Какой протокол является базовым в интернет

Обновлено: 29.04.2024

Эта статья о протоколах, составляющих архитектуру Интернета. Только для сетевого протокола IP см. Протокол Интернета .

Набор протоколов Интернета, широко известный как TCP / IP, представляет собой набор протоколов связи, используемых в Интернете и подобных компьютерных сетях . Текущие базовые протоколы в пакете - это протокол управления передачей (TCP) и Интернет-протокол (IP).

В ходе своего развития, версии его были известны как министерства обороны ( МО ) модель , так как развитие метода сетевого финансировались Департаментом обороны Соединенных Штатов через DARPA . Его реализация представляет собой стек протоколов .

Набор интернет-протоколов обеспечивает сквозную передачу данных, определяющую, как данные должны быть пакетированы, адресованы, переданы, маршрутизированы и получены. Эта функциональность организована в четыре уровня абстракции , которые классифицируют все связанные протоколы в соответствии с областью применения каждого протокола в сети. Уровни от самого низкого до самого высокого являются канальным уровнем , содержащим методы передачи данных, которые остаются в пределах одного сетевого сегмента (ссылки); уровень Интернета , обеспечивающий межсетевое взаимодействие между независимыми сетями; транспортный уровень , обработки хост-хост связи; и прикладной уровень , обеспечивающий межпроцессный обмен данными для приложений.

В технические стандарты , лежащие в основе набора протоколов Интернет и его составные протоколы поддерживается Engineering Task Force Internet (IETF). Набор Интернет-протоколов предшествовал модели OSI , более всеобъемлющей эталонной структуре для общих сетевых систем.

СОДЕРЖАНИЕ

История

Раннее исследование

Пакет Интернет-протокола явился результатом исследований и разработок, проведенных Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США ( DARPA ) в конце 1960-х годов. После запуска новаторской ARPANET в 1969 году DARPA начало работу над рядом других технологий передачи данных. В 1972 году Роберт Э. Кан присоединился к Отделу технологий обработки информации DARPA , где он работал как над спутниковыми пакетными сетями, так и над наземными пакетными сетями радиосвязи, и осознал ценность возможности связи между ними. Весной 1973 года Винтон Серф , который помогал разработать существующий протокол программы управления сетью ARPANET (NCP), присоединился к Кану для работы над моделями взаимодействия с открытой архитектурой с целью разработки следующего поколения протокола для ARPANET. Они основывались на опыте исследовательского сообщества ARPANET и Международной сетевой рабочей группы , которую возглавлял Серф.

К лету 1973 года Кан и Серф разработали фундаментальную переформулировку, в которой различия между протоколами локальной сети были скрыты за счет использования общего межсетевого протокола , и вместо того, чтобы сеть отвечала за надежность, как в существующих протоколах ARPANET , эта функция была делегирована хостам. Серф благодарит Юбера Циммермана и Луи Пузена , дизайнера сети CYCLADES , которые оказали большое влияние на этот дизайн. Новый протокол был реализован как Программа управления передачей в 1974 году.

DARPA заключило контракт с BBN Technologies , Стэнфордским университетом и Университетским колледжем Лондона на разработку операционных версий протокола на нескольких аппаратных платформах. Во время разработки протокола номер версии уровня маршрутизации пакетов увеличился с версии 1 до версии 4, последняя из которых была установлена в ARPANET в 1983 году. Она стала известна как Интернет-протокол версии 4 (IPv4), поскольку протокол, который все еще существует используется в Интернете вместе со своим нынешним преемником, протоколом Интернета версии 6 (IPv6).

Ранняя реализация

Компьютер, называемый маршрутизатором, имеет интерфейс для каждой сети. Он пересылает сетевые пакеты туда и обратно между ними. Первоначально маршрутизатор назывался шлюзом , но этот термин был изменен, чтобы избежать путаницы с другими типами шлюзов .

Принятие

В марте 1982 года Министерство обороны США объявило TCP / IP стандартом для всех военных компьютерных сетей. В том же году НОРСАР и исследовательская группа Питера Кирстайна в Университетском колледже Лондона приняли протокол. Переход ARPANET на TCP / IP был официально завершен в день флага 1 января 1983 г., когда новые протоколы были окончательно активированы.

В 1985 году Консультативный совет Интернета (позже Совет по архитектуре Интернета ) провел трехдневный семинар по TCP / IP для компьютерной индустрии, на котором присутствовало 250 представителей поставщиков, которые продвигали протокол и привели к его все более широкому коммерческому использованию. В 1985 году первая конференция Interop была посвящена сетевой совместимости за счет более широкого внедрения TCP / IP. Конференция была основана Дэном Линчем, одним из первых интернет-активистов. С самого начала на встрече присутствовали крупные корпорации, такие как IBM и DEC.

IBM, AT&T и DEC были первыми крупными корпорациями, принявшими TCP / IP, несмотря на наличие конкурирующих проприетарных протоколов . В IBM с 1984 года разработкой TCP / IP занималась группа Барри Аппельмана . Они сориентировались в корпоративной политике, чтобы получить поток продуктов TCP / IP для различных систем IBM, включая MVS , VM и OS / 2 . В то же время несколько небольших компаний, таких как FTP Software и Wollongong Group , начали предлагать стеки TCP / IP для DOS и Microsoft Windows . Первый стек TCP / IP виртуальных машин / CMS поступил из Висконсинского университета.

Некоторые из ранних стеков TCP / IP были написаны в одиночку несколькими программистами. Джей Элински и Олег Вишнепольский [ ru ] из IBM Research написали стеки TCP / IP для VM / CMS и OS / 2 соответственно. В 1984 году Дональд Гиллис из Массачусетского технологического института написал протокол TCP с несколькими соединениями ntcp, который работал поверх уровня IP / PacketDriver, поддерживаемого Джоном Ромки из Массачусетского технологического института в 1983–1994 годах. Ромки использовал этот протокол TCP в 1986 году, когда была основана компания FTP Software. Начиная с 1985 года Фил Карн создал приложение TCP с несколькими подключениями для радиолюбителей (KA9Q TCP).

Распространение TCP / IP получило дальнейшее развитие в июне 1989 года, когда Калифорнийский университет в Беркли согласился передать код TCP / IP, разработанный для BSD UNIX, в общественное достояние. Различные корпоративные поставщики, включая IBM, включили этот код в коммерческие выпуски программного обеспечения TCP / IP. Microsoft выпустила / стек нативный TCP IP в Windows 95. Это событие доминирование помогло цементного TCP / IP над другими протоколами в сетях Microsoft на базе, в которую вошли компании IBM Systems Network Architecture (SNA), так и на других платформах , таких как Digital Equipment Corporation «с DECnet , взаимодействие открытых систем (OSI) и Xerox Network Systems (XNS).

Тем не менее, в течение периода в конце 1980-х - начале 1990-х инженеры, организации и нации были поляризованы по вопросу о том, какой стандарт , модель OSI или набор протоколов Интернета приведут к созданию лучших и наиболее надежных компьютерных сетей.

Формальная спецификация и стандарты

В технические стандарты , лежащие в основе набора протоколов Internet и его составляющие протоколы были делегированы Engineering Task Force Интернет (IETF).

Характерной архитектурой Internet Protocol Suite является его широкое разделение на рабочие области для протоколов, составляющих его основную функциональность. Определяющей спецификацией пакета является RFC 1122, который в общих чертах описывает четыре уровня абстракции . Они выдержали испытание временем, поскольку IETF никогда не изменяла эту структуру. Как такая модель сети, Internet Protocol Suite предшествует модели OSI, более всеобъемлющей эталонной структуре для общих сетевых систем.

Ключевые архитектурные принципы

Принцип конца до конца развивался с течением времени. Его первоначальное выражение ставило поддержание состояния и общего интеллекта на грани и предполагало, что Интернет, соединяющий грани, не сохраняет состояния и сосредоточен на скорости и простоте. Реальные потребности в брандмауэрах, трансляторах сетевых адресов, кэшах веб-контента и т. П. Вызвали изменения в этом принципе.

Инкапсуляция используется для абстракции протоколов и служб. Инкапсуляция обычно совпадает с разделением набора протоколов на уровни общей функциональности. Как правило, приложение (наивысший уровень модели) использует набор протоколов для отправки данных вниз по уровням. Данные дополнительно инкапсулируются на каждом уровне.

Связующий слой

Протоколы канального уровня работают в рамках локального сетевого подключения, к которому подключен хост. Этот режим называется каналом на языке TCP / IP и является самым низким уровнем компонентов пакета. Ссылка включает все хосты, доступные без прохождения через маршрутизатор. Таким образом, размер канала определяется конструкцией сетевого оборудования. В принципе, TCP / IP разработан как независимый от оборудования и может быть реализован поверх практически любой технологии канального уровня. Это включает не только аппаратные реализации, но и уровни виртуальных каналов, такие как виртуальные частные сети и сетевые туннели .

Канальный уровень используется для перемещения пакетов между интерфейсами Интернет-уровня двух разных хостов по одному и тому же каналу. Процессами передачи и приема пакетов по каналу можно управлять в драйвере устройства для сетевой карты , а также в прошивке или с помощью специализированных наборов микросхем . Они выполняют такие функции, как кадрирование, для подготовки пакетов Интернет-уровня к передаче и, наконец, передают кадры на физический уровень и через среду передачи . Модель TCP / IP включает спецификации для преобразования методов сетевой адресации, используемых в Интернет-протоколе, в адреса канального уровня, такие как адреса управления доступом к среде (MAC). Однако все другие аспекты ниже этого уровня неявно предполагаются существующими и явно не определены в модели TCP / IP.

Канальный уровень в модели TCP / IP имеет соответствующие функции на уровне 2 модели OSI.

Интернет-уровень

Internetworking требует отправки данных из исходной сети в сеть назначения. Этот процесс называется маршрутизацией и поддерживается адресацией хоста и идентификацией с использованием иерархической системы IP-адресации . Интернет слой обеспечивает ненадежные датаграммы средство передачи между узлами , расположенных на потенциально различные IP - сетях посредством пересылки дейтаграммы соответствующего маршрутизатора следующего перехода для дальнейшей ретрансляции к месту назначения. Интернет-уровень отвечает за отправку пакетов по потенциально нескольким сетям. Благодаря этой функциональности уровень Интернета делает возможным межсетевое взаимодействие, взаимодействие различных IP-сетей и, по сути, устанавливает Интернет.

Интернет-уровень не делает различий между различными протоколами транспортного уровня. IP передает данные для множества различных протоколов верхнего уровня . Каждый из этих протоколов идентифицируется уникальным номером протокола : например, Internet Control Message Protocol (ICMP) и Internet Group Management Protocol (IGMP) - это протоколы 1 и 2, соответственно.

Транспортный уровень

С целью предоставления специфичных для процесса каналов передачи для приложений уровень устанавливает понятие сетевого порта . Это пронумерованная логическая конструкция, выделенная специально для каждого из каналов связи, необходимых приложению. Для многих типов служб эти номера портов стандартизированы, чтобы клиентские компьютеры могли обращаться к определенным службам серверного компьютера без участия службы обнаружения служб или служб каталогов .

Поскольку IP обеспечивает доставку только с максимальной эффективностью , некоторые протоколы транспортного уровня обеспечивают надежность.

TCP - это протокол с установлением соединения, который решает многочисленные проблемы надежности при обеспечении надежного потока байтов :

данные поступают по порядку
данные имеют минимальную ошибку (т.е. правильность)
повторяющиеся данные отбрасываются
потерянные или отброшенные пакеты повторно отправляются
включает контроль заторов на дорогах

Надежность также может быть достигнута за счет использования IP по надежному протоколу передачи данных, например, высокоуровневому управлению каналом передачи данных (HDLC).

Приложения на любом заданном сетевом адресе различаются по их TCP- или UDP-порту. По соглашению, некоторые хорошо известные порты связаны с конкретными приложениями.

Транспортный уровень модели TCP / IP или уровень хост-хост примерно соответствует четвертому уровню в модели OSI, также называемому транспортным уровнем.

Уровень приложения

Модель TCP / IP не учитывает особенности форматирования и представления данных и не определяет дополнительные уровни между прикладным и транспортным уровнями, как в модели OSI (уровни представления и сеанса). Согласно модели TCP / IP, такие функции являются областью библиотек и интерфейсов прикладного программирования . Прикладной уровень в модели TCP / IP часто сравнивают с комбинацией пятого (сеансовый), шестого (представление) и седьмого (приложения) уровней модели OSI.

Протоколы прикладного уровня часто связаны с конкретными клиент-серверными приложениями, а общие службы имеют хорошо известные номера портов, зарезервированные Internet Assigned Numbers Authority (IANA). Например, протокол передачи гипертекста использует порт сервера 80, а Telnet использует порт сервера 23. Клиенты, подключающиеся к службе, обычно используют эфемерные порты , т. Е. Номера портов , назначаемые только на время транзакции случайным образом или из определенного диапазона, настроенного в заявление.

На уровне приложений модель TCP / IP различает пользовательские протоколы и протоколы поддержки . Протоколы поддержки предоставляют услуги системе сетевой инфраструктуры. Пользовательские протоколы используются для реальных пользовательских приложений. Например, FTP - это протокол пользователя, а DNS - протокол поддержки.

Хотя приложения обычно осведомлены о ключевых качествах соединения транспортного уровня, таких как IP-адреса конечных точек и номера портов, протоколы прикладного уровня обычно рассматривают протоколы транспортного уровня (и более низких уровней) как черные ящики, которые обеспечивают стабильное сетевое соединение, через которое осуществляется обмен данными. . Транспортный уровень и уровни нижнего уровня не заботятся о специфике протоколов прикладного уровня. Маршрутизаторы и коммутаторы обычно не проверяют инкапсулированный трафик, а просто предоставляют для него канал. Однако некоторые брандмауэры и приложения для регулирования полосы пропускания используют глубокую проверку пакетов для интерпретации данных приложения. Примером может служить протокол резервирования ресурсов (RSVP). Также иногда приложениям, затронутым NAT, необходимо учитывать полезную нагрузку приложения.

Названия слоев и количество слоев в литературе

В следующей таблице показаны различные сетевые модели. Количество слоев варьируется от трех до семи.

Некоторые сетевые модели взяты из учебников, которые являются вторичными источниками, которые могут противоречить цели RFC 1122 и других первичных источников IETF .

Сравнение уровней TCP / IP и OSI

Три верхних уровня в модели OSI, т. Е. Прикладной уровень, уровень представления и уровень сеанса, не различаются отдельно в модели TCP / IP, которая имеет только прикладной уровень над транспортным уровнем. Хотя некоторые приложения с чистым протоколом OSI, такие как X.400 , также комбинируют их, нет требования, чтобы стек протоколов TCP / IP налагал монолитную архитектуру над транспортным уровнем. Например, протокол приложения NFS работает поверх протокола представления внешних данных (XDR), который, в свою очередь, работает через протокол, называемый удаленным вызовом процедур (RPC). RPC обеспечивает надежную передачу записей, поэтому может безопасно использовать максимально эффективный протокол UDP.

Различные авторы интерпретировали модель TCP / IP по-разному и не согласны с тем, покрывает ли канальный уровень или какой-либо аспект модели TCP / IP проблемы уровня 1 OSI ( физического уровня ) или TCP / IP предполагает наличие аппаратного уровня ниже канальный уровень.

Несколько авторов попытались включить уровни 1 и 2 модели OSI в модель TCP / IP, поскольку они обычно упоминаются в современных стандартах (например, IEEE и ITU ). Это часто приводит к модели с пятью уровнями, где уровень канала или уровень доступа к сети разделен на уровни 1 и 2 модели OSI.

Протоколы IETF могут быть рекурсивно инкапсулированы, что демонстрируется протоколами туннелирования, такими как Generic Routing Encapsulation (GRE). GRE использует тот же механизм, который OSI использует для туннелирования на сетевом уровне.

Реализации

Протоколы – это специальные наборы правил, которые помогают упорядочить обмен данными между компьютерами. Сегодня наиболее распространенным набором протоколов является TCP/IP. С их помощью поддерживается передача файлов, удаленный вход в систему и даже электронная почта. Разберемся, что представляет собой семейство протоколов TCP/IP, в чем его особенности и преимущества.

Что это такое

Протоколы данного типа позволяют реализовать модель соединения пакетов. По сути, они являются основой работы всего Интернета. И чаще всего при использовании термина TCP/IP подразумевают всю сеть, которая работает на основе 2 отдельных протоколов – TCP и IP.

Набор протоколов включает в себя ряд соглашений о межсетевом взаимодействии и маршрутизации. С помощью такого инструмента удается наладить связь между пользователями из университетов, исследовательских центров, промышленных предприятий и госучреждений.

TCP – аббревиатура, которая расшифровывается как Transfer Control Protocol. То есть по сути это специальный протокол, который управляет передачей. Он создан для установки и поддержания надежного соединения между устройствами. Именно он отвечает за передачу данных, контролирует объем передаваемых файлов и выполняет новую отправку при возникновении сбоев.

Характеристики протокола TCP заключаются в следующем:

Основными характеристиками протокола IP является следующее:

Реализация обмена данных при помощи сегментов.
Взаимодействие устройств без использования логического соединения.
Фрагментация IP-сегментов в случае необходимости.
Отсутствие средств для управления скоростью передачи сегментов.

Стек сетевых протоколов требуется для поддержания связи компьютеров (хостов), которые подключены к сети. Главная особенность такого набора – аппаратная независимость, которую невозможно получить при использовании других сетевых технологий. То есть TCP/IP не зависит от характеристик аппаратного обеспечения, что позволяет организовать обмен данными между сетями с разными технологиями передачи. За счет использования IP-адресов поддерживается соединение между двумя любыми устройствами.

В протоколах предусмотрено выполнение ряда команд. Например:

По сути стек протоколов TCP/IP является сетевой моделью, в которой описывается весь процесс передачи цифровых данных. До появления этого набора (в 70-е годы прошлого века) передача информации из одной сети в другую была невозможна. Разработка стека помогла решить эту проблему.

Разрабатывалось семейство протоколов под руководством Министерства обороны США, поэтому иногда его называют DoD-системой. Многие специалисты отмечают сходство системы с протоколами OSI, так как обе они строятся по принципу деления на уровни и выполнение отдельных функций на каждом из них.

Общие термины и понятия

Отдельно стоит поговорить о понятиях, которые в той или иной мере связаны с TCP/IP. Для начала разберемся в понятии стека. По сути – это гибкое средство для организации сетевого взаимодействия, с помощью которого каждый пользователь может применить собственные настройки.

Для использования протоколов потребуется установка TCP/IP. Это – специальное программное обеспечение, необходимое для настройки сети. Оно устанавливается вместе с базовой операционной системой, то есть дополнительных программ не потребуется.

Настройка протоколов подразумевает процесс установки базовой ОС и не требует от пользователя дополнительных действий.

Еще один термин, который вы можете встретить при изучении темы – это карта сетевых адаптеров. Она представляет собой физическое устройство, которое подключается к сетевому кабелю.

Отдельно стоит рассказать про сетевые интерфейсы стека. TCP/IP на уровне сетевого интерфейса создает пакеты из IP-дейтаграмм, которые передаются при помощи сетевых технологий. В этой модели протоколов применяется схема IP-адресации, при помощи которой удается однозначно идентифицировать хосты и сети, с которыми компьютер устанавливает соединение.

Еще один термин, который нельзя не упомянуть, это демоны TCP/IP (то есть серверы). Они представляют собой процессы, работающие в фоновом режиме и выполняющие запросы других процессов.

Назначение протокола TCP/IP

Процесс передачи данных между устройствами требует, чтобы оба компьютера использовали одинаковый протокол.

Каждый протокол применяет свои способы борьбы с ошибками, которые могут возникнуть при передаче данных, однако принципиальная схема исправления одна и та же. Как мы уже отметили, передаваемый файл разбивается на отдельные пакеты, которые передаются на конечное устройства и соединяются в определенной последовательности. Каждый пакет дополнительно содержит контрольный байт, который позволяет убедиться в отсутствии ошибок. Если компьютер обнаруживает ошибку при передаче данных, то пакет запрашивается заново.

Такая процедура уменьшает объем информации, которую можно передавать в единицу времени, однако позволяет добиться надежности передачи.

Модель TCP/IP считается наиболее совершенной, так как позволяет настроить взаимодействие компьютеров и подключить к ним различные сетевые устройства. По сути основное назначение TCP/IP заключается в обеспечении трафика для крупных сетей и поддержание функционирования всего Интернета.

Форматы протоколов

Теперь поговорим о том, что такое IP-протокол. Как мы уже отмечали, этот межсетевой протокол в стеке используется для определения адресации сетевого уровня. Существует два основных формата протокола, которые применяется для IP адресов:

Уровневая модель протоколов

При рассмотрении модели TCP/IP нельзя обойти внимание и уровни, на которые она разделена. Интересно, что количество уровней регламентируется стандартом RFC. Этот стандарт выделяет 4 уровня (или ступени):

канальный;
сетевой (или межсетевой);
транспортный;
прикладной.

Ряд экспертов делят начальный уровень на канальный и физический, однако до сих пор не существует единого мнения о целесообразности такой классификации. Мы рассмотрим 4 основных уровня, которые выделяют чаще всего.

1. Канальный.

Его предназначение – описать то, как происходит обмен сведениями на ступени сетевых устройств. Также канальный уровень определяет, как именно информация будет передаваться от одной машины к другой. Данные на link layer обязательно кодируются, затем делятся на несколько пакетов и отправляются по выбранному каналу передачи.

На этом уровне определяется максимально допустимое расстояние для передачи данных, а также такие параметры, как задержка ответа, частота сигнала и т. д. То есть, все физические характеристики системы. Наиболее распространенным протоколом на этом уровне является Ethernet.

2. Межсетевой.

Этот уровень стека протоколов TCP/IP занимается соединением существующих локальных сетей в глобальную. В этом случае под локальными сетями понимают индивидуальные сети на каждом устройстве. Internet layer регламентирует передачу данных по множеству сетей, что позволяет наладить взаимодействие между разными системами.

Именно межсетевое взаимодействие является одним из ключевых принципов функционирования Интернета. Локальные сети объединяются в общую, глобальную, а благодаря пограничным и магистральным маршрутизаторам между ними осуществляется передача файлов.

3. Транспортный.

На этой ступени функционируют протоколы TCP и UDP, которые отвечают за отправку и доставку данных.

Первый протокол – TCP – управляет передачей, проверяет, все ли файлы дошли, насколько полным является полученный объем и не произошло ли ошибок во время процедуры. Протокол помогает двум компьютерам выполнять обмен пакетами при помощи установки специального соединения. Дополнительно TCP позволяет повторно запросить потерянные данные, устранить дублирующиеся пакеты и регулировать загрузку сети. Именно такой протокол отвечает за сборку полученных пакетов в правильном порядке.

А вот протокол UDP, используемый на transport layer, является менее надежным. Занимается он отправкой автономных датаграмм, однако не гарантирует их 100% получение. Данные могут быть утеряны или доставлены в неверном порядке. По этой причине UDP не используется в тех случаях, когда необходима надежная передача. Применение этого протокола допустимо только тогда, когда потеря данных не будет критичной для работы приложения. Также UDP требуется в тех случаях, когда невозможно по каким-либо причинам сделать повторный запрос данных.

4. Прикладной.

Последний уровень, который присутствует в протоколе типа TCP/IP – это прикладной. В отличие от той же системы OSI, отсутствуют промежуточные уровни (например, сеансовый), поэтому форматированием и разбивкой данных занимается программный интерфейс приложений. Приложение обращается к API, а в ответ получает набор действий или инструкцию по их выполнению.

Что такое стек

Изучая уровневую структуру, становится очевидным, что выполнить передачу данных между двумя устройствами напрямую – невозможно. То есть, сначала все фрагменты файлов должны попасть на межсетевой уровень, где каждый компьютер получает IP-адрес. Далее на транспортном уровне происходит передача отдельных частей информации при помощи протокола TCP или UDP.

На каждом отдельном уровне к имеющимся файлам присоединяется и различная служебная информация. Например, она содержит указание порта на прикладном уровне, который служит для распознавания приложения. Дополнительную информацию могут добавлять разные протоколы: Ethernet, IP, TCP и т. д. Именно такая вложенность данных и называется стеком, а само название семейства протоколов TCP/IP – образовано по аббревиатурам двух основных протоколов.

Если обобщить понятие стека, то это – комплект сетевых протоколов с иерархической структурой. Главное условие его создания – это достаточный набор правил для организации взаимодействия устройств в сети. Все протоколы должны работать одновременно, без конфликтов, сбоев и незавершенных операций. Именно поэтому стек делится на отдельные уровни, каждый из которых направлен на решение определенной задачи: например, подготовку данных к отправке или их непосредственную передачу.

Сравнение с моделью OSI

Многие сравнивают стек TCP/IP с моделью OSI, но стоит понимать, что между системами существует ряд принципиальных различий.

В OSI различают три начальных уровня – приложения, представления и сеансовый, – когда как в TCP/IP все это выделяется в прикладной уровень.

Ряд экспертов считают, что в первый уровень OSI намного шире и охватывает более широкие проблемы. Некоторые исследователи и вовсе включают первые слои OSI в модель TCP/IP, так как их можно встретить в современных стандартах. Но в большинстве случаев канальный уровень TCP/IP равняется канальному и физическому уровню в OSI.

Выводы

Стек модели TCP/IP контролирует взаимодействие различных уровней системы. Ключевыми в нем являются сами протоколы, которые встраиваются друг в друга и обеспечивают передачу данных. Однако если сравнивать модель с OSI, то ее архитектура более простая. Также стоит отметить, что стандарты протоколов постоянно обновляются, в то время как принцип действия TCP/IP остается неизменным.

Надеемся, что вы разобрались в том, что такое TCP/IP и в чем заключаются принципы его работы. Если у вас остались вопросы по теме, то специалисты Xelent обязательно ответят на них.

1. Лекция - Введение. Адресация. Протоколы (IP, TCP, UDP). Порты.

Официальная документация по Internet

Все разработчики должны придерживаться этой документации, но на практике, не всегда так происходит.

Адресация в сети Internet.

Типы адресов.

Физический (MAC-адрес)

Сетевой (IP-адрес)

Символьный (DNS-имя)

Компьютер в сети TCP/IP может иметь адреса трех уровней (но не менее двух):

Локальный адрес компьютера. Для узлов, входящих в локальные сети - это МАС-адрес сетевого адаптера. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами.

IP-адрес, состоящий из 4 байт, например, 109.26.17.100. Этот адрес используется на сетевом уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов.

IPv4 - адрес является уникальным 32-битным идентификатором IP-интерфейса в Интернет.

IP-адреса принято записывать разбивкой всего адреса по октетам (8), каждый октет записывается в виде десятичного числа, числа разделяются точками. Например, адрес

10100000010100010000010110000011
записывается как

Перевод адреса из двоичной системы в десятичную

IP-адрес хоста состоит из номера IP-сети, который занимает старшую область адреса, и номера хоста в этой сети, который занимает младшую часть.

160.81.5. - номер сети

131 - номер хоста

Базовые протоколы (IP, TCP, UDP)

Стек протоколов TCP/IP

TCP/IP - собирательное название для набора (стека) сетевых протоколов разных уровней, используемых в Интернет. Особенности TCP/IP:

Открытые стандарты протоколов, разрабатываемые независимо от программного и аппаратного обеспечения;

Независимость от физической среды передачи;

Система уникальной адресации;

Стандартизованные протоколы высокого уровня для распространенных пользовательских сервисов.

Стек протоколов TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP делится на 4 уровня:

Физический и канальный.

Позже была принята 7-ми уровневая модель ISO.

Данные передаются в пакетах. Пакеты имеют заголовок и окончание, которые содержат служебную информацию. Данные, более верхних уровней вставляются, в пакеты нижних уровней.

Пример инкапсуляции пакетов в стеке TCP/IP

Физический и канальный уровень.

Стек TCP/IP не подразумевает использования каких-либо определенных протоколов уровня доступа к среде передачи и физических сред передачи данных. От уровня доступа к среде передачи требуется наличие интерфейса с модулем IP, обеспечивающего передачу IP-пакетов. Также требуется обеспечить преобразование IP-адреса узла сети, на который передается IP-пакет, в MAC-адрес. Часто в качестве уровня доступа к среде передачи могут выступать целые протокольные стеки, тогда говорят об IP поверх ATM, IP поверх IPX, IP поверх X.25 и т.п.

Межсетевой уровень и протокол IP.

Основу этого уровня составляет IP-протокол.

IP (Internet Protocol) – интернет протокол.

Первый стандарт IPv4 определен в RFC-760 (DoD standard Internet Protocol J. Postel Jan-01-1980)

Последняя версия IPv4 - RFC-791 (Internet Protocol J. Postel Sep-01-1981).

Первый стандарт IPv6 определен в RFC-1883 (Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification S. Deering, R. Hinden December 1995)

Последняя версия IPv6 - RFC-2460 (Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification S. Deering, R. Hinden December 1998).

Протокол IP доставляет блоки данных от одного IP-адреса к другому.

Программа, реализующая функции того или иного протокола, часто называется модулем, например, “IP-модуль”, “модуль TCP”.

Когда модуль IP получает IP-пакет с нижнего уровня, он проверяет IP-адрес назначения.

Если IP-пакет адресован данному компьютеру, то данные из него передаются на обработку модулю вышестоящего уровня (какому конкретно - указано в заголовке IP-пакета).

Также может потребоваться, на границе сетей с различными характеристиками, разбить IP-пакет на фрагменты (фрагментация), а потом собрать в единое целое на компьютере-получателе.

Структура дейтограммы IP. Слова по 32 бита.

Версия - версия протокола IP (например, 4 или 6)

Длина заг. - длина заголовка IP-пакета.

Тип сервиса (TOS - type of service) - Тип сервиса (подробнее рассмотрен в лекции 8).

TOS играет важную роль в маршрутизации пакетов. Интернет не гарантирует запрашиваемый TOS, но многие маршрутизаторы учитывают эти запросы при выборе маршрута (протоколы OSPF и IGRP).

Идентификатор дейтаграммы, флаги (3 бита) и указатель фрагмента - используются для распознавания пакетов, образовавшихся путем фрагментации исходного пакета.

Время жизни (TTL - time to live) - каждый маршрутизатор уменьшает его на 1, что бы пакеты не блуждали вечно.

Протокол - Идентификатор протокола верхнего уровня указывает, какому протоколу верхнего уровня принадлежит пакет (например: TCP, UDP).

Коды некоторые протоколов RFC-1700 (1994)

Протокол IP является маршрутизируемый, для его маршрутизации нужна маршрутная информация.

Маршрутная информация, может быть:

Статической (маршрутные таблицы прописываются вручную)

Динамической (маршрутную информацию распространяют специальные протоколы)

Протоколы динамической маршрутизации:

RIP (Routing Information Protocol) - протокол передачи маршрутной информации, маршрутизаторы динамически создают маршрутные таблицы.

OSPF (Open Shortest Path First) - протокол "Открой кротчайший путь первым", является внутренним протоколом маршрутизации.

IGP (Interior Gateway Protocols) - внутренние протоколы маршрутизации, распространяет маршрутную информацию внутри одной автономной системе.

EGP (Exterior Gateway Protocols) - внешние протоколы маршрутизации, распространяет маршрутную информацию между автономными системами.

BGP (Border Gateway Protocol) - протокол граничных маршрутизаторов.

Другие служебные IP-протоколы

IGMP (Internet Group Management Protocol) - позволяет организовать многоадресную рассылку средствами IP.

RSVP (Resource Reservation Protocol) - протокол резервирования ресурсов.

ARP (Address Resolution Protocol) - протокол преобразования IP-адреса и адреса канального уровня.

Транспортный уровень

Протоколы транспортного уровня обеспечивают прозрачную доставку данных между двумя прикладными процессами. Процесс, получающий или отправляющий данные с помощью транспортного уровня, идентифицируется на этом уровне номером, который называется номером порта. Таким образом, роль адреса отправителя и получателя на транспортном уровне выполняет номер порта (или проще - порт).

Анализируя заголовок своего пакета, полученного от межсетевого уровня, транспортный модуль определяет по номеру порта получателя, какому из прикладных процессов направлены данные, и передает эти данные соответствующему прикладному процессу. Номера портов получателя и отправителя записываются в заголовок транспортным модулем, отправляющим данные; заголовок транспортного уровня содержит также и другую служебную информацию; формат заголовка зависит от используемого транспортного протокола.

На транспортном уровне работают два основных протокола: UDP и TCP.

Первая и последняя версия TCP - RFC-793 (Transmission Control Protocol J. Postel Sep-01-1981).

Посылает запрос на следующий пакет, указывая его номер в поле "Номер подтверждения" (AS). Тем самым, подтверждая получение предыдущего пакета.

Делает проверку целостности данных, если пакет битый посылает повторный запрос.

Структура дейтограммы TCP. Слова по 32 бита.

Длина заголовка - задается словами по 32бита.

Размер окна - количество байт, которые готов принять получатель без подтверждения.

Контрольная сумма - включает псевдо заголовок, заголовок и данные.

Указатель срочности - указывает последний байт срочных данных, на которые надо немедленно реагировать.

URG - флаг срочности, включает поле "Указатель срочности", если =0 то поле игнорируется.

ACK - флаг подтверждение, включает поле "Номер подтверждения, если =0 то поле игнорируется.

PSH - флаг требует выполнения операции push, модуль TCP должен срочно передать пакет программе.

RST - флаг прерывания соединения, используется для отказа в соединении

SYN - флаг синхронизация порядковых номеров, используется при установлении соединения.

FIN - флаг окончание передачи со стороны отправителя

UDP (Universal Datagram Protocol) - универсальный протокол передачи данных, более облегченный транспортный протокол, чем TCP.

Основные отличия от TCP:

Отсутствует соединение между модулями UDP.

При потере пакета запрос для повторной передачи не посылается

UDP используется если не требуется гарантированная доставка пакетов , например, для потокового видео и аудио, DNS (т.к. данные небольших размеров). Если проверка контрольной суммы выявила ошибку или если процесса, подключенного к требуемому порту, не существует, пакет игнорируется (уничтожается). Если пакеты поступают быстрее, чем модуль UDP успевает их обрабатывать, то поступающие пакеты также игнорируются.

Структура дейтограммы UDP. Слова по 32 бита.

Не все поля UDP-пакета обязательно должны быть заполнены. Если посылаемая дейтаграмма не предполагает ответа, то на месте адреса отправителя могут помещаться нули.

Протокол реального времени RTP

RTP (Real Time Protocol) - транспортный протокол для приложений реального времени.

RTCP (Real Time Control Protocol) - транспортный протокол обратной связи для приложения RTP..

Назначение портов

По номеру порта транспортные протоколы определяют, какому приложению передать содержимое пакетов.

Порты могут принимать значение от 0-65535 (два байта 2^16).

Некоторые заданные порты RFC-1700 (1994)

Программа Ping

Программа для проверки соединения и работы с удаленным хостом.

Программа TraceRoute - позволяет проверить маршрут до удаленного хоста.

СОДЕРЖАНИЕ

История

Раннее исследование

Ранняя реализация

Принятие

Формальная спецификация и стандарты

Ключевые архитектурные принципы

Связующий слой

Канальный уровень в модели TCP / IP имеет соответствующие функции на уровне 2 модели OSI.

Интернет-уровень

Транспортный уровень

данные поступают по порядку
данные имеют минимальную ошибку (т.е. правильность)
повторяющиеся данные отбрасываются
потерянные или отброшенные пакеты повторно отправляются
включает контроль заторов на дорогах

Уровень приложения

Названия слоев и количество слоев в литературе

В следующей таблице показаны различные сетевые модели. Количество слоев варьируется от трех до семи.

Сравнение уровней TCP / IP и OSI

Реализации

Читайте также: