Что такое порт в программировании

В компьютерах есть два вида портов — физические и программные.

Физический порт — это разъём на компьютере или в ноутбуке, куда можно подключить флешку, сетевой кабель, принтер, наушники и что угодно ещё. Физический порт обменивается электричеством с чем-то, что в этот порт вставлено. В электричестве закодированы какие-то данные.

Программный порт — это «виртуальный разъём» в программе, через которую она может обмениваться данными с системой и другими программами. У него нет физического устройства, а есть только число от 0 до 65 535 — оно называется адресом порта. Мы будем говорить именно про них.

Для чего нужны порты

Представьте, что у вас в компьютере есть разъём для локальной сети и интернета. В него воткнут всего один кабель. Но одновременно сетью и интернетом пользуются разные программы:

операционная система запрашивает обновления безопасности на сервере;
браузер загружает очередную страничку в соцсети;
телеграм отправляет и принимает сообщения;
фоном висит созвон с коллегой по зуму и тоже отправляет видеоданные;
Яндекс.Диск синхронизирует данные с облаком.

�� С вайфаем всё то же самое — всё это идёт через один разьём на материнской плате. То, что нет проводов, ничего не меняет — все данные всё равно сыпятся в один физический порт.

Чтобы при работе в сети программы и сервисы не путали данные между собой, разработчики придумали порты — они определяют, к какой программе относятся те данные, которые получает сетевая плата.

Как выглядит виртуальный порт

Мы уже работали с портами, когда собирали статичный сайт на Hugo, и тогда мы открывали в браузере такой адрес:

«Локалхост» означает, что браузер будет искать страницу на своём компьютере по адресу 127.0.0.1, а 1313 — это как раз порт. Порт от адреса отделяется двоеточием.

С технической точки зрения порт — это просто число, которое прикрепляется к каждому пакету с данными, поступающими в компьютер. Система смотрит, какой номер порта стоит на пакете, находит программу, которая его использует, и отправляет ей. В этом и смысл портов — чтобы система всегда знала, кому какие данные отдавать и кто их отправляет.

Что можно сделать с портом

Порт можно открыть — чтобы система знала, куда отдавать данные, пришедшие по этому адресу.
Порт можно закрыть — чтобы данные больше не передавались. Они будут игнорироваться.
Порт можно пробросить — например, можно научить систему, что если запрос пришёл на порт 1212 — отправить его на порт 2121. Так устроены многие сетевые маршрутизаторы и, в частности, ваш интернет-провайдер.
Порты можно просканировать — перебрать все числа от 0 до 65535, чтобы посмотреть, придёт ли с какого-нибудь из них ответ. Если придёт — на этом порте сидит какая-то программа.
Порт можно заблокировать — сказать вашему роутеру на работе или дома, чтобы все запросы на определённый порт либо выбрасывались, либо переадресовывались.
Порт можно задать: если вы знаете, что какой-то порт у вас заблокирован, а вам жуть как надо запустить программу — можно задать для этой программы другой порт и общаться через него. Не все программы это поддерживают.

Можно ничего не делать — с точки зрения пользователя всё работает само. И правильно, и хорошо.

Конспект лекции 12. Модель TCP/IP.

Модель TCP/IP — сетевая модель для управления передачей данных, которые представлены в цифровом виде.

Эта модель описывает способ передачи данных от одного устройства к другому.

Документом, регламентирующим уровневую архитектуру модели и описывающий все протоколы, входящие в TCP/IP, является RFC 1122.

Проблематика

Модель OSI имеет замечательную теоретическую проработку, но именно из-за большого количества теории она не может существовать в реальности: много уровней и задач сильно перегружают архитектуру, и задача построения компьютерной сети начинает требовать много ресурсов.

Для того, чтобы облегчить и обобщить задачу построения КС, была придумана модель TCP/IP. Название происходит от самых используемых протоколов этой модели.

Эта модель была принята как стандарт де-факто (негласно). Не смотря на это, данная модель является основой для архитектуры сети Интернет.

История.

Стек протоколов TCP/IP был создан на основе NCP (Network Control Protocol) группой разработчиков под руководством Винтона Серфа в 1972 году. В июле 1976 года Винт Серф и Боб Кан впервые продемонстрировали передачу данных с использованием TCP по трём различным сетям. Пакет прошёл по следующему маршруту: Сан-Франциско — Лондон — Университет Южной Калифорнии. К концу своего путешествия пакет проделал 150 тысяч км, не потеряв ни одного бита. В 1978 году Серф, Джон Постел и Дэнни Кохэн[en] решили выделить в TCP две отдельные функции: TCP и IP (англ. Internet Protocol, межсетевой протокол). TCP был ответственен за разбивку сообщения на датаграммы (англ. datagram) и соединение их в конечном пункте отправки. IP отвечал за передачу (с контролем получения) отдельных датаграмм. Вот так родился современный протокол Интернета. А с 1 января 1983 года ARPANET перешла на новый протокол. Этот день принято считать официальной датой рождения Интернета.

Выделяемые уровни

На рисунке представлена модель TCP/IP в сравнении с моделью OSI.

модель TCP/IP в сравнении с моделью OSI.

Уровень доступа к сети (или Канальный уровень)

Канальный уровень описывает способ кодирования данных для передачи пакета данных на физическом уровне (то есть специальные последовательности бит, определяющих начало и конец пакета данных, а также обеспечивающие помехоустойчивость). Ethernet, например, в полях заголовка пакета содержит указание того, какой машине или машинам в сети предназначен этот пакет (MAC-адрес).

Канальный уровень иногда разделяют на 2 подуровня — LLC и MAC.

Logical Link Control (верхний) — подуровень управления логической связью. В его задачи входит управление передачей данных и обеспечение проверки и правильности передачи информации.
Media Access Control (нижний) — подуровень управления доступом к физической среде. Обеспечивает адресацию и механизмы управления доступом к каналам.

Кроме того, канальный уровень описывает среду передачи данных.

Уровень сети Интернет (или Межсетевой уровень)

Межсетевой уровень предназначен для передачи пакета из одной сети в другую.

На этом уровне работают маршрутизаторы, которые перенаправляют пакеты в нужную сеть путём расчёта адреса сети по маске сети.

Межсетевое взаимодействие — это основной принцип построения интернета. Локальные сети по всему миру объединены в глобальную, а передачу данных между этими сетями осуществляют магистральные и пограничные маршрутизаторы.

Транспортный уровень

Протоколы транспортного уровня могут решать проблему негарантированной доставки сообщений («дошло ли сообщение до адресата?»), а также гарантировать правильную последовательность прихода данных. В стеке TCP/IP транспортные протоколы определяют, для какого именно приложения предназначены эти данные. Два главных транспортных протокола — TCP и UDP.

TCP — «гарантированный» транспортный механизм с предварительным установлением соединения, предоставляющий приложению надёжный поток данных, дающий уверенность в безошибочности получаемых данных, перезапрашивающий данные в случае потери и устраняющий дублирование данных. TCP позволяет регулировать нагрузку на сеть, а также уменьшать время ожидания данных при передаче на большие расстояния. Более того, TCP гарантирует, что полученные данные были отправлены точно в такой же последовательности. В этом его главное отличие от UDP.
UDP — протокол передачи датаграмм без установления соединения. Также его называют протоколом «ненадёжной» передачи, в смысле невозможности удостовериться в доставке сообщения адресату, а также возможного перемешивания пакетов. В приложениях, требующих гарантированной передачи данных, используется протокол TCP.

На транспортном уровне появляется понятие «порт». Для передачи данных между процессами устройства (например, передача сообщения из одного приложения «вконтакте» другому приложению «вконтакте») недостаточно знать только IP-адрес и его маску. Ещё необходимо знать, какому процессу адресован пакет данных.

Для передачи пакетов между процессами было принято выделить на каждом хосте виртуальные порты, которые могут прослушиваться процессами.

Порт — это число от 0 до 65535, которое присваивается процессу на время. Порт чем-то похож на кабинку, которую можно занять определённой программе (ну а совокупность портов можно представить как гостиницу).

Порт порт так же может определять, какой протокол используется на прикладном уровне.

Порты выделяются как для TCP, так и для UDP (т.е. порты для одного протокола не пересекаются с портами другого).

Прикладной уровень предназначен для работы сетевых приложений. Для обмена информацией они используют свои протоколы, например: протокол HTTP для обмена гипертекстовой разметкой, протокол FTP (передача файлов), SMTP (электронная почта), SSH (безопасное соединение с удалённой машиной), DNS (преобразование символьных имён в IP-адреса) и многие другие.

В массе своей эти протоколы работают поверх TCP или UDP и привязаны к определённому порту, например:

HTTP на TCP-порт 80 или 8080;
FTP на TCP-порт 20 (для передачи данных) и 21 (для управляющих команд);
SSH на TCP-порт 22;
запросы DNS на порт UDP (реже TCP) 53.

С этим уровнем взаимодействует пользователь. Поэтому протоколы на этом уровне могут разрабатывать и прикладные программисты.

Стек протоколов

Стек — это структурированный последовательно набор значений. В нашем случае, это структурированный список протоколов модели.

Для удобства определим протоколы по каждому уровню.

Нижний уровень сетевых интерфейсов включает в себя Ethernet, Wi-Fi и DSL (модем). Данные сетевые технологии формально не входят в состав стека, но крайне важны в работе интернета в целом.
Основной протокол сетевого уровня – IP (Internet Protocol). Это маршрутизированный протокол, частью которого является адресация сети (IP-адрес). Здесь также работают такие дополнительные протоколы, как ICMP, ARRP и DHCP. Они обеспечивают работу сетей.
7.На транспортном уровне расположились TCP – протокол, обеспечивающий передачу данных с гарантией доставки, и UDP – протокол для быстрой передачи данных, но уже без гарантии.
Прикладной уровень – это HTTP (для web), SMTP (передача почты), DNS (назначение IP-адресам понятных доменных имен), FTP (передача файлов). Протоколов на прикладном уровне стека TCP/IP больше, но приведённые можно назвать самыми значимыми для рассмотрения.

Протоколы этих уровней полностью реализуют функциональные возможности модели OSI. На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие пользователей в IP-сетях. Стек является независимым от физической среды передачи данных, благодаря чему, в частности, обеспечивается полностью прозрачное взаимодействие между проводными и беспроводными сетями.

Таким образом, любой пакет содержит в себе стек используемых протоколов, который собирается при отправке, и в обратном порядке разбирается (подобно структуре «стек» в программировании).

формирование пакета данных по модели TCP/IP.

Что такое порты, какие бывают и зачем они нужны?

В компьютерах есть два вида портов — физические и программные (или сетевые):

Физический порт — это разъём на компьютере, с помощью которого можно подключить флешку, сетевой кабель, принтер, наушники и так далее. Физический порт обменивается электричеством с устройством, который вставлен в этот порт.

https://amdy.su/wp-admin/options-general.php?page=ad-inserter.php#tab-8

Сетевой порт — то число, которое записывается в заголовках протоколов транспортного уровня сетевой модели OSI. Оно используется для определения программы или процесса-получателя пакета в пределах одного IP-адреса.Порты позволяют определить сетевые приложения, работающие на компьютере, множество которых может быть запущено одновременно. Основными сетевыми программами могут быть:

WEB-сервер – предоставляет трансляцию данных с веб-сайтов;
Сервер почты – позволяет обмениваться электронными письмами;
FTP-сервер – обеспечивает передачу информации.

Порт отображается в виде 16 битного числа от 1 до 65535, которое доступно приложениям для того, чтобы обмениваться трафиком. Организация IANA регламентирует использование портов, так как именно она предоставляет стандарты при работе с портами.Имеющееся количество портов предоставляет корректную работу всех приложений, которым необходимо использовать сетевое соединение.

Порты обеспечивают доступ в глобальную сеть не только программам, которые были установлены пользователем. Бывают ситуации, когда вредоносные программы размещаются в систему самостоятельно и открывают порт без ведома пользователя. И уже с помощью открытого порта могут считывать личную информацию, находящуюся на компьютере. Поэтому необходимо знать, какие основные порты требуются пользователю и каким образом можно их открывать и закрывать.

Основным предназначением сетевых портов является прием и передача данных определенного вида, а также устранение ошибки неоднозначности при попытке установить связь с хостом по IP-адресу. Для обеспечения трансляции данных с веб-сервера необходимо указать IP адрес хоста и номер порта, определяющий программу веб-сервера.

Физические порты при подключении определяют, к какой программе относятся данные, которые получает сетевая плата. Например, для использования порта одновременно сетью и интернетом пользуются разные программы:

ОС запрашивает обновления безопасности на сервере;
браузер загружает страницу в соцсети;
различные мессенджеры отправляют и принимают сообщения;
фоном пользуетесь видеозвонком, который тоже отправляет видеоданные;
различные облачные диски синхронизируют данные.

Порты TCP не пересекаются с портами UDP: порт 1234 протокола TCP не будет мешать обмену данными по протоколу UDP через порт 1234.В большинстве UNIX-подобных ОС прослушивание портов с номерами 0—1023 требует особых привилегий. Другие номера портов выдаются операционной системой первым запросившим их процессам.

Некоторые популярные программы-анализаторы трафика и сетевые брандмауэры используют общепринятые обозначения номеров портов для определения протокола передачи данных, что не всегда корректно. В некоторых случаях сетевые службы используют нестандартные номера портов или используют номера портов не по заявленному назначению.

Порт можно открыть, чтобы система знала, куда отдавать данные, пришедшие по этому адресу.

Порт можно закрыть, чтобы данные больше не передавались. Они будут игнорироваться.

Порт можно пробросить. Например, можно научить систему, что если запрос пришёл на порт 1212 — отправить его на порт 2121. Так устроены многие сетевые маршрутизаторы и, в частности, ваш интернет-провайдер.

Порты можно просканировать. Перебрать все числа от 0 до 65535, чтобы посмотреть, придёт ли с какого-нибудь из них ответ. Если придёт, то значит на этом порте сидит какая-то программа.

Порт можно заблокировать. Например, сказать вашему роутеру на работе или дома, чтобы все запросы на определённый порт выбрасывались или переадресовывались.

Порт можно задать. Если вы знаете, что какой-то порт у вас заблокирован, то можно задать для этой программы другой порт и общаться через него. Однако не все программы это поддерживают.

Можно ничего не делать — с точки зрения пользователя всё работает само.

Есть ещё кое-что, о чём нужно знать, знакомясь с тем, что такое порты компьютера. Это специальные термины, которые характеризуют состояние портов: