Какие протоколы на каком слое — сводка

В предыдущих уроках мы много раз упоминали разные протоколы и слои. Этот урок — структурированная сводка. Здесь вы увидите, какие протоколы существуют на каждом слое, какие у них роли, и в каких ситуациях выбирать тот или иной. Это карта, к которой можно возвращаться, когда забудете «а на каком слое работает MQTT?» или «когда лучше UDP?».

Цель урока — не запомнить весь список, а получить интуицию: какой класс задач решает какой слой, какие protocols в одном «семействе», что с чем заменяется. После этого, когда встретите новый протокол, вы сможете быстро поставить его в нужную клетку.

Application layer (L7) — что видит пользователь

Прикладной слой — это всё, что вы используете напрямую. HTTP, email, чаты, файлы, базы данных по сети. На этом слое огромное разнообразие протоколов, потому что разные приложения имеют разные потребности.

Для Junior DE самые важные на L7:

1. HTTP / HTTPS — 95% работы. Знать наизусть.
2. DNS — ежедневная необходимость. Понимать резолв.
3. SSH / SFTP — администрирование серверов.
4. gRPC — если работаете с микросервисами.
5. WebSocket — если real-time приложения.

Остальные — по мере необходимости.

Transport layer (L4) — между процессами

Транспортный слой — маленький по количеству протоколов, но критичный по важности. TCP, UDP, QUIC — три кита, на которых держится почти всё на L7.

Выбор TCP vs UDP:

• TCP: когда нужна гарантия доставки. HTTP, БД, email, файлы. ~95% приложений.
• UDP: когда нужна низкая latency и потери допустимы. DNS (быстрый запрос), видеосвязь (real-time), игры, IoT, multicast.
• QUIC: новые приложения, особенно мобильные. HTTP/3. Будущее, но пока медленно вытесняет TCP.

# Все TCP-соединения вашей машины
ss -t state established 2>/dev/null || netstat -ant | grep ESTABLISHED

# Все UDP сокеты
ss -u 2>/dev/null || netstat -anu | head

# Проверить открытый TCP-порт
nc -vz google.com 443

# Проверить открытый UDP-порт (хитрее -- не ждёт ответа на handshake)
nc -vuz 8.8.8.8 53

Internet layer (L3) — между сетями

Сетевой слой — IP. По сути всё, на чём держится Internet, проходит через IP.

Все, что касается L3, для приложения «прозрачно» — вы шлёте байты в TCP-соединение, не заботясь, как они доберутся через IP-маршрутизацию. Но когда что-то ломается, диагностика часто упирается в L3:

• ping — проверка ICMP, базовый L3-тест.
• traceroute — маршрут через сеть.
• mtr — продвинутый traceroute с loss и jitter.
• ip route show — routing table вашего host’а.

Link layer (L2) — внутри одной сети

Канальный слой — передача внутри одной локальной сети. Самые распространённые: Ethernet и Wi-Fi.

ARP — интересный гибрид. Формально на L2, но обслуживает IP. Когда вы шлёте пакет на 192.168.1.5 в локальной сети, ваш host должен знать MAC-адрес 192.168.1.5, чтобы поставить его в Ethernet-frame. ARP спрашивает broadcast’ом «у кого 192.168.1.5?» и получает ответ.

# Посмотреть ARP-таблицу (соседи в локальной сети)
ip neigh show 2>/dev/null || arp -a
# Увидите IP -> MAC mapping для каждого устройства в вашей LAN

# Принудительно arp-запрос (нужен root)
sudo arping -c 3 192.168.1.1

Layered approach — польза на примере

Чтобы продемонстрировать, как разделение помогает, рассмотрим пример: ваше приложение делает 10000 HTTPS-запросов через requests к разным API. Что меняется на каждом слое?

Когда вы пишете requests.get(url), вы взаимодействуете только с L7. Всё, что ниже — работает само. Это огромная польза. Представьте, если бы вам приходилось каждый раз думать про MAC-адреса и Ethernet-frame’ы для каждого HTTP-запроса. Невозможно было бы писать приложения.

Так что слои — это не «теоретическая академическая ерунда», а практический инструмент сокрытия сложности. Без них Internet и его приложения не существовали бы.

Где какие порты — сводка

Запомнить стандартные порты полезно — встречаются ежедневно.

Порты 0-1023 — «well-known», для запуска нужны root-привилегии. 1024-49151 — «registered», IANA закрепляет. 49152-65535 — «dynamic», свободны для клиентских соединений.

Попробуй сам

Посмотрите, какие протоколы и порты реально работают в вашей системе.

# 1. Все слушающие порты с информацией о процессе
sudo ss -tlnp 2>/dev/null || sudo netstat -anp tcp | grep LISTEN
# Какие сервисы запущены и на каких портах

# 2. Active соединения и их состояние
ss -tn 2>/dev/null || netstat -an | grep tcp
# Покажет ESTABLISHED, TIME_WAIT, CLOSE_WAIT и другие состояния

# 3. UDP-сокеты
ss -un 2>/dev/null || netstat -an | grep udp
# DNS-resolver, mDNS, NTP

# 4. Какие протоколы /etc/services знает
head -50 /etc/services
# Полный список IANA-зарегистрированных сервисов и портов

# 5. Резолв сервиса в порт
getent services ssh   # Linux
# или прямо посмотреть:
grep -E '^(ssh|http|https|dns|postgres)\s' /etc/services

Сравните вывод ss -tlnp с тем, что знаете про свою машину. Все ли запущенные сервисы вам понятны? Если что-то странное слушает — это повод проверить безопасность.