемент Header (заголовок):
  • Ноль или более свойств, доступных в этом пространстве имен.
• Обязательный элемент Body (тело сообщения)
  • Ноль или более ссылок на используемые пространства имен;
  • Дочерние элементы тела сообщения

Развернутый список элементов сообщения SOAP приведен в схеме данных (для SOAP версии 1.2).

Пример сообщения SOAP:

Envelope xmlns:env="http://www.w3.org/2003/05/soap-envelope "> Header > 1 2001-06-22T14:00:00-05:00 Header > Body > Get up at 6:30 AM Body > Envelope >

XML-RPC: Не конкурент, а альтернатива SOAP

XML-RPC — очень простой и эффективный протокол взаимодействия веб-сервисов. Он не предназначен для решения глобальных задач, как SOAP, но широко используется во многих веб-разработках.

Концепция XML-RPC

Таблица 1. Основные элементы протокола WSDL.

Элемент WSDL 1.1	Элемент WSDL 2.0	Краткое описание
PortType	Interface	Представляет описание интерфейса веб-сервиса (список операций и их параметров).
Service	Service	Список системных функций
Binding	Binding	Специфицирует интерфейсы и задает параметры связывания с протоколом SOAP: стиль связывания (RPC/Document) и транспорт (SOAP). Эта секция доступна и для каждой из операций
Operation	Operation	Определяет операцию, представляемую веб-сервером. WSDL-операция — это аналог традиционным функциям и процедурам.
Message	не использ.	Сообщение, связанное с определенной операцией. Содержит информацию, необходимую для выполнения данной операции. Каждое сообщение может состоять из нескольких логических частей, описывающих типы данных и имена атрибутов. В версии 2.0 было исключено, т.к. была внедрена поддержка XML Schema для всех элементов.
Types	Types	Описание данных в соответствии с XML Schema.

Рис. 3. Структура протокола WSDL

В спецификации WSDL 1.1 было определено 4 шаблона обмена сообщениями (типы операций):

• Однонаправленные операции (One-way): операция может принимать сообщение, но не будет возвращать ответ.
• Запрос-ответ (Request-response): операция может принять запрос и должна вернуть ответ.
• Вопрос-ответ (Solicit-response): операция может послать запрос и будет ждать ответ на него.
• Извещение (Notification): операция может послать сообщение, но не будет ожидать ответ.

В версии WSDL 2.0 эти шаблоны изменены и расширены в сторону поддержки сообщений об ошибках (например, шаблон Robust-in-only), но для обратной совместимости поддерживаются типы WSDL 1.1

UDDI опирается на отраслевые стандарты HTTP, XML, XML Schema (XSD), SOAP и WSDL. Концептуальная связь между UDDI и другими протоколами стека веб-сервисов показана на .

Рис. 4. Место UDDI в стеке протоколов веб-служб

Функциональное назначение реестра UDDI — представление данных и метаданных о веб-службах. Он может использоваться как в сети общего пользования, так и в пределах внутренней инфраструктуры организации. Реестр UDDI предлагает основанный на стандартах механизм классификации, каталогизации и управления веб-службами, позволяющий применять их (веб-сервисы) другими приложениями. Этот механизм включает средства для поиска сервиса, вызова этой службы, а также для управления метаданными об этой службе.

Ключевыми функциями UDDI являются публикация информации о службе в реестре и поиск этой информации сторонними приложениями. Наряду с этими, реализованы и типовые для службы каталогов функции: представление модели хранимых данных и структуры информационной базы, отношения между объектами реестра, репликация, обеспечение безопасности и т.д. —Все основные функции реестра представлены в виде веб-сервисов и доступны через API UDDI.

Веб-сервисы: Pro et Contra

Достоинства

• Обеспечивают взаимодействие программных систем независимо от платформы.
• Основаны на базе открытых стандартов и протоколов.
• Использование HTTP позволяет приложениям взаимодействовать через межсетевой экран.

Недостатки

• Меньшая производительность и больший объем сетевого трафика по сравнению с такими технологиями как CORBA или DCOM.

Постоянный адрес этой страницы: