TCP IP: что это

Уровни

TCP/IP представляет собой структурированный стек протоколов, который состоит из четырех основных уровней:

• Уровень доступа к среде (канальный) – охватывает физическое и канальное взаимодействие устройств в локальной сети. Он включает в себя аппаратное оборудование (например, сетевые карты и кабели) и протоколы, которые управляют физической передачей данных через среду передачи (например, Ethernet).
• Уровень интернета (межсетевой) – ответственен за маршрутизацию данных между различными сетями. Он включает в себя Internet Protocol (IP), который присваивает уникальные IP-адреса устройствам и определяет, как данные должны быть перенаправлены через сеть.
• Уровень транспорта (транспортный) – на этом уровне обеспечивается надежная передача данных от источника к назначению. Здесь используются протоколы, такие как Transmission Control Protocol (TCP) и User Datagram Protocol (UDP). TCP обеспечивает надежность и управление потоком данных, в то время как UDP – более быструю, но менее надежную передачу.
• Уровень прикладных служб (прикладной) – включает в себя разнообразные прикладные протоколы, такие как HTTP, FTP, SMTP и многие другие. Они позволяют приложениям обмениваться данными и предоставлять различные сетевые услуги. Это самый верхний уровень стека: он тесно связан с конечными пользовательскими приложениями.

Каждый уровень стека TCP/IP выполняет свою роль в обеспечении надежности и эффективности сетевой коммуникации, и все они взаимодействуют, чтобы обеспечить передачу данных через сеть от отправителя к получателю.

Канальный

Расскажем подробнее про каждый из уровней. Канальный представляет собой нижний уровень стека TCP/IP и ответственен за физическое и канальное взаимодействие между устройствами в локальной сети (LAN) или другой ограниченной среде передачи данных. Он играет важную роль в передаче данных от компьютеров и других устройств через определенную среду: провода, оптоволокно или беспроводные сети.

Основные задачи и функции канального уровня:

• Определяет физическое соединение между устройствами, такие как типы кабелей, коннекторы и характеристики передачи сигнала.
• Разбивает данные на кадры, добавляет заголовки и контрольные суммы кадров для их передачи по среде. Получатель на канальном уровне удаляет заголовки и проверяет контрольные суммы для обеспечения целостности данных.
• Определяет, как устройства получают доступ к среде передачи данных и разрешают коллизии (если они возникают).

Приведем примеры протоколов на этом уровне:

• Ethernet определяет метод доступа CSMA/CD (канального доступа с обнаружением несущей и коллизий) и использует MAC-адреса для идентификации устройств.
• Wi-Fi (IEEE 802.11) применяется в беспроводных сетях и использует радиоволновые среды передачи. Устройства в беспроводной сети могут конкурировать за доступ к каналу, используя CSMA/CA (канальный доступ с обнаружением несущей и избеганием коллизий).
• Token Ring редко используется в современных сетях, но он представляет собой пример сети с токен-передачей, где устройство должно получить «токен» перед тем, как оно начнет передавать данные.

Когда устройства взаимодействуют на канальном уровне, они обмениваются кадрами данных через среду передачи. Кадры содержат информацию о MAC-адресах отправителя и получателя, а также данные, которые нужно передать. После того как кадр успешно доставлен, он может быть передан более высоким уровням стека TCP/IP (например, на уровень интернета, где используется IP-адресация).

Межсетевой

Межсетевой уровень, также известный как уровень Интернета, является вторым уровнем в стеке TCP/IP. Он имеет ключевое значение в маршрутизации данных между различными сетями и сетевыми сегментами. Основной его задачей является обеспечение доставки данных от исходного узла (например, вашего компьютера) к конечному (например, веб-серверу) в сети, включая те, что могут находиться на больших расстояниях друг от друга.

Основные функции и задачи межсетевого уровня:

• Определяет, как данные будут перемещаться между различными сетями. Маршрутизаторы – устройства на межсетевом уровне — принимают решение о том, какие пути использовать для доставки данных на основе информации в заголовках IP-пакетов.
• Использует IP-адреса для уникальной идентификации устройств в глобальной сети, а они, в свою очередь, задействуются для определения отправителя и получателя данных.
• Может разбивать IP-пакеты на более мелкие фрагменты, если это необходимо для передачи через сети с ограниченными размерами кадров. Получатель собирает фрагменты обратно в исходные пакеты.

Приведем примеры протоколов:

• IPv4 (Internet Protocol version 4) – это одна из самых распространенных версий протокола IP. IPv4 использует 32-битные адреса и является основой сети Интернет. Пример IPv4-адреса: 192.168.1.1.
• IPv6 (Internet Protocol version 6) разработан для замены IPv4 и использует 128-битные адреса. Он предназначен для решения исчерпания адресов IPv4 и предоставления большего количества уникальных IP-адресов.
• ICMP (Internet Control Message Protocol) используется для отправки управляющих сообщений и обработки ошибок в сетях. Он может использоваться для проверки доступности хостов с помощью утилиты ping.

Когда данные готовы к передаче через сеть, они упаковываются в IP-пакеты. Они включают в себя информацию об IP-адресе отправителя и получателя, а также данные, которые нужно передать. IP-пакеты передаются через маршрутизаторы, которые принимают решение о том, какие пути использовать для доставки данных к месту назначения. Они, в свою очередь, определяют наилучший путь, основываясь на информации о сетях и маршрутах. IP-пакеты перемещаются через сеть, проходя через маршрутизаторы, пока не достигнут своего конечного пункта назначения.

Межсетевой уровень обеспечивает фундаментальную функциональность для межсетевой связи и позволяет данным путешествовать через глобальные сети, такие как Интернет, чтобы достигнуть своих конечных пунктов назначения.

Транспортный

Это третий уровень и один из ключевых уровней, который обеспечивает надежную передачу данных от источника к назначению. Основной его целью является обеспечение управления потоком, надежной доставки данных и обеспечение эффективной коммуникации между устройствами в разных сетях.

Основные функции и задачи транспортного уровня:

• Позволяет нескольким приложениям одновременно использовать сетевое соединение. Каждое приложение может иметь свой уникальный порт для идентификации.
• Разбивает данные перед отправкой на более мелкие блоки, называемые сегментами или дейтаграммами. Это упрощает передачу данных через сеть, особенно в условиях с ограниченной пропускной способности.
• Регулирует скорость отправки данных, чтобы устранить возможные перегрузки получателя. Это особенно важно в сетях с разными скоростями передачи данных.

Протоколы на транспортном уровне, такие как TCP, обеспечивают надежную доставку данных. Это включает в себя проверку целостности данных, повторную посылку потерянных пакетов и контроль потока данных.

Также приведем примеры протоколов:

• TCP (Transmission Control Protocol) является надежным и ориентированным на соединение протоколом. Он гарантирует надежную и упорядоченную доставку данных, а также обнаружение и пересылку потерянных или поврежденных пакетов. Широко используется для веб-сайтов, электронной почты и других приложений, где надежность критична.
• UDP (User Datagram Protocol) – это более легковесный протокол, который не гарантирует надежную доставку данных. Он предоставляет быструю передачу данных без установления соединения и контроля потока. UDP используется в таких приложениях, где небольшая задержка более важна, чем надежность, например, в потоковом видео, голосовой связи (VoIP) и играх.

Если используется TCP, процесс начинается с установления соединения между отправителем и получателем. Этот процесс включает в себя «рукопожатие» с устройствами, чтобы установить начальные параметры связи. Данные разбиваются на сегменты (для TCP) или дейтаграммы (для UDP). Все они содержат часть данных, а также информацию о портах отправителя и получателя. Сегменты или дейтаграммы отправляются через сеть и могут проходить через маршрутизаторы, а получатель принимает сегменты или дейтаграммы, собирает их в правильной последовательности (для TCP) и передает данные на уровень приложений для обработки.

Подытожим: транспортный уровень играет важную роль в обеспечении надежной и эффективной передачи данных через сети, и выбор протокола на этом уровне зависит от конкретных требований приложения.