Протокол это стандарт передачи

Обновлено: 17.05.2024

Протоколы передачи данных в ЦОД: RS-232, RS-422, RS-485

Центры Обработки Данных (ЦОД) - критически-важные объекты, сбои в которых приводят к огромным убыткам, а потому они оснащаются мощной системой автоматики и являются интеллектуальными объектами, способными длительное время работать в автоматическом режиме без вмешательства человека.

Содержание статьи:

Роль человека сводится к мониторингу ситуации и реакцию в аварийных случаях. Каждая единица инженерного оборудования в ЦОД оснащена одним или несколькими протоколами для передачи данных в диспетчерский пункт. Разберемся в этих протоколах.

Зачем нужны протоколы передачи в ЦОД

Для адекватного контроля за работой ЦОД необходимо иметь перед глазами целый список параметров, характеризующих работу инженерных систем, например:

Энергопотребление объекта,
Текущая схема электропитания,
Температуры на входе и выходе из стоек,
Влажность в помещении ЦОД,
Статусы оборудования и др.

Для передачи этих данных все устройства оборудованы тем или иным интерфейсом, подсоединение к которому позволяет считывать информацию по заданному протоколу.

Физически это означает наличие определенных разъемов на оборудовании и кабельные изделия, способные обеспечить передачу информации в диспетчерский пункт. Чаще всего это:

RS-232 (EIA-232)
RS-422 (EIA-422)
RS-485 (EIA-485)

Термины и определения

RS в названии протокола означает Recommended Standard (рекомендованный стандарт).

Все три протокола относятся к физическому уровню (по модели OSI (англ. Open Systems Interconnection Basic Reference Model, базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем)). Физический уровень является самым нижним уровнем модели OSI, т.е. поток информации передается на нижнем уровне – в двоичной системе – в виде последовательности 0 и 1.

Протоколы передачи данных можно классифицировать по разным признакам:

По направлению сигнала

Симплексные (simplex) протоколы позволяют передавать данные только в одну сторону. Это, например, телевизионные и радио-сигналы. Используется одножильный провод с оплеткой.
Полудуплексные (half-duplex) протоколы позволяют передавать данные в обе стороны, но не одновременно. Используется двужильный провод (витая пара) с оплеткой. Пример – RS-485.
Дуплексные (full-duplex) протоколы позволяют передавать данные в обе стороны одновременно. Используется четырехжильный провод (двойная витая пара) с оплеткой. Пример – RS-232, RS-422, в некоторых случаях RS-485.

Таким образом, уже стали проясняться принципиальные отличия протоколов серии RS.

RS-232 позволяет устройствам передавать и получать информацию одновременно, но он ограничен по длине (15м).
RS-422 придуман на замену RS-232, если последний не удовлетворяет требованиям по скорости и дальности (до 10Мбит/сек на 15м и до 100кбит/сек на 1220м).
RS-485 – самый распространенный протокол с высокими характеристиками (до 10Мбит/сек на 15м и до 100кбит/сек на 1220м) и выигрывающий у RS-422 в капитальных затратах: две жилы – это дешевле четырех.

Рассмотрим каждый протокол подробнее.

RS-232 или EIA-232

RS-232 – это стандарт последовательной синхронной и асинхронной передачи двоичных данных между терминалом и коммуникационным устройством.

RS-232 был введён в 1962 году.

Существует понятие стартового бита, получив который получатель понимает, что сеанс передачи информации открыт. Далее через равные промежутки времени отправляются информационные биты. Передача пакетная, длина пакета равна одному байту.

RS-422 (Recommended Standard 422) или EIA-422

Учитывая полный дуплекс RS-422, его чаще используют в ведущем устройстве, а на ведомых устанавливают драйвер RS-485.

Кабель RS-422 представляет собой двойную витую пару:

RS-485 (Recommended Standard 485) или EIA-485

RS-485 - стандарт передачи данных по двухпроводному полудуплексному многоточечному последовательному каналу связи.

RS-485 поддерживает максимально 32 пары приемник/передатчик (впоследствии модернизировано до 255), но возможность использования хабов и репитеров увеличивает сеть до бесконечности.

На основе RS-485 создана целая серия промышленных сетей и сетевых протоколов (ModBus, ProfiBus, LanDrive и другие).

Передача сигнала осуществляется посредством кабеля:

или обычного сетевого (используется только две жилы (одна пара)):

В качестве разъема может применяться как сетевой вход, так и клеммный (третий контакт – для оплетки):

Кто же лучше?

Итак, рассказав о трех стандартах передачи данных, сделаем выводы по каждому из них, применительно к использованию для систем мониторинга ЦОД:

Данный стандарт можно увидеть на многих устройствах, но его широкое применение ограничивается малой длиной кабеля: до 15м. RS-232 обычно используется для соединения с компьютером.

RS-485 – наиболее распространенный стандарт в современных ЦОД благодаря дальности и приемлемой скорости, а также возможности подключения большого числа устройств. Именно поверх RS-485 создано множество промышленных сетей и сетевых протоколов, таких как ModBus, ProfiBus и LanDrive.

RS-422 – замена RS-232 на дальних расстояниях. Будучи полностью дуплексным протоколом, используется в ведущих устройствах, что позволяет параллельно вести прием и передачу данных в различных направлениях.

Продолжающееся быстрое развитие Internet, протоколов и стандартов, связанных с Сетью, требует систематизации и упорядочения достигнутых результатов. Этой цели служат периодически обновляемые документы, издаваемые Управляющим советом по вопросам архитектуры Internet (IAB ? Internet Architecture Board).

Продолжающееся быстрое развитие Internet, протоколов и стандартов, связанных с Сетью, требует систематизации и упорядочения достигнутых результатов. Этой цели служат периодически обновляемые документы, издаваемые Управляющим советом по вопросам архитектуры Internet (IAB - Internet Architecture Board). Однако, несмотря на многообразие этих документов, ни один из них не дает достаточно полной и ясной картины о статусе выпускаемых документов и стадиях их разработки. Даже в совокупности они дают очень слабое представление о взаимоотношениях между протоколами и стандартами Internet.

RFC Index (перечень RFC - Request for Comments) - список всех изданных RFC в порядке возрастания номеров, дополняемый по мере их появления.
Internet official protocol standards (официальный перечень стандартов по протоколам Internet) - периодически обновляемый документ, где излагается общая характеристика процесса стандартизации в Internet, перечни вновь изданных RFC и обобщающие перечни протоколов, группируемые по стадиям стандартизации и иным признакам. Последняя версия этого документа изложена в RFC 2400.
RFC Summary Numbers (сводный перечень номеров RFC) переиздается, начиная с номера 699, через каждые 100 номеров и содержит перечни с краткими аннотациями каждых 100 предыдущих номеров RFC.
Assigned Numbers (присвоенные номера) - перечисляются присвоенные значения параметров, используемых в различных протоколах (например, адреса Internet, имена регионов, протокольные коды IP, номера портов TCP, коды опций Telnet, наименования типов терминалов).

Рис. 1. Динамика разработки документов RFC

Можно отметить, по меньшей мере, две существенные особенности документов RFC, отличающие их от нормативных документов других организаций. Во-первых, RFC охватывают самый широкий круг технических материалов, начиная от обязательных стандартов, включая предложения по стандартам, информационные сведения и кончая устаревшими документами, имеющими чисто историческую значимость.

Кроме того, RFC никогда не переиздаются и не пересматриваются с тем же номером. Пересмотренный протокол издается под другим номером, а прежние сохраняются в каталогах под прежними номерами.

информационные (informational);
экспериментальные (experimental);
предложения по стандартам (proposed standards);
проекты стандартов (draft standards);
стандарты (standards);
исторические (historic).

обязательные (required);
рекомендуемые (recommended);
избирательного применения (elective);
ограниченного применения (limited use);
не рекомендуемые (not recommended).

Протоколы проходят три стадии созревания: предложение по стандарту, проект и стандарт, подвергаясь на каждой стадии тщательному анализу и тестированию. Предложение по стандарту может стать проектом только при наличии минимум двух независимых реализаций и рекомендации Инженерной группы управления Internet (IESG - Internet Engineering Steering Group). Продвижение от проекта к стандарту требует обычно эксплуатационной проверки и демонстрации взаимодействия с двумя или более реализациями и также рекомендации IESG.

От предложения до проекта стандарта минимальная задержка составляет 6 месяцев, от проекта до стандарта - 4 месяца. Фактические же задержки могут достигать нескольких лет.

Протоколы, разработанные другими организациями по стандартизации или поставщиками и представляющие информационный интерес, либо по каким то другим причинам не входящие в предмет рассмотрения IESG, помечаются как информационные. Информационные документы не имеют статуса.

Общее правило присвоения номеров STD состоит в том, что отдельный номер STD присваивается, если спецификация логически отделена от других. Такой логически отдельной опции присваивается отдельный номер, в то время как не опциональные расширения используют один и тот же номер SТD в качестве базовой спецификации. В подобных случаях документы, определяющие конкретный стандарт, должны ссылаться друг на друга.

Помимо этого протоколы (в основном экспериментальные и исторические) могут получить один из следующих статусов:

С 1995 году IAB ввоцедуре принятия предложений по стандартам. Статус этих документов определен в RFC 1818, а документы BCP имеют свою независимую нумерацию. К сегодняшнему дню разработано 25 RFC в статусе BCP, однако при формальном группировании RFC по RFC 2400 документы BCP в отдельный класс не выделяются.

Рис. 2. Классификация протоколов Internet

Изложенная классификация протоколов в схематическом виде представлена на рис. 2. К сожалению, фактическая классификация конкретных документов и протоколов Internet как в самом RFC 2400, так и в других перечисленных регламентирующих и обобщающих документах IAB не обладает четкостью этого рисунка и страдает иногда нелогичностью и противоречивостью.

Таблица 1. Количественное распределение протоколов
Internet по стадиям разработки

Стадия разработки	Действующие	Устарелые	Всего
Стандарт	55	2	57
Проект стандарта	65	21	86
Предложение по стандарту	374	78	452
Экспериментальные	122	24	146
Лучшая современная технология	24	1	25
Информационные	516	61	577
Исторические	49	51	100
Не известна	740	168	908
Пустые номера RFC	—	—	77
ВСЕГО	1945	406	2428

Анализ перечисленных документов IAB позволил выявить следующую статистику количественного распределения документов RFC и протоколов Internet по стадиям разработки.

Все документы RFC, как и протоколы Internet, можно подразделить по другому признаку еще на две группы: документы, определяющие внутреннее функционирование Internet, и документы, определяющие взаимодействие Internet с сетями других типов. При этом ко второй группе относится около 277 (из 2331) документов RFC (включая устарелые и исторические). По относительному количеству выпущенных документов попытаемся косвенно оценить заинтересованность Internet во взаимосвязи с другими сетевыми технологиями и сетевыми архитектурами.

Эта статистика не показывает, однако, динамики взаимоотношений. Так, если взаимосвязь Internet с устарелыми (ARPANET) или достаточно зрелыми, но в чем-то устаревающими системами (IPX Novell, AppleTalk), постепенно вытесняемыми самой Internet, стабилизировалась (судя по отсутствию новых RFC) в начале 80-х, то с конца 80-х началась проработка взаимосвязей с развивающимися новыми архитектурами Frame Relay, ATM, а также привлечение и освоение ресурсов, наработанных в ISO, ITU-T, что и отразилось в появлении соответствующих RFC.

C 1990 года IAB ввел новую серию документов под названием FYI (For Your Information), которые носят информационный характер и должны обеспечить пользователей Internet централизованным справочником по наиболее важным темам и обобщающим вопросам (терминология, ответы на часто задаваемые вопросы относительно Internet и т.п.). Документы FYI имеют свою независимую нумерацию, и помещаются отдельным разделом в RFC Index, но не анализируются в RFC 2300. Издано 32 документа FYI, большинство из которых имеют своими дубликатами документы RFC.

Взаимосвязи между протоколами Internet

Уровневая архитектура протоколов Internet во многом соответствует концепции семиуровневой архитектуры протоколов эталонной модели OSI. Основное различие этих двух архитектур состоит в том, что протоколы трех верхних уровней эталонной модели OSI - прикладного, представления данных и сеансового в Internet, как правило, объединяются в один уровень - прикладной. Обобщенный профиль основных прикладных и коммуникационных протоколов Internet приведен на рис. 3.

Рис. 3. Основополагающие протоколы Internet и взаимосвязи между ними

Основными изначальными прикладными службами Internet были и остаются службы передачи файлов, электронной почты и обмена новостями, виртуальных терминалов и справочная служба. В каждой из таких областей шло постоянное развитие исходных и создание новых более эффективных протоколов, основные из которых, используемые сегодня перечислены на рисунке. Кроме того изначально применялись протоколы, выполняющие ряд вспомогательных, но повышающих эффективность работы функций - протоколы информирования о времени (TIME, NTP), получения собственных идентификаторов (BOOTP), получения информации об окружающей системе (Finger), диагностические протоколы (Echo) и др.

На прикладном уровне Internet используются также разработанные в рамках архитектуры OSI прикладные протоколы электронной почты Х.400 и справочной службы Х.500.

На уровне звена данных (канальном уровне) изначально использовался протокол SLIP, который сегодня фактически вытеснен протоколом двухпунктовых соединений PPP, поддерживающим как асинхронные (байт-ориентированные стартстопные), так и синхронные (бит-ориентированные) двунаправленные кабельные или модемные соединения. В последнее время дополнительно разработаны и успешно используются специальные стандарты для передачи IP-трафика по сетям различных архитектур, которые более полно учитывают особенности этих сетей. Кроме того на этом уровне часто используются (с применением инкапсуляции) протоколы других архитектур (Frame Relay, HDLC (в подсетях X.25), SDLC (в подсетях SNA), DDCMP (в подсетях DECNet), протоколы LAN и др.

На физическом уровне в сети Internet могут быть использованы практически все широко известные протоколы и интерфейсы физического уровня, стандартизованные ITU-T (CCITT), EIA, ISO, Frame Relay Forum, ATM Forum, протоколы и интерфейсы LAN, SDH (SONET) и др. Единственным ограничением, налагаемым протоколом РРР на физический уровень, является наличие дуплексного канала, выделенного или коммутируемого, работающего в асинхронном или синхронном последовательном режиме, прозрачном для пакетов уровня PPP. На скорости передачи данных и тип интерфейса никаких ограничений не налагается.

Стандартизация протоколов защиты информации на всех уровнях Internet пока недостаточно зрелая - сегодня по этим вопросам нет ни одного принятого стандарта. Однако проработка вопросов защиты информации ведется достаточно активно - в стадии рассмотрения находится 14 предложений по стандартам и еще большее число документов находятся в экспериментальной и информационной стадиях.

Взаимосвязь с другими сетями и архитектурами

Большие информационные и коммуникационные возможности Internet, с одной стороны, наличие современных высокоскоростных сетевых технологий, а также прикладных программ других сетевых архитектур с более широкими и гибкими возможностями, с другой стороны, приводят к общей практической заинтересованности во взаимном обогащении прикладных и коммуникационных ресурсов различных сетей.

Как уже отмечалось, вопросам взаимодействия Internet с другими сетями посвящено 290 документов RFC, отражающих используемые на практике конфигурации взаимодействия. Основные из таких конфигураций отражены на рис. 4, где указаны также соответствующие документы RFC, определяющие взаимодействие протоколов Internet с другими протоколами.

Можно выделить два основных подхода к взаимодействию Internet с другими сетевыми архитектурами и сетевыми технологиями.

Использование на нижних уровнях Internet современных высокоскоростных протоколов типа типа FDDI, Fast Ethernet, Frame Relay, ATM и др., повышающее эффективность работы прикладных протоколов Internet.
Использование более эффективных прикладных программ других сетевых архитектур (типа OSI, SNA) для работы по практически апробированным, достаточно зрелым и широко распространенным коммуникационным протоколам Internet.

Метод инкапсуляции протоколов определен в рекомендациях ITU-T I.363, I.365, Q.2119, стандартах ANSI T1.617a, Frame Relay Forum FRF.3.1 и в RFC 1490. На рис. 4 взаимодействие различных протоколов методом инкапсуляции изображено стрелками.

Метод преобразования услуг использован в показанном на рис. 4 взаимодействии протоколов Internet с прикладными протоколами OSI. В RFC 1006 (стандарт STD 35) определен механизм, позволяющий протоколу транспортного уровня ТР 0 (простой класс) по ISO/IEC 8073 (и, следовательно, любым прикладным программам OSI, работающим по ТР 0) функционировать над протоколом TCP Internet при использовании услуг протокола IP. В результате логические объекты всех верхних уровней OSI (прикладного, представления данных и сеансового) могут функционировать нормально, не ощущая того, что все они работают по TCP/IP.

Протокол по RFC 1006/2126 и ISO/IEC 14766 преобразует услуги протокола TCP Internet в стандартные по ISO/IEC 8348 услуги сетевого уровня OSI в режиме с установлением соединения (CONS), которые затем используются протоколом TP 0 или TP 2 по ISO/IEC 8073. Кроме того указанный протокол инкапсулирует протокольные блоки ISO/IEC 8073 в пакеты протокола ТСР. При этом все основные аспекты услуг транспортного уровня по ISO/IEC 8072 сохраняются, за исключением параметра качества услуг.

Рис. 4. Взаимосвязь протоколов Internet с протоколами других сетевых архитектур и технологий

Наряду с широко известными сетевыми архитектурами и сетевыми технологиями OSI, X.25, ISDN, Frame Relay, ATM, SDH/SONET, а также стандартными технологиями локальных сетей семейства IEEE 802 (Ethernet, Token Ring, FDDI) на рис. 4 изображены взаимосвязи Internet с другими менее известными технологиями.

Поскольку служба NetBIOS сконструирована на основе различных протоколов и различного оборудования, то для обеспечения взаимодействия NetBIOS в Internet RFC 1001 и 1002 определили стандартный протокол для функционирования прикладных программ NetBIOS над протоколами TCP и UDP. Кроме того, поскольку для выполнения некоторых приложений NetBIOS типа серверов файлов ПК не подходят, то RFC 1001 и 1002 определили возможность построения реализаций на системах любого типа, где имеется комплект протоколов TCP/IP.

С другой стороны, RFC 1088 определил стандартный метод инкапсуляции датаграмм протокола IP в датаграммы NetBIOS с тем, чтобы обеспечить возможность работы в компьютерах сети NetBIOS прикладных программ Internet, работающих над IP. Кроме того определено преобразование 4-байтовых адресов IP в 16-байтовые имена NetBIOS. Использование маршрутизаторов, способных инкапсулировать пакеты IP в обычные протоколы уровня звена данных (типа протоколов локальных сетей), а также в датаграммы NetBIOS, позволяют компьютерам NetBIOS взаимодействовать со всей Internet.

Протокол PPP обеспечивает стандартный метод транспортирования многопротокольных датаграмм по двухпунктовым каналам. PPP определяет расширяемый Link Control Protocol и поддерживает семейство различных протоколов сетевого уровня NCP (Network Control Protocols). RFC 2097 определил один из протоколов NCP, поддерживаемых PPP, для функционирования протокола сетевого уровня NBFCP сети NetBIOS над PPP.

Высокопроизводительный параллельный интерфейс HIPPI, разработанный в конце 80-х - начале 90-х рабочей группой ANSI X3T9.3 HIPPI, представляет собой простой канал данных. Пара таких каналов обеспечивает одновременный прием и передачу данных на скорости 800 Мбит/с и факультативно 1600 Мбит/с.

Документы RFC Index:

Следует учесть, что содержимое RFC Index по всем указанным адресам не идентичное. Если, например, по первому из адресов RFC Index содержит только перечень номеров RFC (без названий документов), форматы RFC (указываемые расширением имени файла) и емкость электронной версии документа в Кбайт, то по последнему из перечисленных адресов содержится наиболее подробный RFC Index с указанием дополнительно наименования документа, фамилий авторов, даты издания, устарелых или обновляемых версий документа и стадии разработки протокола.

Передача информации в компьютерной сети подчинена ряду правил. Они зависят от типа сведений, решаемых в сети задач, определяют условия работы оборудования, входящего в сеть. Рассмотрим, что такое протокол (стандарт) передачи данных в информатике, их виды, кратко опишем наиболее используемые.

Протокол передачи данных: что это в информатике

В глобальную сеть входят миллиарды компьютеров, мобильных и иных устройств. Работают они на базе разнообразных программных и аппаратных платформ, но при обмене данными руководствуются едиными принципами – протоколами, в информатике – это базовый набор методов, принципов, соглашений, в соответствии с которыми происходит обмен информацией между узлами сети. Они задают алгоритмы обработки возникших ошибок, правила совместной эксплуатации оборудования. Надстраиваются один над иным – имеют многоуровневую структуру; следующий не выполняется, пока не завершится работа предшествующего.

Различают прикладные и базовые протоколы. Прикладные – специализированные – отвечают за передачу текста, новостей, потокового мультимедиа. Их часть может не участвовать в работе компьютера либо не поддерживаться.

Структура

Open System Interconnection (OSI) – семиуровневая классификация сетевых стандартов. Модель описывает методику функционирования и взаимодействия сетевых стандартов. Предусматривает их разделение на уровни – имеют иерархическую структуру – правила вышестоящих уровней используют протоколы нижестоящих. Процесс называют инкапсуляцией. Извлечение информации вышестоящих уровней из нижестоящих – декапсуляция.

OSI представлена семиуровневой моделью функционирования компьютерной сети. В неё входят следующие уровни взаимодействия между узлами:

Физический – самый низкий – диктует параметры физической, электрической сред, необходимых для обмена данными. Содержит инструкции и принципы пересылки пакетов через физические линии связи, описывает параметры электрических сигналов: такт, частота, форма. Определяет скорость обмена, методы снижения потерь.
Канальный – отвечает за взаимодействие сетей, контролирует и корректирует ошибки. Информация на уровне упаковывается в кадры, отвечает за их доставку адресатам в ограниченном сегменте сети.
Сетевой – его задача – маршрутизация (на этом уровне функционирует роутер). Занимается определением кратчайших путей пересылки данных, превращает логические адреса в физические, следит, чтобы в сети не образовывались задержки – заторы.
Транспортный протокол – разделяет информацию на фрагменты, зависящие от используемого стандарта (UDP, TCP), доставляет их адресату.
Сеансовый – управляет сеансом: оставляет соединение активным длительное время, обеспечивая взаимодействие между программами. Поддерживает сеанс открытым, когда программы не взаимодействуют.
Уровень представления – трансформирует пакеты из формата, в котором файлы хранятся на устройстве, в адаптированный под пересылку по сети и наоборот.
Прикладной – это протокол связи наивысшего уровня, позволяет программам взаимодействовать с сетевыми службами, иметь доступ к общим ресурсам.

Модель со стеком стандартов TCP/IP включает четыре уровня: канальный, сетевой, транспортный и прикладной.

Виды протоколов передачи данных в компьютерных сетях

IP – основа для объединения компьютеров и иных устройств в интернете. Объединяет локальные сети, их сегменты в одну глобальную систему, отвечает за обмен информацией между её узлами. Не гарантирует целостность и правильный порядок её отправки, за это отвечают стандарты более высоких уровней. Протокол маршрутизации IP обеспечивает доставку пакетов от одного ПК или сервера к другому.

NTP – служит для высокоточной синхронизации времени, практичен для установки точного времени на серверах. Учитывает задержки, необходимые для отправки, обработки запроса, приёма ответа.

SSH – создан для организации удалённого управления ОС, туннелирования TCP – создания защищённого передовыми алгоритмами шифрования тоннеля между двумя компьютерами.

TCP – основополагающий транспортный протокол, обеспечивает работу интернета: разбивку документов на пакеты во время отправки, а также сборку файлов во время их получения. Применяется для контроля передачи процесса переноса информации между клиентами сети с предварительной установкой связи. Исключает получение дубликатов блоков, отправляет запрос на их получение вследствие потери – гарантирует целостность данных.

TELNET – предшественник SSH – применялся для удалённого администрирования, но стал неактуальным из-за проблем с безопасностью.

UDP – схож с IP. Предоставляет сетевым службам транспортные услуги, доставляет блоки информации, не требуя подтверждения их получения. Гарантирует целостность переданных сведений.

Дайте определение протокола в информатике, назовите структуры и уровни двух основных их них: OSI и TCP/IP.

Протокол TCP/IP – это целая сетевая модель, описывающая способ передачи данных в цифровом виде. На правилах, включенных в нее, базируется работа интернета и локальных сетей независимо от их назначения и структуры.

Что такое TCP/IP

Произошло наименование протокола от сокращения двух английских понятий – Transmission Control Protocol и Internet Protocol. Набор правил, входящий в него, позволяет обрабатывать как сквозную передачу данных, так и другие детали этого механизма. Сюда входит формирование пакетов, способ их отправки, получения, маршрутизации, распаковки для передачи программному обеспечению.

Стек протоколов TCP/IP был создан в 1972 году на базе NCP (Network Control Protocol), в январе 1983 года он стал официальным стандартом для всего интернета. Техническая спецификация уровней взаимодействия описана в документе RFC 1122.

В составе стека есть и другие известные протоколы передачи данных – UDP, FTP, ICMP, IGMP, SMTP. Они представляют собой частные случаи применения технологии: например, у SMTP единственное предназначение заключается в отправке электронных писем.

Уровни модели TCP/IP

Протокол TCP/IP основан на OSI и так же, как предшественник, имеет несколько уровней, которые и составляют его архитектуру. Всего выделяют 4 уровня – канальный (интерфейсный), межсетевой, транспортный и прикладной.

Канальный (сетевой интерфейс)

Аппаратный уровень обеспечивает взаимодействие сетевого оборудования Ethernet и Wi-Fi. Он соответствует физическому из предыдущего стандарта OSI. Здесь задача состоит в кодировании информации, ее делению на пакеты и отправке по нужному каналу. Также измеряются параметры сигнала вроде задержки ответа и расстояния между хостами.

Межсетевой (Internet Layer)

Интернет состоит из множества локальных сетей, объединенных между собой как раз за счет протокола связи TCP/IP. Межсетевой уровень регламентирует взаимодействие между отдельными подсетями. Маршрутизация осуществляется путем обращения к определенному IP-адресу с использованием маски.

Транспортный уровень (Transport Layer)

Следующий уровень отвечает за контроль доставки, чтобы не возникало дублей пакетов данных. В случае обнаружения потерь или ошибок информация запрашивается повторно. Такой подход дает возможность полностью автоматизировать процессы независимо от скорости и качества связи между отдельными участками интернета или внутри конкретной подсети.

Протокол TCP отличается большей достоверностью передачи данных по сравнению с тем же UDP, который подходит только для передачи потокового видео и игровой графики. Там некритичны потери части пакетов, чего нельзя сказать о копировании программных файлов и документов. На этом уровне данные не интерпретируются.

Прикладной уровень (Application Layer)

Здесь объединены 3 уровня модели OSI – сеансовый, представления и прикладной. На него ложатся задачи по поддержанию сеанса связи, преобразованию данных, взаимодействию с пользователем и сетью. На этом уровне применяются стандарты интерфейса API, позволяющего передавать команды на выполнение определенных задач.

Порты и сокеты – что это и зачем они нужны

Комбинация IP-адреса и порта называется сокетом и используется при идентификации компьютера. Если первый критерий уникален для каждого хоста, второй обычно фиксирован для определенного типа приложений. Так, получение электронной почты проходит через 110 порт, передача данных по протоколу FTP – по 21, открытие сайтов – по 80.

Преобразование IP-адресов в символьные адреса

Технология активно используется для назначения буквенно-цифровых названий веб-ресурсов. При вводе домена в адресной строке браузера сначала происходит обращение к специальному серверу DNS. Он всегда прослушивает порт 53 у всех компьютеров, которые подключены к интернету, и по запросу преобразует введенное название в стандартный IP-адрес.

После определения точного местонахождения файлов сайта включается обычная схема работы – от прикладного уровня с кодированием данных до обращения к физическому оборудованию на уровне сетевых интерфейсов. Процесс называется инкапсуляцией информации. На принимающей стороне происходит обратная процедура – декапсуляция.

Читайте также: