Что является протокольной основой internet
Что является протокольной основой internet
Полезные советы
При поиске нужной вам информации, лучше использовать несколько поисковых систем, этим вы повысите эффективность ваших запросов.
Поиск по сайту
Содержание
Основы функционирования Интернет
Для эффективного использования любого инструмента на практике необходимо понимание его устройства и возможностей, предоставляемых пользователю. Это в полной мере относится и к глобальной сети Интернет, которая представляет собой всемирную (глобальную) компьютерную сеть, объединяющую в единое целое множество компьютерных сетей и отдельных ЭВМ, работающих по единым правилам. В свою очередь, компьютерная сеть представляет собой систему связи компьютеров и/или компьютерного оборудования. Для передачи информации в сети используются, как правило, различные виды электромагнитного излучения. В основе функционирования глобальной сети Интернет лежат три составляющие: техническая, технологическая и организационная.
Техническая основа Интернета
Рис.1. Принципиальная схема сети Интернет
Технологическая основа Интернета
Технологическую основу функционирования глобальной сети составляют сетевые протоколы — набор правил, позволяющих осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами. Наиболее существенную роль для обеспечения работы Интернета играют протоколы TCP/IP и HTTP.
Объяснить работу протоколов TCP/IP можно с помощью условного примера, иллюстрирующего взаимодействие двух компьютеров при передаче информации с одного на другой через Интернет (Рис.2).
Рис. 2. Схема взаимодействия двух компьютеров по протоколу TCP/IP
Таким образом, протоколы TCP/IP обеспечивают передачу информации между двумя компьютерами. При этом в соответствии с протоколом TCP передаваемое сообщение разбивается на TCP – пакеты на отправляющем сервере и восстанавливается в исходном виде на принимающем. Доставка каждого TCP – пакета к месту назначения организуется по протоколу IP. При этом маршруты для разных пакетов, составляющих одно сообщение, могут быть различными. Это объясняется тем, что каждый пакет передается на ближайший свободный в данный момент времени узел.
Отличительной особенностью Интернета является высокая надежность. При выходе из строя части компьютеров и линий связи сеть будет продолжать функционировать. Такая надежность обеспечивается тем, что в Интернете нет единого центра управления. Если выходят из строя некоторые линии связи или компьютеры, то сообщения могут быть переданы по другим линиям связи, так как сетевая структура Интернета всегда обеспечивает несколько путей передачи информации.
Протокол HTTP предполагает, что документы, размещаемые в сети Интернет, оснащаются специальными навигационными конструкциями (гиперссылками), соответствующими смысловым связям между различными документами или отдельными фрагментами одного документа. Гиперссылка — это объект в документе, с которым связан указатель для перехода на другую страницу, в другой документ. Для пользователя она выглядит как графическое изображение или текст в электронном документе. Гиперссылки устанавливают связи и позволяют переходить по ним к другим объектам данного или любого другого документа. Документ, содержащий гиперссылки называется гипертекстовым.
Таким образом, использование протокола HTTP позволило разместить в Интернете множество документов, связанных между собой гиперссылками, которое образовало гипертекстовую информационную систему. Она состоит из двух типов объектов:
В качестве узла такой БД может быть использован любой её объект – документ или его фрагмент (раздел, абзац, рисунок или его часть, таблица и т.п.). Схема, поясняющая принцип работы гипертекстовой поисковой системы представлена на рис. 3.
Рис.3. Схема, поясняющая принцип работы гипертекстовой информационной системы
Главное достоинство гипертекстовой информационной системы состоит в том, что пользователь имеет возможность просматривать документы (страницы текста) не последовательно, как это принято при чтении книг, а в удобном ему порядке.
Организационная-основа Интернета
Организационную основу Интернета составляет система адресации. Каждый узел Интернета имеет свой постоянный адрес, отличающий его от всех других. Как правило, в Интернете используются три способа адресации.
Символьные адреса или доменные имена
Числовые составные адреса (IP-адреса)
протокол >:// логин >: пароль >@ хост >: порт >/ URL-путь >
Элементы этой записи имеют следующее значение:
Следует заметить, что применение IP-адресов неудобно для человека, а потому с самых ранних времен компьютерам, подключенным к Internet, стали давать символьные имена. Символьное (доменное) имя дает возможность обращаться к компьютеру по имени, что позволяет избавиться от необходимости запоминать его числовой эквивалент. Таким образом, любой компьютер, подключенный к Интернету, имеет свой уникальный адрес цифровой или IP – адрес и доменный. Оба адреса равноправны, но IP – адрес удобен для обработки на ЭВМ, а символьный доменный адрес – для восприятия человеком. Поэтому компьютеры при пересылке информации используют цифровые адреса, а пользователи в работе с Интернетом используют, в основном, доменные.
Что такое TCP/IP и как работает этот протокол
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.
Если хосты находятся в одной подсети, маркируемой одной маской, данные передаются напрямую. В противном случае информация «путешествует» по целой цепочке промежуточных звеньев, пока не достигнет нужной точки. Назначение IP-адреса проводится по стандарту IPv4 или IPv6 (они не совместимы между собой).
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.
Возможно и использование «производных» протоколов. Например, для открытия сайтов используется HTTPS, при отправке электронной почты – SMTP, для назначения IP-адресов – DHCP. Такой подход упрощает программирование, снижает нагрузку на сеть, увеличивает скорость обработки команд и передачи данных.
Порты и сокеты – что это и зачем они нужны
Процессы, работающие на прикладном уровне, «общаются» с транспортным, но они видны ему как «черные ящики» с зашифрованной информацией. Зато он понимает, на какой IP-адрес адресованы данные и через какой порт надо их принимать. Этого достаточно для точного распределения пакетов по сети независимо от месторасположения хостов. Порты с 0 до 1023 зарезервированы операционными системами, остальные, в диапазоне от 1024 до 49151, условно свободны и могут использоваться сторонними приложениями.
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.
Виды протоколов в сети Интернет: какой протокол является базовым
Интернет работает на основе нескольких протоколов. Они накладываются друг на друга, взаимодействуют. Понимание базовых принципов работы сети важно не только для веб-мастеров и администраторов, но и для обычных пользователей. Это упростит саму эксплуатацию, поиск неполадок и проблем. Базовый протокол Интернета не так уж сложно понять.
Что такое протокол Интернета: понятие и история создания
APRANET — сеть, когда-то созданная в США. Считается, что именно она стала прародительницей всего Интернета вообще. Эта сеть одно время даже подчинялась военным ведомствам. Суть технологии в том, что применялась пакетная технология передачи данных. То есть информация передавалась несколькими порциями. Потом их можно было воспроизвести, интерпретировать с помощью другого терминала.
Значит и тогда, и сейчас протокол Интернета — это некие правила, связанные с передачей данных между разными устройствами. Это своеобразные унифицированные настройки, благодаря которым друг с другом смогли соединяться пользователи, находящиеся в разных уголках мира. Одновременный доступ к одному и тому же ресурсу тоже стал возможным. Протоколы сети Интернет начали развиваться.
Стандарты (протокола) обмена информацией
Это тоже название определённых правил, по которым передают сведения между участниками Сети в том или ином случае. Передаваемая кодированная информация становится понятной для всех абонентов благодаря применению таких правил. Обычно к ним относят следующие явления:
Обратите внимание! Надёжность передачи информации повышается, если элементы достаточно сложные. Но скорость обработки из-за этого может уменьшаться. Какой протокол является базовым в Интернете — будет рассмотрено далее.
Важно! Практически каждый разработчик может использовать свои собственные решения. Но подобные системы доступны только ограниченному числу пользователей. Интеграция в сложные сетевые процессы обмена информацией становится недоступной.
Поэтому в международной практике используют варианты, которые можно разделить на две крупные ветки. Это уровень обычных компьютерных сетей и промышленные либо полевые линии связи. Понятие используется на практике достаточно давно.
Какими бывают протоколы Интернета
На сегодняшний день известно несколько разновидностей протоколов Интернета. Они имеют следующие обозначения:
Обратите внимание! Различия между этими решениями кроются в уровнях назначения.
И здесь можно разделить решения по нескольким веткам:
ISO/OSI — система стандартизации, которая используется абсолютно для всех решений. Благодаря этому не возникает сбоев у разнообразных платформ, даже если используются разные операционные системы, оборудование поставляют разные производители. Сейчас такие детали практически не имеют значения.
Обратите внимание! Для функционирования Интернета используется протокол каждого уровня.
Основные протоколы сети Интернет
При упоминании любой сети чаще всего сейчас имеют в виду Интернет. Но, если глубже рассматривать эти явления, Интернет — не совсем отдельная сеть. Его можно назвать одним из способов передачи данных. У каждой сети свои варианты, которые контролируют работу этого элемента. Вид оборудования значения не имеет.
IP, ICMP, TCP и UDP
IP и TCP — два совершенно разных решения. Но обычно их всё равно связывают друг с другом. На практике комбинации сразу нескольких элементов встречаются достаточно часто, поскольку это позволяет наиболее эффективно решать задачи, поставленные перед пользователем. Но каждый из элементов выполняет операции на своём, отдельном уровне. Протоколы обмена файлами в Интернете имеют обозначение согласно принятым стандартам.
Обратите внимание! Когда информация передаётся по Интернету, то предполагается её разбивка по нескольким маленьким частям. Их передача идёт независимо друг от друга. Различные части проходят по разным маршрутам, благодаря чему скорость увеличивается. В месте получения сведения снова становятся единым целым. Предпринимаются дополнительные меры для того, чтобы защититься от возможных потерь.
TCP IP отвечает за создание интернет-пакетов, обратную сборку в месте получения. Он организует проверку целостности информации. Передача проходит повторно, если часть сведений всё-таки потеряна.
IP доставляет информацию по нужному адресу. У каждого компьютера, подключенного к Сети, есть свой уникальный IP-адрес.
Нужно учитывать и другие возможности:
UDP — решение, подходящее для передачи сведений небольшими кусками. Применяется на практике чаще, чем TCP. Но гарантия по доставке пакетов в нужной последовательности отсутствует в этом случае. Скорость передачи при этом выше, а системных ресурсов потребляется меньше.
Обратите внимание! Применение подобного компонента актуально, если для сети важна большая пропускная способность. Или важно проследить за тем, чтобы сама доставка отнимала как можно меньше времени. Поддерживать может любые виды оборудования.
ICMP относится к более низкому уровню. Отвечает за межсетевые сообщения. Цели использования чаще всего диагностические либо сервисные. Вот лишь несколько примеров ситуаций, когда компонент актуален:
Почтовые протоколы — SMTP, POP, IMAP
Свои собственные протоколы требуются, чтобы передавать и принимать сообщения по почте.
Обратите внимание! Чаще всего при отправке почты пользуются компонентом SMTP. Он также применяется, когда информация проходит между несколькими серверами. Адрес SMTP-сервера обязателен, если настраивают почтовые клиенты.
POP выбирают при получении почты с сервера почтового ящика. Есть несколько особенностей, связанных с этим направлением:
Обратите внимание! Для передачи и доставки почты к указанным ранее решениям подключают протокол TCP.
IMAP — более функциональный тип системы для чтения почты, хотя и менее известный. Благодаря ему просто получать доступ к письмам, которые хранятся на сервере и нет необходимости что-то загружать на локальный компьютер. Очень удобный вариант, если есть несколько устройств, с которых можно получать доступ к информации. IMAP и TCP тоже работают без проблем.
Протоколы HTTP и HTTPS
HTML — так называемый язык гипертекста, который часто используют на различных страницах в Интернете. По сети эти страницы тоже передаются по определённому стандарту. Это протокол передачи гипертекста, который и обозначается как HTTP.
Основа в данном случае — технология «клиент-сервер». Инициатор подсоединения к серверу — клиент, запрашивающий определённую информацию. Сервер ожидает соединения и времени, пока запрос будет обрабатываться. После этого возвращается обратное сообщение, где указан результат.
Важно! Чаще всего встречается вариант совместной работы HTTP и TCP. На страницах используются специальные адреса, работающие с протоколом.
HTTPS — ещё один компонент, связанный с этим направлением. Он нужен для обеспечения шифрования при передаче данных, чтобы конфиденциальная информация получала дополнительную защиту. Адреса, поддерживающие протокол, имеют соответствующее обозначение.
Протокол передачи файлов — FTP
Его главное назначение — передача файлов с одного компьютера на другой. Благодаря такой технологии файлами легко управлять удалённо, без лишних телодвижений. Протокол был введён в эксплуатацию ещё до того, как появилась Всемирная паутина, это достаточно старое решение. Сейчас его основная функция — загрузка файлов на веб-серверы. Но есть и целые хранилища, которые работают только на FTP.
Какой протокол является базовым для сети Интернет
TCP/IP — самый распространённый протокол, по которому в настоящее время передаётся информация. Хранение базовой передаваемой информации обеспечивается за счёт добавления к этой схеме трёх параметров:
Совокупность подобных характеристик будет работать, если в основе только IP-протокол. Он проходит несколько фаз по мере своей работы:
О средствах настройки, проверки
В операционной системе Windows настройка протокола становится одной из самых простых операций. Достаточно зайти в меню с параметрами Сети, где выбирается соответствующий пункт. Раньше решение вопроса было более простым. Сейчас пользователи выбирают между двумя вариантами подключения:
Обратите внимание! iPv4 — вариант стандартной настройки для большинства ситуаций. IPv6 — новая версия протокола, которая до сих пор остаётся невостребованной.
Доступ к состоянию сети с помощью системного трея помогут провести проверку в случае необходимости. Значок на панели сообщит пользователю о том, доступна сеть или нет. Определение текущего статуса не доставляет проблем.
Какие ещё протоколы используются в Интернете
Помимо выше указанных, для сети существуют и другие решения. У каждого свои особенности:
Важно! При выборе того или иного метода отталкиваться нужно от того, для чего предназначен тот или иной элемент. Одинаковым остаётся способ настройки в разных операционных системах. Только в некоторых специализированных компонентах заметно отличие.
Системы Windows изначально были настроены так, чтобы в качестве универсального протокола использовать TCP/IP. Все остальные функции не настраиваются вообще либо настраиваются, но автоматически.
Чёткая определённость и структурированность — главные условия для организации правильного обмена информацией по Сети между компьютерами. По этой причине применяются различные стандарты. Первоначально для установки протоколов использовались международные соглашения. Различные задачи, типы информации, протоколы могут быть разными в зависимости от того, что нужно пользователям или самим сетям.
Обратите внимание! Настройки в большинстве случаев автоматические, никаких проблем с работой возникнуть не должно. Хотя и ручная корректировка не доставляет хлопот, если следовать простым инструкциям.
Руководство по стеку протоколов TCP/IP для начинающих
Cтек протоколов TCP/IP широко распространен. Он используется в качестве основы для глобальной сети интернет. Разбираемся в основных понятиях и принципах работы стека.
Основы TCP/IP
Стек протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol, протокол управления передачей/протокол интернета) — сетевая модель, описывающая процесс передачи цифровых данных. Она названа по двум главным протоколам, по этой модели построена глобальная сеть — интернет. Сейчас это кажется невероятным, но в 1970-х информация не могла быть передана из одной сети в другую, с целью обеспечить такую возможность был разработан стек интернет-протоколов также известный как TCP/IP.
Разработкой этих протоколов занималось Министерство обороны США, поэтому иногда модель TCP/IP называют DoD (Department of Defence) модель. Если вы знакомы с моделью OSI, то вам будет проще понять построение модели TCP/IP, потому что обе модели имеют деление на уровни, внутри которых действуют определенные протоколы и выполняются собственные функции. Мы разделили статью на смысловые части, чтобы было проще понять, как устроена модель TCP/IP:
Уровневая модель TCP/IP
Выше мы уже упоминали, что модель TCP/IP разделена на уровни, как и OSI, но отличие двух моделей в количестве уровней. Документом, регламентирующим уровневую архитектуру модели и описывающий все протоколы, входящие в TCP/IP, является RFC 1122. Стандарт включает четыре уровня модели TCP/IP, хотя, например, согласно Таненбауму (Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Т18 Компьютерные сети. 5-е изд. — СПб.: Питер, 2012. — 960 с.: ил. ISBN 978-5-459-00342-0), в модели может быть пять уровней.
Три верхних уровня — прикладной, транспортный и сетевой — присутствуют как в RFC, так и у Таненбаума и других авторов. А вот стоит ли говорить только о канальном или о канальном и физическом уровнях — нет единого мнения. В RFC они объединены, поскольку выполняют одну функцию. В статье мы придерживаемся официального интернет-стандарта RFC и не выделяем физический уровень в отдельный. Далее мы рассмотрим четыре уровня модели.
Канальный уровень (link layer)
Предназначение канального уровня — дать описание тому, как происходит обмен информацией на уровне сетевых устройств, определить, как информация будет передаваться от одного устройства к другому. Информация здесь кодируется, делится на пакеты и отправляется по нужному каналу, т.е. среде передачи.
Этот уровень также вычисляет максимальное расстояние, на которое пакеты возможно передать, частоту сигнала, задержку ответа и т.д. Все это — физические свойства среды передачи информации. На канальном уровне самым распространенным протоколом является Ethernet, но мы рассмотрим его на примере в конце статьи.
Межсетевой уровень (internet layer)
Каждая индивидуальная сеть называется локальной, глобальная сеть интернет позволяет объединить все локальные сети. За объединение локальных сетей в глобальную отвечает сетевой уровень. Он регламентирует передачу информации по множеству локальных сетей, благодаря чему открывается возможность взаимодействия разных сетей.
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.
Маска подсети и IP-адреса
Маска подсети помогает маршрутизатору понять, как и куда передавать пакет. Подсетью может являться любая сеть со своими протоколами. Маршрутизатор передает пакет напрямую, если получатель находится в той же подсети, что и отправитель. Если же подсети получателя и отправителя различаются, пакет передается на второй маршрутизатор, со второго на третий и далее по цепочке, пока не достигнет получателя.
Протокол интернета — IP (Internet Protocol) используется маршрутизатором, чтобы определить, к какой подсети принадлежит получатель. Свой уникальный IP-адрес есть у каждого сетевого устройства, при этом в глобальной сети не может существовать два устройства с одинаковым IP. Он имеет два подвида, первым был принят IPv4 (IP version 4, версии 4) в 1983 году.
IPv4 предусматривает назначение каждому устройству 32-битного IP-адреса, что ограничивало максимально возможное число уникальных адресов 4 миллиардами (2 32 ). В более привычном для человека десятичном виде IPv4 выглядит как четыре блока (октета) чисел от 0 до 255, разделенных тремя точками. Первый октет IP-адреса означает его класс, классов всего 4: A, B, C, D.
В связи с быстрым ростом сети интернет остро вставала необходимость увеличения числа возможных IP-адресов. В 1998 впервые был описан IPv6 (IP version 6, версии 6), который использует 128-битные адреса, и позволяет назначить уникальные адреса для 2 128 устройств. Такого количества IPv6 адресов будет достаточно, чтобы назначить уникальный адрес для каждого атома на планете.
IPv6 имеет вид восьми блоков по четыре шестнадцатеричных значения, а каждый блок разделяется двоеточием. IPv6 выглядит следующим образом:
Так как IPv6 адреса длинные, их разрешается сокращать по следующим правилам: ведущие нули допускается опускать, например в адресе выше :00FF: позволяется записывать как :FF:, группы нулей, идущие подряд тоже допустимо сокращать и заменять на двойное двоеточие, например, 2DAB:FFFF::01AA:00FF:DD72:2C4A. Допускается делать не больше одного подобного сокращения в адресе IPv6.
IP предназначен для определения адресата и доставки ему информации, он предоставляет услугу для вышестоящих уровней, но не гарантирует целостность доставляемой информации.
IP способен инкапсулировать другие протоколы, предоставлять место, куда они могут быть встроены. Как было сказано выше, IP — это 32 бита информации, первые 8 бит в заголовке IP — поля для указания номера инкапсулируемого протокола. Для IPv4 первые 8 бит — поле «протокол», для IPv6 — поле «следующий заголовок». Например, ICMP (межсетевой протокол управляющих сообщений) будет обозначен числом 1, а IGMP (межсетевой протокол группового управления) будет обозначен числом 2.
ICMP и IGMP
ICMP используется в качестве поддержки маршрутизаторами и другими сетевыми устройствами. Внутри сети он служит для доставки сообщений об ошибках и операционной информации, сообщающей об успехе или ошибке при связи с другим IP. Например, в ситуациях, когда необходимый сервис не может быть запрошен, или когда не был получен ответ от маршрутизатора или хоста.
ICMP никогда не вызывается сетевыми приложениями пользователя, кроме случаев диагностики сети, к примеру, пинг (ping) или traceroute (tracert). ICMP не передает данные, это отличает его от транспортных TCP и UDP, расположенных на L3, которые переносят любые данные. ICMP работает только с IP четвертой версии, с IPv6 взаимодействует ICMPv6.
Сетевые устройства объединяются в группы при помощи IGMP, используемый хостами и роутерами в IPv4 сетях. IGMP организует multicast-передачу информации, что позволяет сетям направлять информацию только хостам, запросившим ее. Это удобно для онлайн-игр или потоковой передаче мультимедиа. IGMP используется только в IPv4 сетях, в сетях IPv6 используется MLD (Multicast Listener Discovery, протокол поиска групповых слушателей), инкапсулированный в ICMPv6.
Транспортный уровень (transport layer)
Постоянные резиденты транспортного уровня — протоколы TCP и UDP, они занимаются доставкой информации.
TCP (протокол управления передачей) — надежный, он обеспечивает передачу информации, проверяя дошла ли она, насколько полным является объем полученной информации и т.д. TCP дает возможность двум хостам производить обмен пакетами через установку соединения. Он предоставляет услугу для приложений, повторно запрашивает потерянную информацию, устраняет дублирующие пакеты, регулируя загруженность сети. TCP гарантирует получение и сборку информации у адресата в правильном порядке.
UDP (протокол пользовательских датаграмм) — ненадежный, он занимается передачей автономных датаграмм. UDP не гарантирует, что всех датаграммы дойдут до получателя. Датаграммы уже содержат всю необходимую информацию, чтобы дойти до получателя, но они все равно могут быть потеряны или доставлены в порядке отличном от порядка при отправлении.
UDP обычно не используется, если требуется надежная передача информации. Использовать UDP имеет смысл там, где потеря части информации не будет критичной для приложения, например, в видеоиграх или потоковой передаче видео. UDP необходим, когда делать повторный запрос сложно или неоправданно по каким-то причинам.
Протоколы L3 не интерпретируют информацию, полученную с верхнего или нижних уровней, они служат только как канал передачи, но есть исключения. RSVP (Resource Reservation Protocol, протокол резервирования сетевых ресурсов) может использоваться, например, роутерами или сетевыми экранами в целях анализа трафика и принятия решений о его передаче или отклонении в зависимости от содержимого.
Прикладной уровень (application layer)
В модели TCP/IP отсутствуют дополнительные промежуточные уровни (представления и сеансовый) в отличие от OSI. Функции форматирования и представления данных делегированы библиотекам и программным интерфейсам приложений (API) — своего рода базам знаний. Когда службы или приложения обращаются к библиотеке или API, те в ответ предоставляют набор действий, необходимых для выполнения задачи и полную инструкцию, каким образом эти действия нужно выполнять.
Протоколы прикладного уровня действуют для большинства приложений, они предоставляют услуги пользователю или обмениваются данными с «коллегами» с нижних уровней по уже установленным соединениям. Здесь для большинства приложений созданы свои протоколы, например HTTP для передачи гипертекста по сети, SMTP для передачи почты, FTP для передачи файлов, протокол назначения IP-адресов DHCP и прочие.
Зачем нужен порт и что означает термин сокет
Приложения прикладного уровня, общаются также с предыдущим, транспортным, но они видят его протоколы как «черные ящики». Для приема-передачи информации они могут работать с TCP или UDP, но понимают только конечный адрес в виде IP и порта, а не принцип их работы.
IP присваивается каждому компьютеру межсетевым уровнем, но обмен данными происходит не между компьютерами, а между приложениями, установленными на них. Чтобы получить доступ к тому или иному сетевому приложению недостаточно только IP, для идентификации приложений применяют порты. Комбинация IP-адреса и порта называется сокетом или гнездом (socket). Поэтому обмен информацией происходит между сокетами. Нередко слово сокет употребляют как синоним для хоста или пользователя, также сокетом называют гнездо подключения процессора.
Из привилегий у приложений на прикладном уровне можно выделить наличие собственных протоколов для обмена данными, а также фиксированный номер порта для обращения к сети. Администрация адресного пространства интернет (IANA), занимающаяся выделением диапазонов IP-адресов, отвечает еще за назначение сетевым приложениям портов.
Так почтовые приложения, которые общаются по SMTP-протоколу, прослушивают порт 25, почта через POP3 приходит на 110-й, по HTTP принимают сообщения веб-сервера — это порт 80, 21-й зарезервирован за FTP. Порт всегда записывается после IP и отделяется от него двоеточием, выглядит это, например, так: 192.168.1.1:80.
Чтобы не запоминать числовые адреса интернет-серверов была создана DNS — служба доменных имен. DNS всегда слушает на 53 порту и преобразует буквенные имена сетевых доменов в числовые IP-адреса и наоборот. Служба DNS позволяет не запоминать IP — компьютер самостоятельно посылает запрос «какой IP у selectel.ru?» на 53 порт DNS-сервера, полученного от поставщика услуг интернет.
DNS-сервер дает компьютеру ответ «IP для selectel.ru — XXX.XXX.XXX.XXX». Затем, компьютер устанавливает соединение с веб-сервером полученного IP, который слушает на порту 80 для HTTP-протокола и на порту 443 для HTTPS. В браузере порт не отображается в адресной строке, а используется по умолчанию, но, по сути, полный адрес сайта Selectel выглядит вот так: https://selectel.ru:443.
Процесс, кодирования данных на прикладном уровне, передача их на транспортном, а затем на межсетевом и, наконец, на канальном уровне называется инкапсуляцией данных. Обратная передача битов информации по иерархии, с канального на прикладной уровни, называют декапсуляцией. Оба процесса осуществляются на компьютерах получателя и отправителя данных попеременно, это позволяет долго не удерживать одну сторону канала занятой, оставляя время на передачу информации другому компьютеру.
Стек протоколов, снова канальный уровень
О канальном уровне модели TCP/IP мы рассказали меньше всего, давайте вернемся еще раз к началу, чтобы рассмотреть инкапсуляцию протоколов и, что значит «стек».
Большинству пользователей знаком протокол Ethernet. В сети, по стандарту Ethernet, устройства отправителя и адресата имеют определенный MAC-адрес — идентификатор «железа». MAC-адрес инкапсулируется в Ethernet вместе с типом передаваемых данных и самими данными. Фрагмент данных, составленных в соответствии с Ethernet называется фреймом или кадром (frame).
MAC-адрес каждого устройства уникален и двух «железок» с одинаковым адресом не должно существовать, хотя порой такое случается, что приводит к сетевым проблемам. Таким образом, при получении сетевой адаптер занимается извлечением полученной информации из кадра и ее дальнейшей обработкой.
После ознакомления с уровневой структурой модели становится понятно, что информация не может передаваться между двумя компьютерами напрямую. Сначала кадры передаются на межсетевой уровень, где компьютеру отправителя и компьютеру получателя назначается уникальный IP. После чего, на транспортном уровне, информация передается в виде TCP-фреймов либо UDP-датаграмм.
На каждом этапе, подобно снежному кому, к уже имеющейся информации добавляется служебная информация, например, порт на прикладном уровне, необходимый для идентификации сетевого приложения. Добавление служебной информации к основной обеспечивают разные протоколы — сначала Ethernet, поверх него IP, еще выше TCP, над ним порт, означающий приложение с делегированным ему протоколом. Такая вложенность называется стеком, названным TCP/IP по двум главным протоколам модели.
Point-to-Point протоколы
Отдельно расскажем о Point-to-Point (от точки к точке, двухточечный) протоколе также известном как PPP. PPP уникален по своим функциям, он применяется для коммуникации между двумя маршрутизаторами без участия хоста или какой-либо сетевой структуры в промежутке. При необходимости, PPP обеспечивает аутентификацию, шифрование, а также сжатие данных. Он широко используется при построении физических сетей, например, кабельных телефонных, сотовых телефонных, сетей по кабелю последовательной передачи и транк-линий (когда один маршрутизатор подключают к другому для увеличения размера сети).
У PPP есть два подвида — PPPoE (PPP по Ethernet) и PPPoA (PPP через асинхронный способ передачи данных — ATM), интернет-провайдеры часто их используют для DSL соединений.
PPP и его старший аналог SLIP (протокол последовательной межсетевой связи) формально относятся к межсетевому уровню TCP/IP, но в силу особого принципа работы, иногда выделяются в отдельную категорию. Преимущество PPP в том, что для установки соединения не требуется сетевая инфраструктура, а необходимость маршрутизаторов отпадает. Эти факторы обуславливают специфику использования PPP протоколов.
Заключение
Стек TCP/IP регламентирует взаимодействие разных уровней. Ключевым понятием в здесь являются протоколы, формирующие стек, встраиваясь друг в друга с целью передать данные. Рассмотренная модель по сравнению с OSI имеет более простую архитектуру.
Сама модель остается неизменной, в то время как стандарты протоколов могут обновляться, что еще дальше упрощает работу с TCP/IP. Благодаря всем преимуществам стек TCP/IP получил широкое распространение и использовался сначала в качестве основы для создания глобальной сети, а после для описания работы интернета.