Что такое TCP/IP?

Салимжанов Р.Д

What is TCP/IP?

Salimzhanov R.D.

Аннотация: В данной теме мы рассмотрим модель TCP/IP.

Abstract: In this topic, we will look at the TCP/IP model.

Протокол TCP/IP, который лежит в основе работы интернета, может показаться сложными, но на самом деле это просто набор правил для обмена информацией.

Принципы работы интернет-протоколов TCP/IP по своей сути очень просты и напоминают работу обычной почты.

И так вспомним что находится на письме:

Как мы видим в письме мы обязательно указываем адреса отправителя и получателя. После прохождения цепочки почтовых отделений, письмо попадет по указанному адресу получателя и опускается в его почтовый ящик (с номером его квартиры) или вручается лично. После чего если получатель хочет ответить он меняет местами адреса получателя и отправителя, и письмо отправиться к вам по той же цепочке.

Таким же образом взаимодействуют компьютеры между собой, в сети Интернет. У ПК имеется свой уникальный адрес, который называется IP-адрес, например: 196.168.0.11, а также на компьютере находится множество приложений, которые обмениваются информацией. Для доставки обычного бумажного письма недостаточно знать только адрес дома — необходимо еще знать номер квартиры. Также и каждое программное приложение имеет подобный номер, именуемый номером порта. Большинство серверных приложений имеют стандартные номера, например: почтовый сервис привязан к порту с номером 25, веб-сервис привязан к порту 80, и так далее.

Такие образом, наше письмо выглядит так:

В протоколе TCP/IP, это письмо называется ПАКЕТ, который содержит передаваемые данные и адресную информацию — адрес отправителя и адрес получателя.

Комбинация IP адрес и номер порта - называется СОКЕТ.

Обычно взаимодействие происходит по принципу "клиент-сервер": клиент отправляет запрос на получение информации (например, страницы веб-сайта), сервер принимает этот запрос, обрабатывает его и отправляет обратно ответ. Ярким примером может служить, переход на любой сайт:

Когда вы нажимаете на ссылку, ваш браузер отправляет запрос на сервер, содержащий необходимую вам страницу. Он создает HTTP-запрос, в котором указывает, что именно хочет получить от сервера. Затем сервер отвечает, и разрешает доступ, отправляя браузеру HTTP-ответ с требуемыми данными. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вы не закроете вкладку с сайтом.

HTTP-запросы являются текстовыми сообщениями и не знают о том, как найти сервер с необходимой информацией и как ее оттуда извлечь. Именно здесь в игру вступают протоколы TCP и IP, которые выполняют эти задачи.

Сначала протокол IP определяет местоположение сервера. Для этого он использует систему DNS. Это своего рода глобальная база данных, где доменные имена сайтов связаны с одним или несколькими IP-адресами. DNS-сервер слушает 53-й порт, принимает на него запросы и выдает ответы.

Например, сайту mail.ru соответствует IP-адрес 94.100.180.200.

Когда IP найдёт сервер и получит от него нужную страницу, он начнёт разбивать её на пакеты. Разбиение данных на маленькие порции, и передача их клиенту, позволяет ускорить процесс и не потерять весь пакет целиком со всем содержимым.

Чтобы обеспечить доставку пакетов от сервера до пользователя без потерь, используется протокол TCP. Он включает в себя механизм подтверждения: после отправки пакета сервером, TCP запрашивает у устройства пользователя, был ли пакет успешно получен. Если ответ положительный, протокол отправляет следующий пакет. Если нет, он пытается повторить отправку. Но есть протокол UDP, который не гарантирует целостности данных и может потерять пакеты по пути, но это компенсируется скоростью передачи. Чаще всего, протокол UDP, используется с большими объёмами данных.

Как только все пакеты достигают получателя, браузер собирает их вместе и отображает полную страницу на экране.

(Эти параметры задаются в настройках сетевых подключений).

Маска подсети — это специальный параметр, который определяет диапазон IP-адресов, доступных внутри локальной сети. В локальной сети компьютеры напрямую «видят» только друг друга. Она определяет, какие биты IP-адреса относятся к адресу сети, а какие - к хосту. Маска подсети предназначена для определения — принадлежит ли компьютер-получатель к этой же локальной сети или нет. Если компьютер-получатель принадлежит этой же сети, что и компьютер-отправитель, то пакет передается ему напрямую, в противном случае пакет отправляется на шлюз по умолчанию, который далее, по известным ему маршрутам, передает пакет в другую сеть.

Пример:

Шлюз по умолчанию (роутер, маршрутизатор) — это устройство сетевого оборудования, которое используется для управления трафиком в сети, направления пакетов данных между различными сетями и обеспечения связи между ними. Шлюз по умолчанию указывает на IP-адрес устройства, через которое происходит выход в другие сети или в интернет. Он является точкой доступа к другим сетям и позволяет устройствам в сети общаться с внешним миром.

Поговорим о модели OSI и модели TCP/IP, что обедняет эти модели и в чем разница.

Перейдём непосредственно к моделям, чтобы разобраться, как они работают и какие уровни в этом участвуют. Давайте сравним обе модели.

Давайте начнем с модели OSI, расположенной слева. Обратите внимание, что как будущие специалисты в области сетей, вам необходимо знать каждый уровень этих моделей наизусть. (хотя OSI — это концептуальная модель, которая практически не используется для связи. А модель TCP/IP используется для установления соединения и связи через сеть.).

Всего в модели OSI 7 уровней:

Уровень 1: физический уровень

Этот уровень управляет физическими характеристиками связи, такими как типы кабелей, скорость передачи данных и электрические сигналы. Он отвечает за преобразование цифровых данных в аналоговые сигналы и наоборот.

Уровень 2: канальный уровень

Этот уровень занимается управлением ошибок и адресацией на уровне канала. Он упаковывает данные в кадры, проверяет их на целостность и исправляет ошибки, если они обнаружены.

Уровень 3: сетевой уровень

Этот уровень отвечает за маршрутизацию пакетов данных между различными сетями. Он использует логическую адресацию для определения пути, по которому данные должны быть переданы.

Уровень 4: транспортный уровень

Этот уровень обеспечивает надежную передачу данных между двумя узлами. Он гарантирует, что данные будут доставлены без потерь и в правильном порядке. Протоколы, такие как TCP и UDP, работают на этом уровне.

Уровень 5: сеансовый уровень

Этот уровень управляет установлением, поддержанием и завершением сессий между двумя узлами. Он также обеспечивает механизмы управления потоком данных.

Уровень 6: уровень представления

Этот уровень занимается преобразованием форматов данных для облегчения обмена информацией между системами с разными протоколами.

Уровень 7: прикладной уровень

Этот уровень предоставляет интерфейс для приложений, которые используют сеть для обмена данными. Примеры включают электронную почту, веб-браузеры и FTP.

Если сравнить левую и правую половину рисунка, видно, что уровень 5,6,7 модели OSI сопоставим с уровнем 4(Уровень приложений) модели TCP / IP. Транспортный и межсетевой уровень выполняет аналогичные функции в обеих моделях. А уровни 1 и 2 в модели OSI сопоставимы с 1(Уровень сетевого доступа) модели TCP / IP.

Из чего состоит OSI мы поняли, теперь углубимся в модель TCP / IP.

Уровень 1: Сетевой

Устанавливает физическое соединение между устройствами в локальной сети с помощью радиоволн и проводов. Примером могут служить протоколы: Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth. На этом уровне данные делятся на небольшие кусочки (фреймы) и передаются между устройствами, с проверкой на отправку без ошибок.

Уровень 2: Межсетевой

Строит маршруты между устройствами по всему интернету. IP-протокол вычисляет местонахождение устройств при помощи системы DNS, строит до них кратчайшие пути и делит данные на пакеты. Самые популярные протоколы: IP, ICMP, ARP.

Уровень 3: Транспортный

Передает пакеты по маршруту, построенному на предыдущем уровне. О чем было сказано выше про протоколы TCP и UDP.

Ну тут я не удержался и вставил картинку:

Уровень 4: Приложений

На этом уровне пользователи взаимодействуют с сетью через различные приложения, такие как веб-браузеры, электронная почта, мессенджеры и другие программы. Популярные протоколы: HTTP, FTP, SMTP. Программисты также создают приложения, работающие на этом уровне, для выполнения специфических задач.

И так, как мы поняли TCP/IP — это набор правил, по которым данные перемещаются по интернету, как почтовые письма. Главными здесь являются два протокола: TCP и IP. Они нужны, чтобы устанавливать надёжный канал связи между устройствами и передавать по нему данные. А также, модель TCP/IP очень похожа на сетевую модель OSI.

В следующий статье разберем простейшую настройку TCP/IP на ОС Windows и ОС Linux. (как будет настроение)

1) Протокол TCP/IP или как работает Интернет // [электронный ресурс]. URL: http://www.ofnet.ru/osnovy-interneta/tcpip// / (дата обращения 02.06.2024)

2) Настройка TCP/IP// [электронный ресурс]. URL: https://linuxcookbook.ru/books/slackbook/network-configuration-tcpip.html (дата обращения 02.06.2024)

3) Модель TCP/IP // [электронный ресурс]. URL: https://skillbox.ru/media/code/model-tcpip-chto-eto-takoe-i-kak-ona-rabotaet/ (дата обращения 02.06.2024)

4) Как настроить параметры TCP/IP у компьютера // [электронный ресурс]. URL: https://www.tp-link.com/ru/support/faq/14/ (дата обращения 02.06.2024)

5) Руководство по стеку протоколов TCP/IP для начинающих// [электронный ресурс]. URL: https://selectel.ru/blog/tcp-ip-for-beginners/ (дата обращения 02.06.2024)