Главная / Блог / Модель протокола TCP IP

Модель протокола TCP IP

17.04.2024

Компьютерная сеть  – это совокупность, состоящая из вычислительных устройств, которые обмениваются друг с другом и потребляют ресурсы. Состав сети – узлы (собственно, вычислительные устройства), а также их связи. По охватываемой территории, сети разделяют на  персональные, локальные, городские или глобальные.

Стек протоколов TCP/IP – это сборник правил для обмена цифровыми данными в основании Интернета. Разработка TCP/IP была спонсирована с подачи Министерства обороны США в 1960-е и часто именуется “моделью DoD”. TCP/IP построена по образцу модели OSI.

Содержание

Что такое TCP/IP

Протоколы в модели TCP/IP составлена из двух главных – TCP (Transmission Control Protocol), а также IP (Internet Protocol), есть и другие дополнительные. Когда мы хотим отправить что-то, стек  TCP/IP разбивает данные на пакеты на стороне отправителя, и эти же пакеты должны быть перекомбинированы на стороне получателя, чтобы сформировать те же данные. Это происходит для сохранения точности данных. Модель разделяет данные на 4 уровня, где данные сначала поступают на этот уровень в одном порядке, а затем в обратном порядке, чтобы таким же образом организовать их на стороне получателя.

Когда открывают веб-сайт в браузере, происходит следующее: наш браузер направляет HTTP-запрос к серверу, а после этого на помощь приходят TCP и IP. Местонахождение сервера определяет Internet Protocol по его IP-адресу, а затем разбивает на маленькие пакеты данных запрашиваемую страницу. Эти пакеты передаются по сети, а TCP следит, чтобы все было доставлено правильно и без потерь. Если что-то пошло не так, TCP может попробовать отправить пакеты снова.

IP-сеть – это метод передачи данных от одного устройства (хост) к другому через Интернет. Каждое устройство имеет IP-адрес, который однозначно идентифицирует его и позволяет ему общаться и обмениваться данными с другими устройствами, подключенными к Интернету.  Сегодня он считается стандартом для быстрой и безопасной связи непосредственно между мобильными устройствами.

И последнее, но не менее важное — MTU, максимальный размер пакета передачи. Размер IP-датаграммы, превышающий MTU, разбивается на меньшие пакеты. MAC-адрес определяет устройства на уровне 2 (связь данных), IP-адреса — на сетевом уровне, тогда как порты — на уровне 4 (транспортный).

Начальные цифры в IP-адресе определяют идентификатор сети, а оставшиеся – уникальный адрес этой сети. Маска подсети указывает, сколько бит для IP-адреса несут информацию о ней. Это то, как определяют интерфейсы и сети компьютеров.

Устройства в сети могут обладать уникальным, широковещательным или же групповым адрес.

Маршрутизация в IP-сетях осуществляет направление IP-пакета на нужное направление. Для этого применяется таблица маршрутизации, которая определяет, следует ли направить пакет на узел в той же сети, что и отправитель, или на маршрутизатор, который примет решение о его дальнейшей судьбе. В локальных сетях WiFi роутер часто выполняет функции маршрутизатора и транслирует сетевые адреса (NAT), что позволяет устройствам выходить в Интернет.

Для поиска ошибок используется контрольная сумма, которую отправляют вместе с данными. Подсчитав контрольную сумму на стороне адресата и сравнив ее с отправленной, определяют,правильность передачи данных.

Компьютеры используют двоичный код для работы с данными. Бит — это минимальное значение, которое может принимать двоичный код (0 или 1). Байт состоит из 8 битов и является минимальной порцией информации в памяти. Байты группируются в слова, двойные слова и т. д., чтобы обрабатывать более сложные операции.

Приложения на прикладном уровне взаимодействуют с транспортным уровнем, используя протоколы, такие как TCP или UDP, для передачи данных. Каких-то знаний о том, как эти протоколы работают, в приложениях нет – они просто передают данные по IP-адресу и порту. Используя комбинацию IP-адреса и порта, приложение организует обмен данными.

Служба имен доменов DNS создана для облегчения работы по доменам сетей. Она позволяет преобразовывать буквенные имена в цифровые IP-адреса и наоборот. Сервис DNS слушает порт 53 и функционирует следующим образом: устройство отправляет запрос на DNS-сервер с запросом «какой IP-адрес у contell.ru?», а сервер отвечает нужным IP-адресом. После того как получен IP-адрес, устанавливается соединение с веб-сервером, который слушает порт 80 (HTTP) и порт 443 (HTTPS).

Инкапсуляция добавляет заголовок протокола обрабатываемого уровня к набору данных, которые получены по протоколу выше уровнем. Декапсуляция — обратный процесс, который осуществляется для принятых данных.

Уровни TCP/IP

Разработано множество сетевых протоколов, таких как Ethernet II, ICMP, UDP, TCP, DHCP и DNS. Передача данных осуществляется в виде PDU (Protocol Data Unit), которые содержат заголовок , а также полезную нагрузку payload. У одного протокола PDU способно вмещать PDU другого (инкапсуляция). По рангу уровня работы, PDU могут иметь такие названия: фреймы, пакеты, сегменты, датаграммы или сообщения. Это похоже на разные уровни в здании, где каждый уровень служит своей цели в обмене.

Модель TCP и IP образована четырьмя уровнями: канальный, сетевой, транспортный, прикладной.

Канальный уровень обеспечивает связь через сетевое оборудование, такое как Ethernet-кабель или Wi-Fi. Сетевой уровень позволяет разным сетям взаимодействовать между собой. Транспортный, представленный TCP, управляет обменом данных устройствами и гарантирует их целостность. Прикладной уровень включает различные протоколы, такие как HTTP и FTP, которые выполняют специализированные функции обмена данными.

Канальный уровень

На этом уровне происходит кодирование и разделение информации на пакеты, которые затем отправляются по каналу. Здесь определяются физические характеристики среды передачи. Частый протокол – Ethernet.

На этом уровне происходит кодирование и разделение информации на пакеты, которые затем отправляются по каналу. Здесь определяются физические характеристики среды передачи. Частый протокол – Ethernet.

Уровень Интернета похож на большой оркестр, объединяющий множество маленьких локальных сетей в одну глобальную сеть. Основная идея здесь — взаимосвязанность. Локальные сети со всего мира подключены к этой глобальной сети, и данные передаются по маршрутизаторам. На этом уровне работает IP, который играет роль связующего звена между различными сетями, объединяя их в единую сеть. Маршрутизаторы используют IP, определяя подсеть получателя и передавая пакеты по правильному маршруту.

Маска подсети помогает маршрутизировать пакеты. У нас есть два типа адресов — IPv4 и IPv6. IPv4 использует IP-адреса из 32 бит. IPv6, в свою очередь, использует адреса на 128 бит.

Межсетевой уровень

Протокол IP играет ключевую роль в сетевом общении, обеспечивая идентификацию получателя и передачу данных. IP также способен «оборачивать» протоколы ICMP и IGMP, что позволяет передавать различные типы сообщений и данных по сети. В то же время он сам по себе не дает гарантию целостности передаваемой информации. Все детали, связанные с инкапсулированным протоколом, восстанавливаются на стороне получателя.

Internet Control Message Protocol, иначе сокращенно ICMP, нужен для передачи предупреждений об ошибках и оперативной информации. ICMP может использоваться для обнаружения недоступности устройств в сети и для диагностики проблем в сетях, но точно не для передачи пользовательских данных.

Транспортный уровень

Протоколы TCP/IP этого уровня обмениваются подтверждениями получения данных и повторно передают пропущенные пакеты, чтобы гарантировать, что пакеты приходят в порядке и без ошибок. Здесь работают протокол по управлению передачей (TCP), а также протокол по пользовательским дейтаграммам (UDP)

  1. TCP: Приложения могут вступать во взаимодействие с его помощью, как если бы они были физически соединены цепью. TCP передает данные так, что они напоминают передачу символ за символом, а не отдельные пакеты. Начальная точка, которая устанавливает соединение, вся передача в порядке байтов и конечная точка, которая закрывает соединение, составляют эту передачу.
  2. UDP: Служба доставки дейтаграмм обеспечивается UDP, другим протоколом транспортного уровня. Соединения между принимающими и отправляющими узлами не проверяются UDP. Приложения, передающие небольшие объемы данных, используют UDP, а не TCP, поскольку он избавляет от процессов установления и проверки соединений.

Прикладной уровень

Этот уровень построен по аналогии с транспортным уровнем модели OSI. Он обеспечивает защиту приложений верхнего уровня от проблем, связанных с данными. На данном уровне имеются три основных протокола:

  1. HTTP и HTTPS: HTTP представляет собой протокол передачи гипертекста. Он применяется в Интернете для организации связи между браузерами и серверами. HTTPS – сокращение от HTTP-Secure. Это сочетание HTTP и SSL (Secure Socket Layer). Он показывает свою эффективность при необходимости автозаполнения формы, входов в систему, аутентификации и выполнения банковской операции.
  2. SSH обозначает Secure Shell, безопасная оболочка. Это приложение для эмулирования терминала, похожее на Telnet. SSH предпочитают из-за своей возможности поддержать зашифрованное соединение. Он создает соединение с высоким уровнем защиты через модель TCP и IP.
  3. NTP – аббревиатура, обозначающая сетевой протокол времени. Он применяется для установки времени нашего компьютера в соответствии со стандартным источником времени. Он крайне ценен при осуществлении банковских операций. Представьте себе случай без использования сети NTP. Допустим, при выполнении транзакции ваш компьютер показывает время 13:30, а сервер фиксирует его как 13:25. В случае сбоя синхронизации сервер может серьезно упасть.

На каждом этапе добавляется служебная информация, такая как порт прикладного уровня, которая помогает идентифицировать сетевое приложение. Этот процесс можно представить как сложную сеть, состоящую из протоколов Ethernet, IP, TCP и порта протокола приложения, которую мы называем стеком.

Протокол PPP связывает пары маршрутизаторов, обеспечивая аутентификацию, шифрование и сжатие данных в физических сетях, в кабельных телефонных сетях, сотовых и магистральных сетях.

Наконец, затронем протокол SLIP (Serial Interconnection Protocol), который отнесен к уровню межсетевого обмена TCP/IP. Преимущества PPP заключаются в том, что для установления соединения не требуется сетевая инфраструктура и маршрутизаторы необходимы. Поэтому протоколы PPP используются в особых случаях, где такие условия необходимы.

Заключение

Модель TCP/IP – основа для обмена данными по сети, которая создаёт устойчивое соединение между устройствами. TCP с IP играют ключевую роль в этой модели, управляя передачей данных и адресацией. Они разработаны давно, но остаются основой для работы в настоящее время. Благодаря модели мы можем безопасно обмениваться данными, посещать веб-сайты и использовать различные приложения, что делает нашу современную коммуникацию возможной и удобной.