Основы tcp ip: НОУ ИНТУИТ | Лекция | Протокол TCP/IP и другие протоколы

НОУ ИНТУИТ | Лекция | Протокол TCP/IP и другие протоколы

Аннотация: TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol — Протокол управления передачей/Межсетевой протокол) был и остается протоколом, с помощью которого работает интернет. За то время, что интернет базировался на TCP/IP, он превратился в протокол, который используется в сетях любых конфигураций и размеров. В этой лекции исследуется протокол TCP/IP и возможность его применения в сети, работающей под операционной системой Windows XP Professional.

TCP/IP

Вся прелесть протокола TCP/IP заключается в том, что он позволяет обмениваться информацией между компьютерами, работающими в разных операционных системах. Например, Novell NetWare умеет «разговаривать» на языке TCP/IP, как и Windows XP Professional.

TCP/IP разработан DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) в 1970-х годах. Целью его разработки являлось создание возможности для обмена информацией между различными компьютерами, независимо от их местоположения. С самого начала TCP/IP разрабатывался на компьютерах UNIX, что способствовало росту популярности протокола, так как производители включали TCP/IP в набор программного обеспечения каждого UNIX-компьютера. TCP/IP находит свое отображение в эталонной модели OSI, как это показано на рисунке 3.1.

Вы видите, что TCP/IP располагается на третьем и четвертом уровнях модели OSI. Смысл этого состоит в том, чтобы оставить технологию работы LAN разработчикам. Целью TCP/IP является передача сообщений в локальных сетях любого типа и установка связи с помощью любого сетевого приложения.

Протокол TCP/IP функционирует за счет того, что он связан с моделью OSI на двух самых нижних уровнях — на уровне передачи данных и физическом уровне. Это позволяет TCP/IP находить общий язык практически с любой сетевой технологией и, как результат, с любой компьютерной платформой. TCP/IP включает в себя четыре абстрактных уровня, перечисленных ниже.

Рис. 3.1. Стек протоколов TCP/IP соответствует эталонной модели OSI

• Сетевой интерфейс. Позволяет TCP/IP активно взаимодействовать со всеми современными сетевыми технологиями, основанными на модели OSI.
• Межсетевой. Определяет, как IP управляет пересылкой сообщений через маршрутизаторы сетевого пространства, такого как интернет.
• Транспортный. Определяет механизм обмена информацией между компьютерами.
• Прикладной. Указывает сетевые приложения для выполнения заданий, такие как пересылка, электронная почта и прочие.

Благодаря своему широкому распространению протокол TCP/IP фактически стал интернет-стандартом. Компьютер, на котором реализована сетевая технология, основанная на модели OSI (Ethernet или Token Ring), имеет возможность устанавливать связь с другими устройствами.

В «Основы организации сети» мы рассматривали уровни 1 и 2 при обсуждении LAN-технологий. Теперь мы перейдем к стеку OSI и посмотрим, каким образом компьютер устанавливает связь в интернете или в частной сети. В этом разделе рассматривается протокол TCP/IP и его конфигурации.

Что такое TCP/IP

То, что компьютеры могут общаться между собой, само по себе представляется чудом. Ведь это компьютеры от разных производителей, работающие с различными операционными системами и протоколами. При отсутствии какой-то общей основы такие устройства не смогли бы обмениваться информацией. При пересылке по сети данные должны иметь такой формат, который был бы понятен как отправляющему устройству, так и принимающему.

TCP/IP удовлетворяет этому условию за счет своего межсетевого уровня. Этот уровень напрямую совпадает с сетевым уровнем эталонной модели OSI и основан на фиксированном формате сообщений, называемом IP-дейтаграммой.

Дейтаграмма — это нечто вроде корзины, в которую помещена вся информация сообщения. Например, при загрузке веб-страницы в браузер то, что вы видите на экране, доставлено по частям дейтаграммой.

Легко перепутать дейтаграммы с пакетами. Дейтаграмма — это информационная единица, в то время как пакет — это физический объект сообщения (созданный на третьем и более высоких уровнях), который действительно пересылается в сети. Хотя некоторые считают эти термины взаимозаменяемыми, их различие на самом деле имеет значение в определенном контексте — не здесь, конечно. Важно понять то, что сообщение разбивается на фрагменты, передается по сети и собирается заново на принимающем устройстве.

Положительным в таком подходе является то, что если один-единственный пакет будет испорчен во время передачи, то потребуется повторная передача только этого пакета, а не сообщения целиком. Другой положительный момент состоит в том, что ни одному хосту не приходится ждать неопределенно долгое время, пока не закончится передача на другом хосте, чтобы послать свое собственное сообщение.

TCP и UDР

При пересылке IP-сообщения по сети используется один из протоколов транспортировки: TCP или UDР. TCP (Transmission Control Protocol) составляет первую половину аббревиатуры TCP/IP. Протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol, UDР) используется вместо ТСР для транспортировки менее важных сообщений. Оба протокола служат для корректного обмена сообщениями в сетях TCP/IP. Между этими протоколами есть одно существенное различие.

ТСР называют надежным протоколом, так как он связывается с получателем для проверки факта получения сообщения.

UDР называют ненадежным протоколом, так как он даже не пытается устанавливать связь с получателем, чтобы убедиться в доставке.

Важно помнить, что для доставки сообщения можно воспользоваться только одним протоколом. Например, при загрузке веб-страницы доставкой пакетов управляет ТСР без всякого вмешательства UDP. С другой стороны, простой протокол передачи файлов (Trivial File Transfer Protocol, TFTP) загружает или отправляет сообщения под контролем протокола UDP.

Используемый способ транспортировки зависит от приложения — это может быть электронная почта, НТТР, приложение, отвечающее за сетевую работу, и так далее. Разработчики сетевых программ используют UDP везде, где только можно, так как этот протокол снижает избыточный трафик. Протокол ТСР прилагает больше усилий для гарантированной доставки и передает гораздо больше пакетов, чем UDP. На рисунке 3.2 представлен список сетевых приложений, и показано, в каких приложениях применяется ТСР, а в каких — UDP. Например, FTP и TFTP делают практически одно и то же. Однако TFTP, в основном, применяется для загрузки и копирования программ сетевых устройств. TFTP может использовать UDP, потому что при неудачной доставке сообщения ничего страшного не происходит, поскольку сообщение предназначалось не конечному пользователю, а администратору сети, уровень приоритета которого гораздо ниже.

Другим примером является сеанс голосовой видеосвязи, в котором могут быть задействованы порты как для ТСР-сессий, так и для UDP. Так, сеанс TCP инициируется для обмена данными при установке телефонной связи, в то время как сам телефонный разговор передается посредством UDP. Это связано со скоростью потоковой передачи голоса и видео. В случае потери пакета не имеет смысла повторно посылать его, так как он уже не будет соответствовать потоку данных.

Рис. 3.2. ТСР и UDP управляют разными сетевыми приложениями (номерами портов)

Формат IP-дейтаграммы

IP-пакеты можно разбивать на дейтаграммы. Формат дейтаграммы создает поля для полезной нагрузки и для данных управления передачей сообщения. На рисунке 3.3 показана схема дейтаграммы.

Примечание. Пусть вас не вводит в заблуждение величина поля данных в дейтаграмме. Дейтаграмма не перегружена дополнительными данными. Поле данных является на самом деле самым большим полем дейтаграммы.

Рис. 3.3. Формат IP-дейтаграммы имеет переменную длину

Важно помнить, что IP-пакеты могут иметь различную длину. В «Основы организации сети» говорилось о том, что информационные пакеты в сети Ethernet имеют размер от 64 до 1400 байт. В сети Token Ring их длина составляет 4000 байт, в сети ATM — 53 байта.

Примечание. Использование в дейтаграмме байтов может привести вас в недоумение, так как передача данных чаще связана с такими понятиями, как мегабиты и гигабиты в секунду. Однако в связи с тем, что компьютеры предпочитают работать с байтами данных, в дейтаграммах также используются байты.

Если вы еще раз посмотрите на формат дейтаграммы на рисунке 3.3, то заметите, что крайние поля слева имеют постоянную величину.

Так происходит, потому что центральный процессор, работающий с пакетами, должен знать, где начинается каждое поле. Без стандартизации этих полей конечные биты будут представлять собой мешанину из нулей и единиц. В правой части дейтаграммы находятся пакеты переменной длины. Назначение различных полей дейтаграммы состоит в следующем.

• VER. Версия протокола IP, используемого станцией, где появилось исходное сообщение. Текущей версией IP является версия 4. Это поле обеспечивает одновременное существование различных версий в межсетевом пространстве.
• HLEN. Поле информирует получающее устройство о длине заголовка, чтобы центральный процессор знал, где начинается поле данных.
• Service type (Тип сервиса). Код, сообщающий маршрутизатору о типе управления пакетом с точки зрения уровня сервиса (надежность, первоочередность, отсрочка и т. д.).
• intuit.ru/2010/edi»>Length (Длина). Общее количество байт в пакете, включая поля заголовка и поле данных.
• ID, frags и frags offset. Эти поля указывают маршрутизатору, как следует проводить фрагментацию и сборку пакета и как компенсировать различия в размере кадров, которые могут возникать во время прохождения пакета по сегментам локальной сети с различными сетевыми технологиями (Ethernet, FDDI и т.д.).
• TTL. Аббревиатура для Time to Live (Время жизни) — число, которое уменьшается на единицу при каждой последующей пересылке пакета. Если время жизни становится равным нулю, то пакет прекращает существование. TTL предотвращает возникновение циклов и бесконечное блуждание потерянных пакетов в межсетевом пространстве.
• Protocol. Протокол транспортировки, который следует использовать для передачи пакета. Чаще всего в этом поле указывается протокол TCP, но могут быть использованы и другие протоколы.
• Header checksum. Контрольная сумма — это число, которое используется для проверки целостности сообщения. Если контрольные суммы всех пакетов сообщения не совпадают с правильным значением, то это означает, что сообщение было искажено.
• Source IP address (Адрес отправителя). 32-битный адрес хоста, отправившего сообщение (обычно персональный компьютер или сервер).
• Destination IP address (Адрес получателя). 32-битный адрес хоста, которому отправлено сообщение (обычно персональный компьютер или сервер).
• IP options. Используются для тестирования сети или других специальных целей.
• Padding. Заполняет все неиспользованные (пустые) позиции битов, чтобы процессор мог правильно определить позицию первого бита в поле данных.
• Data. Полезная нагрузка отправленного сообщения. Например, в поле данных пакета может содержаться текст электронного письма.

Как говорилось ранее, пакет состоит из двух основных компонентов: данных об обработке сообщения, размещенных в заголовке, и собственно информации. Информационная часть находится в секторе полезной нагрузки. Можете представить себе этот сектор в виде грузового отсека космического корабля. Заголовок — это все бортовые компьютеры шаттла в кабине управления. Он распоряжается всей информацией, необходимой всевозможным маршрутизаторам и компьютерам на пути следования сообщения, и используется для поддержания определенного порядка сборки сообщения из отдельных пакетов.

Протокол IP для Чайников Простым Языком на Примерах

IP расшифровывается как Internet Protocol, часто его называют протокол интернет. Но строго говоря это не совсем так, правильный перевод межсетевой протокол или протокол межсетевого взаимодействия.

Протокол Ip возник задолго до того, как появилась и стала набирать популярность сеть, которую мы называем интернет. В англоязычной терминологии internetworking означает объединение сетей, и цель протокола ip как раз объединить сети, построенные с помощью разных технологий канального уровня. У этой терминологии словом internet называлась объединенная сеть, а subnet — подсеть или отдельная сеть. Словом Internet с большой буквы сейчас называется самая крупная объединенная сеть построенная по протоколу ip.

Место в моделях OSI и TCP/IP

В модели взаимодействия открытых систем и в модели TCP/IP протокол IP, находится на одном и том же уровне — сетевом.

Сетевой уровень стека протоколов TCP/IP включая также и другие протоколы кроме ip. Это ARP, DHCP и ICMP, но для передачи данных используется только протокол ip, остальные протоколы служат для обеспечения корректной работы крупной составной сети.

Сервисы IP

IP также, как и Ethernet обеспечивают передачи данных без гарантии доставки, не гарантируется как доставка, так и порядок следования сообщений. Протокол Ip так же как и Ethernet использует передачу данных без установки соединения.

IP пакет просто отправляется в сеть в надежде, что он дойдет до получателя, если пакет по каким-то причинам не дошел, не предпринимается никаких попыток оповестить отправителя, и также не предпринимается попыток запросить этот пакет снова. Считается, что ошибка должна быть исправлена протоколами, которые находятся на вышестоящих уровнях.

Задачей IP является объединение сети, построенных на основе разных технологий канального уровня, которые могут значительно отличаться друг от друга в одну крупную объединенную сеть, в которой компьютеры могут свободно общаться друг с другом не взирая на различия конкретной сетевой технологии. Вторая важная задача протокола IP, это маршрутизация, то есть поиск маршрута от отправителя к получателю в крупной составной сети через промежуточные узлы маршрутизаторы. Также IP обеспечивает необходимое качество обслуживания.

Формат заголовка IP-пакета

Для того чтобы понять, как протокол IP реализует эту задачу, рассмотрим формат заголовка IP пакета.

Номер версии

Первое поле номер версии. Сейчас используется две версии протокола IP 4 и 6. Большая часть компьютеров использует IPv4. Длина  адреса в этой версии 4 байта. Формат адреса IP версии 4 мы рассматривали подробно. Проблема в том, что адресов IPv4, четыре с небольшим миллиарда, что уже сейчас не хватает для всех устройств в сети, а в будущем точно не хватит. Поэтому была предложена новая версия IPv6 в которой длина IP адреса составляет 16 байт. Сейчас эта версия вводится в эксплуатацию, но процесс занимает очень долгое время.

Длина заголовка

Следующее поле длина заголовка. В отличии от Ethernet заголовок IP включает обязательные поля, а также может включать дополнительные поля, которые называются опции. В поле длина заголовка записывается полная длина, как обязательной части, так и опции.

Тип сервиса

Следующее поле тип сервиса. Это поле нужно для обеспечения необходимого качества обслуживания, но сейчас на практике используется очень редко.

Общая длина

Следующее поле общая длина. Общая длина содержит длину всего IP пакета, включая заголовок и данные. Максимальная длина пакета 65 535 байт, но на практике такие большие пакеты не используются, а максимальный размер ограничен размером кадра канального уровня, а для Ethernet это 1 500 байт. В противном случае для передачи одного IP пакета необходимо было бы несколько кадров канального уровня что неудобно.

Идентификатор пакета

Поля идентификатор пакета, флаги и смещение фрагмента используются для реализации фрагментации.

Время жизни

Дальше идет поле время жизни. Время жизни Time To Live или TTL — это максимальное время в течение которого пакет может перемещаться по сети. Оно введено для того чтобы пакеты не гуляли по сети бесконечно, если в конфигурации сети возникла какая-то ошибка. Например, в результате неправильной настройке маршрутизаторов в сети, может образоваться петля. Раньше, время жизни измерялось в секундах, но сейчас маршрутизаторы обрабатывают пакет значительно быстрее чем за секунду, поэтому время жизни уменьшается на единицу на каждом маршрутизаторе, и оно измеряется в количествах прохождения через маршрутизаторы по-английски (hop) от слова прыжок. Таким образом название время жизни сейчас стало уже некорректным.

Тип протокола

После времени жизни, указывается тип протокола следующего уровня. Это поле необходимо для реализации функции мультиплексирования и демультиплексирования, то есть передачи с помощью протокола IP данных от разных протоколов следующего уровня. В этом поле указывается код протокола следующего уровня, некоторые примеры кодов для TCP код 6, UDP — 17 и ICMP — 1.

Контрольная сумма

Затем идет контрольная сумма, которая используется для проверки правильности доставки пакета, если при проверке контрольные суммы обнаруженные ошибки, то пакет отбрасывается, никакой информации отправителю пакета не отправляется. Контрольная сумма рассчитывается только по заголовку IP пакета и она пересчитывается на каждом маршрутизаторе из-за того что данные в заголовке меняются. Как минимум изменяется время жизни пакета, а также могут измениться некоторые опции.

IP адрес получателя и отправителя

После контрольной суммы идут IP адрес  отправителя, и IP адрес получателя. В IPv4 длина IP адреса четыре байта, 32 бита на этом обязательная часть IP заголовка заканчивается, после этого идут не обязательные поля которые в IP называются опции.

Опции

Некоторые примеры опций. Для диагностики работы сети используется опция — записать маршрут, при которой в IP пакет записывается адрес каждого маршрутизатора через которую он проходит.

И опция — временные метки, при установке которой, каждый маршрутизатор записывает время прохождения пакеты.

Также опции позволяют отказаться от автоматической маршрутизации, и задать маршрут отправитель:

• Это может быть жесткая маршрутизация, где в пакете явно указывается перечень маршрутизаторов через которые необходимо пройти.
• И свободные маршрутизации в этом случае указываются только некоторые маршрутизаторы, через которые пакет должен пройти обязательно, также при необходимости он может пройти через другие маршрутизаторы.

Опции в заголовке IP может быть несколько и они могут иметь разный размер. В то же время длина IP заголовка должна быть кратна 32, поэтому при необходимости, в конце IP заголовок заполняются нулями до выравнивание по границе 32 бита. Следует отметить, что сейчас опции в заголовке IP почти не используются.

В статье был рассмотрен протокол IP (Internet Protocol) — протокол межсетевого взаимодействия. Протокол IP является основой интернета. В OSI находится на сетевом уровне.

Сетевая модель TCP/IP

Добавлено 29 августа 2020 в 03:18

Сохранить или поделиться

Понятие сетевой модели, иногда также называемой сетевой архитектурой или сетевым планом, относится к исчерпывающему набору документов. По отдельности каждый документ описывает одну небольшую, необходимую для сети функцию; в совокупности эти документы определяют всё, что должно выполняться, чтобы компьютерная сеть могла работать. Одни документы определяют протокол, который представляет собой набор логических правил, которым устройства должны следовать при взаимодействии. В других документах определены физические требования к сети. Например, в каком-то документе могут быть определены уровни напряжения и тока, используемые на конкретном кабеле при передаче данных.

Вы можете представлять сетевую модель, как архитектурный проект для строительства дома. Вы конечно можете построить дом без плана. Но, тем не менее, план может гарантировать, что дом имеет правильный фундамент и структуру, позволяющие ему не упасть, и в нем есть правильные скрытые пространства для размещения коммуникаций водопровода, электричества, газа и т.д. Кроме того, множество разных людей, которые строят дом по чертежу (например, строители, электрики, каменщики, маляры и т.д.) знают, что если они следуют плану, их часть работы не должна создавать проблем для других рабочих.

Точно так же вы можете построить свою собственную сеть: написать собственное программное обеспечение, собрать свои собственные сетевые карты и так далее. Однако гораздо проще просто купить и использовать продукты, которые уже соответствуют какой-либо известной сетевой модели или плану. Поскольку производители сетевых продуктов создают их с учетом определенной сетевой модели, их продукты должны хорошо работать вместе.

Как мы пришли к TCP/IP

Сегодня в мире компьютерных сетей используется одна сетевая модель: TCP/IP. Однако мир не всегда был таким простым. Когда-то не существовало сетевых протоколов, включая TCP/IP. Производители создали первые сетевые протоколы; эти протоколы поддерживали только компьютеры конкретного производителя.

Например, IBM, компьютерная компания с самой большой долей на многих рынках в 1970-х и 1980-х годах, опубликовала свою сетевую модель Systems Network Architecture (SNA) в 1974 году. Другие производители также создали свои собственные проприетарные сетевые модели. В результате, если ваша компания покупала компьютеры трех производителей, сетевым инженерам часто приходилось создавать три разные сети на основе сетевых моделей, созданных каждой компанией, а затем каким-то образом соединять эти сети, что значительно усложняло объединенные сети. В левой части рисунка 1 показано общее представление о том, как могла бы выглядеть корпоративная сеть компании в 1980-х годах, до того, как TCP/IP стал обычным явлением в корпоративных объединенных сетях.

Рисунок 1 – История развития: движение от проприетарных моделей к открытой модели TCP/IP

Хотя проприетарные сетевые модели, определяемые производителями, часто работают хорошо, наличие открытой сетевой модели, не зависящей от производителя, может способствовать конкуренции и снизить сложность. Международная организация по стандартизации (ISO) взяла на себя задачу создать такую модель, начав еще в конце 1970-х годов работу над так называемой сетевой моделью взаимодействия открытых систем (OSI, Open Systems Interconnection). ISO поставила перед моделью OSI благородную цель: стандартизировать сетевые протоколы передачи данных, чтобы обеспечить связь между всеми компьютерами на всей планете. Во время работы ISO над достижением этой амбициозной и благородной цели в процессе были задействованы участники из большинства технологически развитых стран мира.

Вторая, менее формальная попытка создать открытую, нейтральную по отношению к производителям открытую сетевую модель возникла в результате контракта Министерства обороны США (DoD, Department of Defense). Исследователи из различных университетов вызвались помочь в дальнейшей разработке протоколов, относящихся к исходной работе Министерства обороны США. Эти усилия привели к созданию конкурирующей открытой сетевой модели под названием TCP/IP.

В течение 1990-х годов компании начали добавлять OSI, TCP/IP или и то, и другое в свои корпоративные сети. Однако к концу 1990-х TCP/IP стал основным, и OSI отпала. Центральная часть рисунка 1 показывает общую идею корпоративных сетей того десятилетия – сети, построенные на нескольких сетевых моделях, но включающие TCP/IP.

Сейчас, в двадцать первом веке, доминирует TCP/IP. Проприетарные сетевые модели всё еще существуют, но в основном от них отказались в пользу TCP/IP. Модель OSI, развитие которой частично пострадало из-за более медленного официального процесса стандартизации по сравнению с TCP/IP, так и не добилось успеха на рынке. И TCP/IP, сетевая модель, изначально созданная почти целиком группой добровольцев, стала самой успешной сетевой моделью за всю историю, как показано на правой части рисунка 1.

В данной главе вы прочитаете о некоторых основах TCP/IP. Хотя вы узнаете некоторые интересные факты о TCP/IP, настоящая цель – помочь вам понять, что на самом деле представляет собой сетевая модель или сетевая архитектура, и как она работает.

Обзор сетевой модели TCP/IP

Модель TCP/IP определяет и опирается на большой набор протоколов, которые позволяют компьютерам обмениваться данными. Чтобы определить протокол, TCP/IP использует документы, называемые RFC (Requests For Comments) (вы можете найти эти RFC в Интернете с помощью любой поисковой системы). Модель TCP/IP также позволяет избежать повторения работы, уже проделанной другим органом по стандартизации или консорциумом производителей, просто ссылаясь на стандарты или протоколы, созданные этими группами. Например, Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) определяет локальные сети Ethernet; модель TCP/IP не определяет Ethernet в RFC, но в качестве дополнения ссылается на IEEE Ethernet.

Модель TCP/IP создает набор правил, который позволяет всем нам вынуть компьютер (или мобильное устройство) из коробки, подключить все нужные кабели, включить его, подключиться к сети и использовать ее. Вы можете использовать веб-браузер для подключения к любимому веб-сайту, использовать практически любое приложение, и всё это работает. Как? Что ж, операционная система на компьютере реализует части модели TCP/IP. Сетевая карта Ethernet или карта беспроводной локальной сети, встроенная в компьютер, реализует стандарты локальной сети, на которые ссылается модель TCP/IP. Проще говоря, производители, создавшие аппаратное и программное обеспечение, реализовали TCP/IP.

Чтобы помочь людям понять сетевую модель, каждая модель разбивает функции на небольшое количество категорий, называемых уровнями. Каждый уровень включает в себя протоколы и стандарты, относящиеся к своей категории функций. Данное разбиение показано на рисунке 2.

Рисунок 2 – Уровни сетевой модели TCP/IP

Модель TCP/IP показывает общие термины и уровни, используемые сегодня, когда люди говорят о TCP/IP.

Нижний (физический) уровень фокусируется на том, как передавать биты по каждому отдельному каналу.

Канальный уровень ориентирован на отправку данных по одному типу физического канала: например, сети используют отличающиеся протоколы канала передачи данных для локальных сетей Ethernet по сравнению с беспроводными локальными сетями.

Сетевой (межсетевой) уровень фокусируется на доставке данных по всему пути от исходного компьютера-отправителя до конечного компьютера-получателя.

И два верхних уровня больше ориентированы на приложения, которым необходимо отправлять и получать данные.

ПРИМЕЧАНИЕ. В RFC 1122 используется несколько отличная четырехуровневая оригинальная версия модели TCP/IP (в которой физический и канальный уровни были объединены в уровень сетевого доступа), но и для реальных сетей, и для сегодняшней сертификации CCNA (2020 год, информация из «CCNA 200-301 Official Cert Guide» Уенделла Одома), используйте пятиуровневую модель, показанную здесь на рисунке 2.

Многие из вас уже слышали о нескольких протоколах TCP/IP (примеры, которых перечислены в таблице 1). Большинство протоколов и стандартов в этой таблице будут объяснены позже более подробно.

Таблица 1. Архитектурная модель TCP / IP и примеры протоколов

Уровень модели TCP/IP	Примеры протоколов
Прикладной уровень (уровень приложений)	Система имен	DNS
	Конфигурация узла	BOOTP, DHCP
	Электронная почта	SMTP, POP, IMAP
	Передача файлов	FTP, TFTP
	Веб	HTTP
Транспортный уровень	TCP, UDP
Сетевой (межсетевой) уровень	IP, NAT
	Поддержка IP	ICMP
	Протоколы маршрутизации	OSPF, EIGRP
Уровень сетевого доступа (канальный уровень и физический уровень)	ARP, PPP, Ethernet, 802.11 (Wi-Fi)

Далее в этой главе мы более подробно рассмотрим уровни модели TCP/IP.

 

Теги

CCNACiscoTCP/IPКомпьютерные сетиСетевая модель

Сохранить или поделиться

Основы TCP / IP.

Сегодня протокол TCP / IP используется для связи через Интернет на большинстве компьютерных сетей. В этой статье рассматриваются основные понятия, как работает TCP / IP.TCP / IP стенды для Transmission Control Protocol / Internet Protocol. Если это заставляет вас думать, что это не один протокол, то вы правы. На самом деле, это не просто два протокола , TCP / IP представляют собой набор протоколов.

Как и большинство сетевых протоколов TCP / IP представляет собой слоистый протокол. Каждый слой опирается на слой под ним, добавляя новые функциональные возможности. Самый низкий уровень протокола касается исключительно для бизнес-отправки и получения исходных данных для конкретного сетевого оборудования. На вершине находятся протоколы, разработанные специально для таких задач, как передача файлов или доставка электронной почты. Между ними находятся уровни с вещами,такими как маршрутизация и надежность. Преимущество в том, что слоистый стек протоколов дает вам довольно много ,например , если вы изобрели новое приложение или новый тип оборудования сети,вам необходимо будет только создать протокол для данного приложения или аппаратного обеспечения: и вам не придется переписывать весь стек.

TCP / IP состоит из четырех слоёв протоколов, как показано выше. Самый низкий уровень, на канальном уровне, реализуется в сетевом адаптере и его драйвере. Как и все TCP / IP протоколы, он определяется стандартами. Тип общих стандартов в Ethernet-сетях определяется комитетом IEEE 802: например, IEEE 802.3 для сетей Ethernet, или 802,5 IEE для маркера сетей кольцо. Другие канальные уровни протоколов, которые могут быть использованы, включают Serial IP линии (SLIP) или точка-Point Protocol (PPP), которые используется при подключении к сети через асинхронное коммутируемое соединение.
Ethernet
Так как Ethernet является наиболее распространенным типом сети, давайте посмотрим на это немного более подробно. Ethernet протокол, предназначен для передачи блоков данных, которые называются кадрами. Кадр состоит из заголовка, содержащего 48-битные аппаратные назначения и источники адресов (которые определяют конкретные сетевые адаптеры), два байта поля длины и некоторый контроль поля. А затем следуют данные, которые имеют 32-битный циклический контроль избыточности (CRC) области.
Данные части кадра Ethernet должны быть не менее 38 байт, так что , если необходимо вставляется наполнитель байт. Это означает, что кадры не менее 64 байт, даже если они имеют только один байт данных пользователя: значительные накладные расходы в некоторых типах приложений.
Рамки имеют максимальный размер. Меньший заголовок, максимальный размер кадра Ethernet составляет 1492 байт, что является максимальным блоком передачи (MTU) для Ethernet. Все протоколы канального уровня имеют MTU. Характерно, что протокол более высокого уровня должен быть в курсе, потому что большие блоки данных должны быть раздроблена на куски, которые вписываются в MTU, а затем собраны по прибытии к месту назначения.
Следующий слой вверху по ссылке , назначается на сетевом уровне. Наиболее важный протокол на этом уровне IP, Интернет-протокол. Его работа заключается в посылке пакета или дейтаграммы — термин, который означает «блок данных» — из одной точки в другую. Для достижения этой цели он использует протокол канального уровня.
Оба слоя сети и связь слоя, связаны с получением данных из точки А в точку B. Однако, в то время как на сетевом уровне работают в TCP / IP, на канальном уровне имеют дело с реальным миром. Всё это делается ориентированным на сетевое оборудование,которое он использует.
IP-адрес представляет собой «мягкий» адрес. Это немного похоже на вызов вашего офиса блока «Пан-Галактический дом», а не его реальный адрес, 2326 Западного бульвара. Первый из них не используется для почтальона, который должен доставить письма, если он не может использовать его, чтобы узнать последние. Канальный уровень Ethernet протокола должен знать уникальный аппаратный адрес конкретного сетевого адаптера которому он должен доставить сообщение, и, в случае ошибки, в адресе он не придёт.
Чтобы сделать это возможным, пакет TCP / IP протокола канального уровня включает в себя протоколы, чья работа заключается в преобразовании между IP и аппаратным адресов. Address Resolution Protocol (ARP) выясняет физический адрес, соответствующий IP-адресу. Он делает это, передавая запрос ARP в сети. Когда хозяин признает запрос ARP, содержащий его собственный IP-адрес, он посылает ARP ответ, содержащий его аппаратный адрес.
Существует также протокол Reverse ARP (RARP). Он использует хост, чтобы узнать свой IP-адрес, если он не имеет возможности это сделать, кроме как через сеть.
Межсетевой протокол
IP является основой протокола TCP / IP. Каждое сообщение и каждый кусок данных, передаваемых по любой TCP / IP сети передается в виде IP-пакетов. Работа IP заключается в предоставлении данных, передаваемых между странами и между сетями. Отсюда и название: меж-сетевой протокол. В небольшой локальной сети, он добавляется немного к тому, что может быть достигнуто, если сетевые приложения говорили непосредственно Ethernet. Если каждый компьютер подключен к тому же кабелю Ethernet, каждое сообщение может быть отправлено непосредственно на целевой компьютер.
Как только вы начнёте подключение сетей, прямая связь Ethernet становится непрактичной. На уровне приложения вы можете обратиться с сообщением для компьютеров на противоположной стороне земного шара, но ваша сетевая карта не может взаимодействовать с сетевой картой на компьютере. Для начала нужно предотвратить физические ограничения Ethernet . Было бы плохо, в любом случае нежелательно для каждого компьютера в мире, чтобы он был подключен к одной большой сети. Каждое отправленное сообщение, должно быть услышано каждым компьютером, в итоге будет бедлам. Интернет достаточно перегружен как он есть на сегодняшний день!
Вместо этого, в частности, чистая связь происходит с помощью одного или нескольких «прыжков». Ваша Ethernet-карта будет взаимодействовать с другим устройством Ethernet на пути к конечному пункту назначения. Маршрутизация является важной возможностью, что IP добавляет к протоколу сетевого оборудования. Прежде чем приступить к этому, мы будем рассматривать некоторые другие особенности IP.
IP является протоколом без установления соединения. Это означает, что он понятия не имеет о работе или сессии. Каждый пакет рассматривается как субъект сам по себе. IP скорее как сортировка почтовых писем работником. Он не занимается сортировкой — является ли пакет одним из партии. Он просто перенаправляет пакеты по одному, к другому расположению на маршрут доставки.
IP также равнодушен к пакету достигает он своего возможного назначения, или же они приходят в оригинальном порядке. Не существует никакой информации в пакете, чтобы идентифицировать его как часть последовательности или принадлежности к определенной работе. Таким образом, IP не может сказать, если пакеты были утеряны или были ли они получены в порядке. IP является ненадежным протоколом. Любые механизмы для обеспечения того, чтобы данные, которые передаются приходили правильные и в сохранности обеспечивается на более высоком уровне протоколов в наборе.
IP-пакет состоит из IP-заголовка и данных. Заголовок включает в себя 4-битный протокол номера версии, длину заголовка, 16-битную общую длину, некоторые поля управления, контрольную сумму заголовка и 32-разрядные адреса источника и назначения IP. Это составляет 20 байт. Не будем вдаваться в детали всех IP-полей управления. Тем не менее, поле протокола имеет важное значение. Оно определяет, какой высокий уровень TCP / IP протокол направляет данные. Когда данные поступают в пункт назначения (либо адрес назначения пакета равен собственному адресу IP хоста или это широковещательный адрес) в этой области рассказывается, какой протокол IP-модуля используется для передачи.
Одно поле управления  и время жизни (TTL) поля, это интересно. Они инициализируют отправителя к определенному значению, как правило, 64, и уменьшаются на единицу (или количество секунд ) каждого маршрутизатора,куда  проходит пакет. Когда оно достигает нуля, пакет отбрасывается и отправителю отправляеться уведомление с использованием Internet Control Message Protocol (ICMP), протокол сетевого уровня для отправки сетевых сообщений. Поле TTL является предохранительным механизмом, который предотвращает пакеты от путешествия по Интернету навсегда в маршрутных петлях. Он эксплуатируется в диагностическом инструменте Traceroute.
Хотя общая длина поля в заголовке IP-протокола 16 бит, IP-пакеты, как правило, гораздо меньше, чем 64 байта . С одной стороны, на канальном уровне придется разбить их на более мелкие куски, так что большинство эффективности и преимущества передачи данных в больших блоках теряется. С другой стороны, стандарты в области ИС исторически не требовали принять пакет из более чем 576 байт. Многие TCP / IP приложения ограничивают себя в использовании блоков по 512 байт, по этой причине, хотя сегодня большинство реализаций протокола не так ограничены.

Продолжение статьи следует,следите за публикациями.

P.P.S. Если у Вас есть вопросы, желание прокомментировать или поделиться опытом, напишите, пожалуйста, в комментариях ниже.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Модели OSI и TCP/IP

В 1982 году Международной организацией по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) при поддержке ITU-T был начат новый проект в области сетевых технологий, который был назван Open System Intercommunication (OSI). Эта модель  является первым ша­гом к международной стандартизации протоколов, используемых на различных уровнях (Day и Zimmerman, 1983). Затем она была пересмотрена в 1995 году (Day, 1995). Открытым называется взаимодействие, которое может поддерживаться в неоднородных средах, содержащих системы разных поставщиков. Модель OSI устанавливает глобальный стандарт, определяющий состав функциональных уровней при открытом взаимодействии между компьютерами.

У моделей OSI и TCP имеется много общих черт. Обе модели основаны на концепции стека независимых протоколов. Функциональность уровней также во многом схожа. Например, в каждой модели уровни, начиная с транспортного и выше, предоставляют сквозную, не зависящую от сети транспортную службу для процессов, желающих обмениваться информацией. Эти уровни образуют поставщика транспорта. Также в каждой модели уровни выше транспортного являются прикладными потребителями транспортной службы.

Прикладной уровень

Обеспечивает преобразование данных, специфичных для каждого приложения. Отвечает за доступ приложений в сеть.

Протоколы

HTTP, gopher, Telnet, DNS, SMTP, SNMP, CMIP, FTP, TFTP, SSH, IRC, AIM, NFS, NNTP, NTP, SNTP, XMPP, FTAM, APPC, X.400, X.500, AFP, LDAP, SIP, ITMS, ModbusTCP, BACnetIP, IMAP, POP3, SMB, MFTP, BitTorrent, eD2k, PROFIBUS

Уровень представления

Осуществляет преобразование данных общего характера (кодирование, компрессия и т.п.) прикладного уровня в поток информации для транспортного уровня. Отвечает за возможность диалога между приложениями на разных машинах.

Протоколы

HTTP, ASN.1, XML-RPC, TDI, XDR, SNMP, FTP, Telnet, SMTP, NCP, AFP

Сеансовый уровень

Добавляет транспортной функции удобства обращения, управляет диалогом на протяжении установленной сессии связи. Отвечает за организацию сеансов обмена данными между оконечными машинами.

Протоколы

ASP, ADSP, DLC, Named Pipes, NBT, NetBIOS, NWLink, Printer Access Protocol, Zone Information Protocol, SSL, TLS, SOCKS

Транспортный уровень

Выполняет свободную от ошибок, ориентированную на работу с сообщениями сквозную передачу.  Делит потоки информации на достаточно малые фрагменты (пакеты) для передачи их на сетевой уровень.

Протоколы

TCP, UDP, NetBEUI, AEP, ATP, IL, NBP, RTMP, SMB, SPX, SCTP, DCCP, RTP,  TFTP

Сетевой уровень

Обеспечивает маршрутизацию, и управление загрузкой канала передачи, предоставляет необработанный маршрут передачи, состоящий лишь из конечных точек.  Отвечает за деление пользователей на группы. На этом уровне происходит маршрутизация пакетов на основе преобразования MAC-адресов в сетевые адреса. Сетевой уровень обеспечивает также прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень.

Протоколы

IP, IPv6, ICMP, IGMP, IPX, NWLink, NetBEUI, DDP, IPSec, ARP, RARP, DHCP, BootP, SKIP, RIP

Канальный уровень

Осуществляет свободную от ошибок передачу по отдельному каналу связи.  Обеспечивает создание, передачу и прием кадров данных. Этот уровень обслуживает запросы сетевого уровня и использует сервис физического уровня для приема и передачи пакетов. Спецификации IEEE 802.x делят канальный уровень на два подуровня: управление логическим каналом (LLC) и управление доступом к среде (MAC). LLC обеспечивает обслуживание сетевого уровня, а подуровень MAC регулирует доступ к разделяемой физической среде.

Протоколы

ARCnet, ATM, DTM, SLIP, SMDS, Ethernet, FDDI, Frame Relay, LocalTalk, Token ring, StarLan, WiFi, L2F, L2TP, PPTP, PPP, PPPoE, PROFIBUS,STP

Физический уровнь

Выполняет реальную физическую передачу бит данных. Получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел. Механические и электрические/оптические свойства среды передачи определяются на физическом уровне и включают:

• Тип кабелей и разъемов
• Разводку контактов в разъемах
• Схему кодирования сигналов для значений 0 и 1

Протоколы

RS-232, RS-422, RS-423, RS-449, RS-485, ITU-T, xDSL, ISDN, T-carrier (T1, E1), модификации стандарта Ethernet: 10BASE-T, 10BASE2, 10BASE5, 100BASE-T (включает 100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX), 1000BASE-T, 1000BASE-TX, 1000BASE-SX

Cтек TCP/IP

Модель TCP/IP называют также моделью DARPA (сокращение от Defense Advanced Research Projects Agency, организация, в которой в свое время разрабатывались сетевые проекты, в том числе протокол TCP/IP, и которая стояла у истоков сети Интернет) или моделью Министерства обороны CША (модель DoD, Department of Defense, проект DARPA работал по заказу этого ведомства).

Модель TCP/IP разрабатывалась для описания стека протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Она была разработана значительно раньше, чем модель OSI — в 1970 г. был разработан необходимый набор стандартов, а к 1978 году окончательно оформилось то, что сегодня мы называем TCP/IP. Позже стек адаптировали для использования в локальных сетях. В начале 1980 г. протокол стал составной частью ОС UNIX. В том же году появилась объединенная сеть Internet..

Стек протоколов TCP/IP — набор сетевых протоколов, на которых базируется интернет. Обычно в стеке TCP/IP верхние 3 уровня (прикладной, представительный и сеансовый) модели OSI объединяют в один — прикладной. Поскольку в таком стеке не предусматривается унифицированный протокол передачи данных, функции по определению типа данных передаются приложению.

В отличие от эталонной модели OSI, модель ТСР/IP в большей степени ориентируется на обеспечение сетевых взаимодействий, нежели на жесткое разделение функциональных уровней. Для этой цели она признает важность иерархической структуры функций, но предоставляет проектировщикам протоколов достаточную гибкость в реализации. Соответственно, эталонная модель OSI гораздо лучше подходит для объяснения механики межкомпьютерных взаимодействий, но протокол TCP/IP стал основным межсетевым протоколом.

Основы tcp/ip

АИТ

Лекция 3

Семейство протоколов TCP/IP широко применяется во всем мире для объединения компьютеров в сеть Internet. Единая сеть Internet состоит из множества сетей различной физической природы, от локальных сетей типа Ethernet и Token Ring, до глобальных сетей типа NSFNET.

Термин «TCP/IP» обычно обозначает все, что связано с протоколами TCP и IP. Он охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы и даже саму сеть. В состав семейства входят протоколы UDP, ARP, ICMP, TELNET, FTP и многие другие. TCP/IP — это технология межсетевого взаимодействия, технология internet.

1. Tcp/ip создает единую логическую сеть

Архитектура протоколов TCP/IP предназначена для объединенной сети, состоящей из соединенных друг с другом шлюзами отдельных разнородных пакетных подсетей, к которым подключаются разнородные машины. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими специфическими требованиями и имеет свою природу средств связи. Однако предполагается, что каждая подсеть может принять пакет информации (данные с соответствующим сетевым заголовком) и доставить его по указанному адресу в этой конкретной подсети. Не требуется, чтобы подсеть гарантировала обязательную доставку пакетов и имела надежный сквозной протокол. Таким образом, две машины, подключенные к одной подсети могут обмениваться пакетами.

Когда необходимо передать пакет между машинами, подключенными к разным подсетям, то машина-отправитель посылает пакет в соответствующий шлюз (шлюз подключен к подсети также как обычный узел). Оттуда пакет направляется по определенному маршруту через систему шлюзов и подсетей, пока не достигнет шлюза, подключенного к той же подсети, что и машина-получатель; там пакет направляется к получателю. Объединенная сеть обеспечивает датаграммный сервис.

Проблема доставки пакетов в такой системе решается путем реализации во всех узлах и шлюзах межсетевого протокола IP. Межсетевой уровень является по существу базовым элементом во всей архитектуре протоколов, обеспечивая возможность стандартизации протоколов верхних уровней.

2. Структура связей протокольных модулей

Логическая структура сетевого программного обеспечения, реализующего протоколы семейства TCP/IP в каждом узле сети internet, изображена на рис.1.

——————————

| прикладные процессы |

| … \ | / … \ | / … |

| ——- ——- |

| | TCP | | UDP | |

| ——- ——- |

| \ / |

| —— |

| ——- | IP | |

| | ARP | -*—- |

| ——- | |

| \ | |

| ——— |

| | ENET | |

| —@—- |

| | |

————|——————

|

——————-o———

кабель Ethernet

Рис.1. Структура протокольных модулей в узле сети TCP/IP

Прямоугольники обозначают обработку данных, а линии, соединяющие прямоугольники, — пути передачи данных. Горизонтальная линия внизу рисунка обозначает кабель сети Ethernet, которая используется в качестве примера физической среды; «o» — это трансивер. Знак «*» — обозначает IP-адрес, а «@» — адрес узла в сети Ethernet (Ethernet-адрес). Понимание этой логической структуры является основой для понимания всей технологии internet. В дальнейшем мы будем часто ссылаться на эту схему.

Набор протоколов Интернет

— Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Когда компьютеры подключаются и передают данные между собой через Интернет, они следуют набору правил. Эти правила универсальны; все компьютеры в Интернете должны следовать им. В противном случае Интернет не смог бы функционировать, поскольку компьютеры не смогли бы передавать данные значимым и полезным способом. Эти правила называются протоколами . Существует множество различных протоколов, каждый для разных целей, и все они вместе называются набором Интернет-протоколов .Двумя наиболее важными протоколами являются протокол управления передачей (TCP) и Интернет-протокол (IP), которые гарантируют доставку данных в нужное место и без ошибок, и это то, что компьютеры используют при доступе к серверам (компьютерам, которые имеют данные который доступен в Интернете) во всемирной паутине, а также по электронной почте и т.п. Другие протоколы включают протокол сетевого времени, который обеспечивает синхронизацию часов на компьютерах, и многие другие.

Модель TCP / IP и другие связанные протоколы поддерживаются Инженерной группой Интернета, головной организацией которой является Internet Society, и которая также тесно сотрудничает с другими органами по стандартизации, такими как W3C (Консорциум World Wide Web) и ISO / IEC.

• Интернет-сообщество: http://www.internetsociety.org

• Инженерная группа Интернета: http://www.ietf.org/

• Консорциум World Wide Web: http://www.w3.org/

• HowStuffWorks-Как работает Интернет-инфраструктура: http://computer.howstuffworks.com/internet/basics/internet-infrastructure.htm

• HowStuffWorks-Как работают веб-серверы-Протоколы: http://computer.howstuffworks.com/web-server9.htm

• HowStuffWorks-Как работает Интернет: http: // computer.howstuffworks.com/internet/basics/internet.htm

• Пакет Интернет-протокола: https://www.princeton.edu/~achaney/tmve/wiki100k/docs/Internet_Protocol_Suite.html

• About.com Networking-TCP / IP: http://compnetworking.about.com/cs/basictcpip/g/bldef_tcpip.htm

Network Basics: TCP / IP Protocol Suite

2. Programming
3. Networking
4. Network Basics: TCP / IP Protocol Suite

TCP / IP, протокол, на котором построен Интернет, на самом деле не является отдельным протоколом а скорее целый набор связанных протоколов.TCP даже старше Ethernet. Впервые он был задуман Министерством обороны в 1969 году. В настоящее время группа инженеров Интернета (Internet Engineering Task Force), или IETF, управляет набором протоколов TCP / IP.

Пакет TCP / IP основан на четырехуровневой модели сети, аналогичной семиуровневой модели OSI. На следующем рисунке показано, как модель TCP / IP совпадает с моделью OSI и где некоторые ключевые протоколы TCP / IP вписываются в модель.

Как видите, самый нижний уровень модели, уровень сетевого интерфейса, соответствует физическому уровню модели OSI и уровню канала передачи данных.TCP / IP может работать с широким спектром протоколов уровня сетевого интерфейса, включая Ethernet, а также с другими протоколами, такими как Token Ring и FDDI (более старый стандарт для волоконно-оптических сетей).

Уровень приложений модели TCP / IP соответствует трем верхним уровням модели OSI — то есть уровням сеанса, представления и приложения. На этом уровне можно использовать многие протоколы. Некоторые из самых популярных — это HTTP, FTP, Telnet, SMTP, DNS и SNMP.

IP

IP, что означает Интернет-протокол, — протокол сетевого уровня, который отвечает за доставку пакетов на сетевые устройства.Протокол IP использует логические IP-адреса для обозначения отдельных устройств, а не физические (MAC) адреса. Протокол под названием ARP (протокол разрешения адресов) выполняет задачу преобразования IP-адресов в MAC-адреса.

Поскольку IP-адреса состоят из сетевой части и хостовой части, IP — это протокол маршрутизации . В результате IP может пересылать пакет в другую сеть, если хост не находится в текущей сети. (Возможность маршрутизации пакетов по сети — это то, откуда IP получил свое имя. Интернет () — это серия из двух или более подключенных сетей TCP / IP, которые могут быть достигнуты посредством маршрутизации.)

TCP

TCP, что означает протокол управления передачей, — ориентированный на соединение протокол транспортного уровня. TCP позволяет устройству надежно отправлять пакет другому устройству в той же сети или в другой сети.

TCP гарантирует доставку каждого пакета, если это вообще возможно. Это достигается путем установления соединения с принимающим устройством и последующей отправки пакетов.Если пакет не приходит, TCP повторно отправляет его. Соединение закрывается только после того, как пакет был успешно доставлен или возникла неисправимая ошибка.

Одним из ключевых аспектов TCP является то, что он всегда используется для связи один-к-одному. Другими словами, TCP позволяет одному сетевому устройству обмениваться данными с другим отдельным сетевым устройством. TCP не используется для широковещательной рассылки сообщений нескольким получателям в сети. Вместо этого для этой цели используется протокол пользовательских дейтаграмм (UDP).

Многие известные протоколы прикладного уровня полагаются на TCP. Например, когда веб-браузер запрашивает страницу, браузер использует HTTP для отправки запроса через TCP на веб-сервер. Когда веб-сервер получает запрос, он использует HTTP для выполнения запроса, снова через TCP. Другие протоколы прикладного уровня, использующие TCP, включают Telnet (для эмуляции терминала), FTP (для обмена файлами) и SMTP (для электронной почты).

TCP / IP-адресация и подсети — Windows Client

• 21.09.2020
• Читать 12 минут

В этой статье

Эта статья предназначена в качестве общего введения в концепции сетей Интернет-протокола (IP) и подсетей.Глоссарий включен в конце статьи.

Исходная версия продукта: Windows 10 — все выпуски
Оригинальный номер в базе знаний: 164015

Сводка

При настройке протокола TCP / IP на компьютере под управлением Windows для параметров конфигурации TCP / IP требуется:

• IP-адрес
• Маска подсети
• Шлюз по умолчанию

Чтобы правильно настроить TCP / IP, необходимо понимать, как сети TCP / IP адресуются и делятся на сети и подсети.

Успех TCP / IP как сетевого протокола Интернета во многом объясняется его способностью соединять вместе сети разных размеров и системы разных типов. Эти сети произвольно разделены на три основных класса (наряду с некоторыми другими), которые имеют предопределенные размеры. Системные администраторы могут разделить каждую из них на более мелкие подсети. Маска подсети используется для разделения IP-адреса на две части. Одна часть идентифицирует хост (компьютер), другая часть идентифицирует сеть, к которой он принадлежит.Чтобы лучше понять, как работают IP-адреса и маски подсети, посмотрите на IP-адрес и посмотрите, как он организован.

IP-адресов: сети и хосты

IP-адрес — это 32-битное число. Он однозначно идентифицирует хост (компьютер или другое устройство, например принтер или маршрутизатор) в сети TCP / IP.

IP-адресов обычно выражаются в десятичном формате с точками и четырьмя числами, разделенными точками, например 192.168.123.132. Чтобы понять, как маски подсети используются для различения узлов, сетей и подсетей, изучите IP-адрес в двоичной записи.

Например, IP-адрес 192.168.123.132 в десятичном формате с точками является (в двоичной записи) 32-битным числом 110000000101000111101110000100. Это число может быть трудным для понимания, поэтому разделите его на четыре части по восемь двоичных цифр.

Эти 8-битные секции известны как октеты. Тогда пример IP-адреса станет 11000000.10101000.01111011.10000100. Это число имеет немного больше смысла, поэтому для большинства случаев преобразуйте двоичный адрес в десятичный формат с точками (192.168.123.132). Десятичные числа, разделенные точками, представляют собой октеты, преобразованные из двоичного представления в десятичное.

Чтобы глобальная сеть TCP / IP (WAN) эффективно работала как совокупность сетей, маршрутизаторы, передающие пакеты данных между сетями, не знают точное местоположение хоста, для которого предназначен пакет информации. Маршрутизаторы знают только, членом какой сети является хост, и используют информацию, хранящуюся в их таблице маршрутов, чтобы определить, как получить пакет в сеть хоста назначения.После того, как пакет доставлен в сеть назначения, он доставляется на соответствующий хост.

Для работы этого процесса IP-адрес состоит из двух частей. Первая часть IP-адреса используется как сетевой адрес, последняя часть — как адрес хоста. Если вы возьмете пример 192.168.123.132 и разделите его на эти две части, вы получите 192.168.123. Network .132 Host или 192.168.123.0 — сетевой адрес. 0.0.0.132 — адрес хоста.

Маска подсети

Второй элемент, который требуется для работы TCP / IP, — это маска подсети.Маска подсети используется протоколом TCP / IP для определения того, находится ли узел в локальной подсети или в удаленной сети.

В TCP / IP части IP-адреса, которые используются в качестве адреса сети и хоста, не фиксированы. Если у вас нет дополнительной информации, указанные выше адреса сети и хоста не могут быть определены. Эта информация предоставляется в виде другого 32-битного числа, называемого маской подсети. В этом примере маска подсети 255.255.255.0. Не очевидно, что означает это число, если вы не знаете, что 255 в двоичной системе счисления равно 11111111.Итак, маска подсети 11111111.11111111.11111111.0000000.

Совместив IP-адрес и маску подсети вместе, можно разделить сетевую и узловую части адреса:

11000000.10101000.01111011.10000100 — IP-адрес (192.168.123.132)
11111111.11111111.11111111.00000000 — Маска подсети (255.255.255.0)

Первые 24 бита (количество единиц в маске подсети) идентифицируются как сетевой адрес. Последние 8 бит (количество оставшихся нулей в маске подсети) идентифицируются как адрес хоста.Он дает вам следующие адреса:

11000000.10101000.01111011.00000000 — Сетевой адрес (192.168.123.0)
00000000.00000000.00000000.10000100 — Адрес хоста (000.000.000.132)

Итак, теперь вы знаете, что в этом примере с использованием маски подсети 255.255.255.0 идентификатор сети 192.168.123.0, а адрес хоста — 0.0.0.132. Когда пакет прибывает в подсеть 192.168.123.0 (из локальной подсети или удаленной сети) и имеет адрес назначения 192.168.123.132, ваш компьютер получит его из сети и обработает.

Почти все десятичные маски подсети преобразуются в двоичные числа, состоящие из единиц слева и нулей справа. Некоторые другие распространенные маски подсети:

Десятичное двоичное 255.255.255.192 1111111.11111111.1111111.11000000 255.255.255.224 1111111.11111111.1111111.11100000

Internet RFC 1878 (доступный в InterNIC-Public Information Regarding Internet Domain Name Registration Services) описывает допустимые подсети и маски подсетей, которые могут использоваться в сетях TCP / IP.

Классы сети

Интернет-адреса выделяются InterNIC, организацией, которая управляет Интернетом. Эти IP-адреса делятся на классы. Наиболее распространенными из них являются классы A, B и C. Классы D и E существуют, но не используются конечными пользователями. Каждый из классов адресов имеет различную маску подсети по умолчанию. Вы можете определить класс IP-адреса, посмотрев на его первый октет. Ниже приведены диапазоны интернет-адресов классов A, B и C, каждый с примером адреса:

• Сети класса A используют маску подсети по умолчанию 255.0.0.0 и имеют в качестве первого октета 0–127. Адрес 10.52.36.11 — это адрес класса А. Его первый октет равен 10, то есть от 1 до 126 включительно.

• Сети класса B используют маску подсети по умолчанию 255.255.0.0 и имеют 128–191 в качестве первого октета. Адрес 172.16.52.63 — это адрес класса B. Его первый октет — 172, то есть от 128 до 191 включительно.

• Сети класса C используют маску подсети по умолчанию 255.255.255.0 и имеют 192-223 в качестве своего первого октета.Адрес 192.168.123.132 — это адрес класса C. Его первый октет — 192, то есть от 192 до 223 включительно.

В некоторых сценариях значения маски подсети по умолчанию не соответствуют потребностям организации по одной из следующих причин:

• Физическая топология сети
• Количество сетей (или хостов) не соответствует установленным по умолчанию ограничениям маски подсети.

В следующем разделе объясняется, как можно разделить сети с помощью масок подсети.

Подсети

Сеть TCP / IP класса A, B или C может быть дополнительно разделена или разбита на подсети системным администратором. Это становится необходимым по мере согласования схемы логических адресов Интернета (абстрактного мира IP-адресов и подсетей) с физическими сетями, используемыми в реальном мире.

Системный администратор, которому выделен блок IP-адресов, может администрировать сети, которые не организованы таким образом, чтобы легко соответствовать этим адресам. Например, у вас есть глобальная сеть со 150 хостами в трех сетях (в разных городах), которые соединены маршрутизатором TCP / IP.Каждая из этих трех сетей имеет 50 хостов. Вам выделена сеть класса C 192.168.123.0. (Для иллюстрации, этот адрес на самом деле относится к диапазону, который не выделен в Интернете.) Это означает, что вы можете использовать адреса с 192.168.123.1 по 192.168.123.254 для своих 150 хостов.

Два адреса, которые нельзя использовать в вашем примере, — 192.168.123.0 и 192.168.123.255, потому что двоичные адреса с частью узла, состоящей из единиц и всех нулей, недействительны. Нулевой адрес недействителен, потому что он используется для указания сети без указания хоста.Адрес 255 (в двоичном представлении — адрес всех узлов) используется для широковещательной рассылки сообщения каждому узлу в сети. Просто помните, что первый и последний адрес в любой сети или подсети не может быть назначен какому-либо отдельному хосту.

Теперь вы можете давать IP-адреса 254 хостам. Он отлично работает, если все 150 компьютеров находятся в одной сети. Однако ваши 150 компьютеров находятся в трех отдельных физических сетях. Вместо того, чтобы запрашивать дополнительные блоки адресов для каждой сети, вы делите свою сеть на подсети, что позволяет использовать один блок адресов в нескольких физических сетях.

В этом случае вы делите свою сеть на четыре подсети, используя маску подсети, которая увеличивает сетевой адрес, а возможный диапазон адресов хоста меньше. Другими словами, вы «заимствуете» некоторые биты, используемые для адреса хоста, и используете их для сетевой части адреса. Маска подсети 255.255.255.192 дает вам четыре сети по 62 узла в каждой. Это работает, потому что в двоичной записи 255.255.255.192 совпадает с 1111111.11111111.1111111.11000000. Первые две цифры последнего октета становятся сетевыми адресами, поэтому вы получаете дополнительные сети 00000000 (0), 01000000 (64), 10000000 (128) и 11000000 (192).(Некоторые администраторы будут использовать только две из подсетей, используя 255.255.255.192 в качестве маски подсети. Для получения дополнительной информации по этой теме см. RFC 1878.) В этих четырех сетях последние шесть двоичных цифр могут использоваться для адресов узлов.

Используя маску подсети 255.255.255.192, ваша сеть 192.168.123.0 становится четырьмя сетями: 192.168.123.0, 192.168.123.64, 192.168.123.128 и 192.168.123.192. Эти четыре сети будут иметь действительные адреса узлов:

192.168.123.1-62 192.168.123.65-126 192.168.123.129-190 192.168.123.193-254

Еще раз помните, что двоичные адреса хоста со всеми единицами или всеми нулями недействительны, поэтому вы не можете использовать адреса с последним октетом 0, 63, 64, 127, 128, 191, 192 или 255.

Вы можете увидеть, как это работает, посмотрев на два адреса хоста: 192.168.123.71 и 192.168.123.133. Если вы использовали маску подсети класса C по умолчанию 255.255.255.0, оба адреса находятся в сети 192.168.123.0. Однако, если вы используете маску подсети 255.255.255.192, они в разных сетях; 192.168.123.71 находится в сети 192.168.123.64, 192.168.123.133 находится в сети 192.168.123.128.

Шлюзы по умолчанию

Если компьютеру TCP / IP необходимо связаться с хостом в другой сети, он обычно будет взаимодействовать через устройство, называемое маршрутизатором. В терминах TCP / IP маршрутизатор, указанный на узле, который связывает подсеть узла с другими сетями, называется шлюзом по умолчанию. В этом разделе объясняется, как TCP / IP определяет, следует ли отправлять пакеты на свой шлюз по умолчанию, чтобы достичь другого компьютера или устройства в сети.

Когда хост пытается связаться с другим устройством с помощью TCP / IP, он выполняет процесс сравнения, используя заданную маску подсети и IP-адрес назначения, с маской подсети и своим собственным IP-адресом. Результат этого сравнения сообщает компьютеру, является ли пункт назначения локальным или удаленным.

Если результат этого процесса определяет, что местом назначения является локальный хост, то компьютер отправит пакет в локальную подсеть. Если результат сравнения определяет, что местом назначения является удаленный хост, то компьютер пересылает пакет на шлюз по умолчанию, определенный в его свойствах TCP / IP.В этом случае маршрутизатор должен перенаправить пакет в правильную подсеть.

Устранение неполадок

Сетевые проблемы

TCP / IP часто возникают из-за неправильной настройки трех основных записей в свойствах TCP / IP компьютера. Понимая, как ошибки в конфигурации TCP / IP влияют на работу сети, вы можете решить многие типичные проблемы TCP / IP.

Неправильная маска подсети: если сеть использует маску подсети, отличную от маски по умолчанию для своего класса адреса, и клиент по-прежнему настроен с маской подсети по умолчанию для класса адреса, связь с некоторыми соседними сетями будет невозможна, но не с удаленными .Например, если вы создаете четыре подсети (например, в примере разделения на подсети), но используете неправильную маску подсети 255.255.255.0 в вашей конфигурации TCP / IP, узлы не смогут определить, что некоторые компьютеры находятся в разных подсетях, чем их. В этой ситуации пакеты, предназначенные для хостов в разных физических сетях, которые являются частью одного и того же адреса класса C, не будут отправлены на шлюз по умолчанию для доставки. Распространенным признаком этой проблемы является то, что компьютер может обмениваться данными с узлами, находящимися в его локальной сети, и может взаимодействовать со всеми удаленными сетями, кроме тех, которые находятся поблизости и имеют тот же адрес класса A, B или C.Чтобы решить эту проблему, просто введите правильную маску подсети в конфигурации TCP / IP для этого хоста.

Неверный IP-адрес: если вы поместите компьютеры с IP-адресами, которые должны находиться в разных подсетях в локальной сети, друг с другом, они не смогут взаимодействовать. Они будут пытаться отправлять пакеты друг другу через маршрутизатор, который не может правильно их пересылать. Симптомом этой проблемы является компьютер, который может общаться с хостами в удаленных сетях, но не может связываться с некоторыми или всеми компьютерами в своей локальной сети.Чтобы решить эту проблему, убедитесь, что все компьютеры в одной физической сети имеют IP-адреса в одной IP-подсети. Если у вас закончились IP-адреса в одном сегменте сети, есть решения, которые выходят за рамки этой статьи.

Неверный шлюз по умолчанию: компьютер, настроенный с неправильным шлюзом по умолчанию, может связываться с хостами в своем собственном сегменте сети. Но он не сможет связаться с хостами в некоторых или во всех удаленных сетях. Хост может связываться с некоторыми удаленными сетями, но не с другими, если выполняются следующие условия:

• Одна физическая сеть имеет более одного маршрутизатора.
• Неправильный маршрутизатор настроен как шлюз по умолчанию.

Это обычная проблема, если в организации есть маршрутизатор для внутренней сети TCP / IP и другой маршрутизатор, подключенный к Интернету.

Список литературы

Две популярные ссылки на TCP / IP:

• «TCP / IP Illustrated, Том 1: Протоколы», Ричард Стивенс, Эддисон Уэсли, 1994
• «Межсетевое взаимодействие с TCP / IP, Том 1: Принципы, протоколы и архитектура», Дуглас Э.Comer, Prentice Hall, 1995

Рекомендуется, чтобы системный администратор, ответственный за сети TCP / IP, имел хотя бы одну из этих ссылок.

Глоссарий

• Широковещательный адрес — IP-адрес с частью узла, состоящей из единиц.

• Хост — компьютер или другое устройство в сети TCP / IP.

• Интернет — глобальная совокупность сетей, соединенных вместе и имеющих общий диапазон IP-адресов.

• InterNIC — Организация, отвечающая за администрирование IP-адресов в Интернете.

• IP — сетевой протокол, используемый для отправки сетевых пакетов через сеть TCP / IP или Интернет.

• IP-адрес — Уникальный 32-битный адрес хоста в сети TCP / IP или межсетевой.

• Сеть. В этой статье термин «сеть» используется в двух случаях. Один из них — это группа компьютеров в одном физическом сегменте сети.Другой — это диапазон IP-адресов сети, который назначается системным администратором.

• Сетевой адрес — IP-адрес с нулевой частью хоста.

• Октет — 8-битное число, 4 из которых составляют 32-битный IP-адрес. У них есть диапазон 00000000-11111111, который соответствует десятичным значениям 0-255.

• Пакет — Единица данных, передаваемая по сети TCP / IP или глобальной сети.

• RFC (Запрос на комментарий) — документ, используемый для определения стандартов в Интернете.

• Маршрутизатор — устройство, которое передает сетевой трафик между разными IP-сетями.

• Маска подсети — 32-битное число, используемое для различения сетевой и хостовой частей IP-адреса.

• Подсеть или подсеть — меньшая сеть, созданная путем разделения более крупной сети на равные части.

• TCP / IP — широко используемый набор протоколов, стандартов и служебных программ, обычно используемых в Интернете и крупных сетях.

• Глобальная сеть (WAN) — большая сеть, которая представляет собой набор небольших сетей, разделенных маршрутизаторами. Интернет — это пример большой глобальной сети.

Основы сетевых технологий — введение в модель OSI и TCP / IP для тестеров

Введение в модель OSI и TCP / IP для тестеров

Большинство приложений работают по протоколу HTTP, поэтому твердое понимание этого протокола сделает вашу работу по тестированию намного более управляемой.Мы исследовали это в предыдущем посте: Что такое протокол HTTP — введение в HTTP для тестеров . Но сети — это не только HTTP. В этом посте мы собираемся глубже погрузиться в сети, исследуя модель OSI.

Моя основная цель в этой статье — показать вам модель OSI и объяснить, как данные передаются в сети. Затем я рассмотрю различия между моделью OSI и TCP / IP. В конце статьи я также упомяну несколько протоколов, используемых в сетях.

Но прежде чем мы углубимся в детали, я должен пояснить некоторые основные термины.

Терминология

LAN (локальная сеть) и WLAN (беспроводная локальная сеть)

LAN — это локальная сеть, состоящая из группы компьютеров и устройств, соединенных единой физической сетью (кабелями). Он ограничен определенной географической областью / местоположением.

Отличным примером такой сети может быть библиотека, офис или дом. Я не думаю, что в наши дни большинство из нас используют локальную сеть у себя дома, потому что локальная сеть соединяет устройства с помощью кабелей.В настоящее время наши устройства подключаются по беспроводной сети через WIFI, поэтому мы говорим о WLAN.

WAN (глобальная сеть)

WAN объединяет множество сайтов и охватывает большие географические регионы (соединяя физически удаленные точки). Лучшим примером этого является сам Интернет, то есть тысячи подключенных локальных сетей (LAN / WLAN).

Другой пример — соединение трех офисов компании в разных городах. У каждого офиса своя локальная сеть. Объединив их, мы смогли создать собственную внутреннюю сеть компании — WAN.

Различия между IP и MAC-адресом

Вы, наверное, уже слышали и кое-что знаете о том, что такое IP. Однако вы, возможно, не встречали концепцию MAC-адреса. Итак, позвольте мне в нескольких словах объяснить, что такое IP, а затем MAC-адрес, чтобы проиллюстрировать ключевые различия между ними.

IP (интернет-протокол)

Мы используем IP для связи между разными сетями (для адресации и передачи данных из одной сети в другую).Он выполняет роль маршрутизации, т. Е. Ищет самый быстрый маршрут для передачи пакета данных. IP-адрес — это логический адрес — это означает, что он назначается в зависимости от того, к какой сети было подключено устройство. Если устройство находится в двух сетях, у него будет два IP-адреса.

MAC-адрес (контроль доступа к среде)

MAC — это физический адрес с уникальным идентификатором, записанным на сетевой карте. Он идентифицирует конкретные устройства и назначается производителем. MAC-адреса используются для связи внутри одной сети, например.g. в домашней сети, если вы хотите подключить компьютер к принтеру или другим устройствам, он будет использовать для этого MAC-адреса.

Ключевые отличия, которые следует запомнить

IP	MAC
Логический адрес	Физический адрес
Определяет соединение с устройством в сети	Определяет устройство в сети
Назначается сетевым администратором или интернет-провайдером	Назначено производителем
Используется в глобальной сети	Используется для связи LAN / WLAN

OSI модель

Модель OSI никогда не применялась напрямую, поскольку это в основном эталонная архитектура, описывающая, как данные должны передаваться от одного приложения к другому по сети.Используется TCP / IP, и в наши дни он самый популярный. После модели OSI я скажу больше о TCP / IP. Но лучше начать с OSI, потому что так легче понять некоторые концепции.

Модель OSI состоит из 7 уровней, разделенных на две группы:

• Уровни хоста (происходит на стороне компьютера. Отвечает за точную доставку данных между устройствами)
• Слои мультимедиа (происходит на стороне сети. Отвечает за обеспечение доставки данных к месту назначения)

7.Уровень приложения

На этом уровне пользователь напрямую взаимодействует с приложениями. Здесь решается, какие интерфейсы используются для взаимодействия с сетью через соответствующие протоколы на этом уровне.

Примеры таких приложений: Chrome или Gmail:

• Chrome использует протокол HTTP / HTTPS
• Gmail использует такие протоколы электронной почты, как SMTP, IMAP.

Сами приложения не находятся на уровне приложений — на этом уровне есть только протоколы или службы, которые используют приложения.

6. Уровень представления

Задача этого уровня — правильное представление данных, сжатие / распаковка, шифрование / дешифрование. Это гарантирует, что данные, отправленные с системного прикладного уровня X, могут быть прочитаны системным прикладным уровнем Y.

5. Сессионный уровень

Этот уровень отвечает за создание, управление и закрытие сеансов между двумя приложениями, которые хотят взаимодействовать друг с другом.

4. Транспортный уровень

Задача этого уровня — убедиться, что данные благополучно прибыли от отправителя к получателю.Когда он отправляет данные, он разбивает их на сегменты. Когда он принимает данные, он помещает их обратно в поток данных.

На этом уровне используются два протокола: TCP и UDP (позже в статье я расскажу об этом подробнее)

3. Сетевой уровень

Предоставляет услуги адресации и маршрутизации. Он определяет, какие маршруты соединяют отдельные компьютеры, и решает, сколько информации отправить с помощью того или иного соединения. Данные, передаваемые через этот уровень, называются пакетами.

Помещает два адреса в отправленный пакет:

• Исходный адрес
• Адрес назначения

Этот уровень основан на IP (интернет-протоколе).

2. Уровень канала передачи данных

Этот уровень занимается упаковкой данных в кадры и отправкой их на физический уровень. Он также контролирует качество информации, предоставляемой физическим уровнем. Он распознает ошибки, связанные с потерей пакетов и повреждением фреймов, и занимается их ремонтом.

1. Физический уровень

Это физический аспект сети. Это относится к кабелям, сетевым картам, WIFI и т. Д. Используется только для отправки логических нулей и единиц (битов). Он определяет скорость потока данных. Когда этот уровень получает кадры от уровня канала данных, он меняет их на битовый поток.

Инкапсуляция и декапсуляция данных

Инкапсуляция добавляет фрагменты информации к данным, передаваемым по сети. Это происходит, когда мы отправляем данные.На каждом уровне к нашим данным добавляется некоторая информация. Мы объединяем адрес отправителя и получателя, метод шифрования, формат данных, то, как данные будут разделены, отправлены и т. Д.

Декапсуляция происходит, когда мы получаем информацию. Он состоит из удаления фрагментов информации, собранной из сети. На каждом слое некоторая информация исчезает. В конце концов, пользователь получает только то, что он должен получить без IP, MAC-адреса и т. Д.

Различия между моделью OSI и TCP / IP

Модель TCP / IP имеет организацию уровней, аналогичную модели OSI.Однако TCP / IP не так строго разделен и лучше отражает реальную структуру Интернета.

В TCP / IP всего четыре уровня:

• Уровень приложения
• Транспортный уровень
• Интернет-уровень
• Уровень сетевого интерфейса

Модель OSI проводит четкое различие между уровнями и некоторыми концепциями. В TCP / IP сложнее провести это четкое различие и объяснить эти концепции. Теперь вы можете понять, почему я представил вам модель OSI до TCP / IP.

Уровень приложений TCP / IP состоит из трех уровней модели OSI:

• Уровень приложения
• Уровень представления
• Сессионный уровень

Работа прикладного уровня в TCP / IP представляет собой комбинацию этих трех уровней из модели OSI. На этом уровне у нас есть различные протоколы, такие как HTTP, DNS, SMTP, FTP.

Транспортный и Интернет-уровни в TCP / IP работают, как я описал в модели OSI. Но в следующем разделе я расскажу больше о том, как работают протоколы транспортного уровня (TCP и UDP).

Уровень сетевого интерфейса в TCP / IP представляет собой комбинацию двух уровней, образующих модель OSI (канал передачи данных и физический уровень). Я не буду вдаваться в подробности этого слоя. Но в модели OSI я описал критические функции этих двух последних уровней. В TCP / IP эти функции реализованы на одном уровне.

Протоколы в модели TCP / IP

Протоколы Интернет-уровня

ARP (протокол разрешения адресов)

Используется для определения MAC-адреса.Если устройству известен IP-адрес целевого устройства, то ARP отправляет запрос всем устройствам в локальной сети для поиска MAC-адреса устройства с данным IP. Затем устройство с этим IP-адресом отправляет ARP-ответ со своим MAC-адресом.

Эта информация будет сохранена в таблице ARP. В Windows или MacOS откройте терминал и введите arp -a. Затем вы должны увидеть таблицу ARP.

На изображении ниже вы можете увидеть, как этот процесс работает, когда запрос ARP совпадает с IP-адресом устройства.

Протокол RARP выполняет обратную операцию.

IP (Интернет-протокол)

В начале статьи я объяснил, что такое IP. Но я хочу прояснить, что IP в модели TCP / IP находится на уровне Интернета. Также хорошо добавить, что у IP есть две версии.

Второй был введен, потому что адреса IPv4 заканчиваются. IPv6 более эффективен, имеет лучшую маршрутизацию и более безопасен.

ICMP (протокол управляющих сообщений Интернета)

Это инструмент для решения проблем.ICMP сообщает о любых ошибках связи между хостами. Сообщения ICMP могут помочь диагностировать проблему. Например, если маршрутизатор или хост перегружены, ICMP может отправить сообщение, чтобы снизить скорость передачи.

ICMP используется в программе ping, которая позволяет диагностировать сетевые соединения. Ping позволяет проверить, есть ли соединение между хостами. Он также позволяет измерять количество потерянных пакетов и задержки их передачи.

В терминале наберите ping www.scalac.io . После пинга нужно указать хост. Вы можете выбрать любой сайт. Я собираюсь проверить свое соединение с сайтом scalac. Чтобы выйти из ping, используйте CTRL + C.

Ping отправляет пакет ICMP на указанный хост. В моем случае я отправил 17 пакетов и получил обратно 17 пакетов. За это короткое соединение я не потерял ни одного пакета. Программа также считает временной интервал между отправкой и получением пакетов. В конце программа подводит итоги соединения и показывает минимальный / средний / максимальный промежуток времени между отправкой и получением пакетов.

Протоколы транспортного уровня

TCP (протокол управления передачей)

TCP — это высоконадежный протокол, ориентированный на соединение. Он применяет принцип трехстороннего рукопожатия. Перед отправкой каких-либо данных он сначала устанавливает соединение.

Это правило состоит из трех шагов, необходимых для установления соединения.

1. SYN — устройство отправляет сообщение на сервер: «Я хочу связаться с вами».
2. SYN / ACK — Когда сервер получит сообщение, он ответит, что готов к обмену данными.
3. ACK — устройство отправляет подтверждение получения ответа от сервера и готовности к обмену данными.

Высокая надежность TCP обеспечивается устройством, гарантирующим, что отправленные данные были получены сервером. Затем сервер проверяет, что отправленные вам данные были собраны вами. Если сервер отправляет 10 пакетов данных, и по какой-то причине вы не получаете один из них, и вы не подтверждаете получение, этот сервер снова попытается отправить потерянный пакет.

TCP также обеспечивает доставку данных по порядку. Каждый отправленный пакет пронумерован. Хотя пакеты по-прежнему могут поступать не по порядку, TCP упорядочит их перед отправкой в ​​приложение.

Обобщая преимущества TCP:

• Установите соединение перед отправкой любых данных
• Подтверждение доставки данных
• Повторная передача потерянных данных
• Доставить данные для заказа

UDP (протокол дейтаграмм пользователя)

UDP отправляет данные, и его не волнует, получило их устройство или нет.Также его не волнует, потеряны ли какие-то пакеты. Но существенным преимуществом протокола пользовательских дейтаграмм является то, что размеры пакетов меньше, чем у TCP (примерно на 60% меньше).

UDP — это экономичная версия TCP.

• Отсутствие подключения и ненадежность.
• Нет ретрансляции данных
• Нет подтверждения доставки данных
• Данные могут поступать не по порядку

Вы спросите, зачем тогда использовать UDP? Такой ненадежный протокол!

В некоторых случаях UDP лучше, потому что TCP имеет значительные накладные расходы (повторная передача данных, подтверждение доставки и т. Д.) UDP часто используется для передачи данных в реальном времени: потокового видео или аудио, например, звонков по Skype.

Протоколы прикладного уровня

Протоколы управления сетью

DNS (Службы доменных имен) — Изменяет имя домена на IP-адрес. Доменное имя используется, потому что оно удобно для людей. Доменное имя (www.google.com) запомнить легче, чем IP-адрес (172.217.16.4). Когда вы вводите адрес любого веб-сайта в браузере, браузер отправляет запрос в DNS для получения IP-адреса этого домена.

Если вы введете IP-адрес браузера 172.217.16.4, вы должны увидеть страницу Google, потому что это IP-адрес Google. Я могу получить его напрямую, запросив DNS в терминале. Введите терминал: nslookup www.google.com.

NTP (сетевой протокол времени) — это несложный и простой протокол. Он используется для автоматической синхронизации времени в устройствах, подключенных к сети. Представьте себе, что теперь вручную синхронизируете время для 10 или 50 устройств.Это было бы неэффективно.

Некоторые устройства, процедуры или механизмы безопасности требуют точной синхронизации времени для правильной работы. Кроме того, благодаря протоколу NTP легче находить причины любых ошибок сети или устройства. Поскольку, используя журналы, мы сможем узнать, в каком порядке происходили события, вызвавшие сбои.

SNMP (простой протокол сетевого управления) — используется для мониторинга, управления обновлениями и диагностики сетей и сетевых устройств.

Протоколы удаленной аутентификации

SSH (Secure Shell) — Это позволяет удаленно входить в терминал на сетевых устройствах и администрировать их (например, маршрутизатор, межсетевой экран, удаленный сервер). SSH безопасен, потому что связь зашифрована. SSH использует протокол TCP.

Протоколы передачи файлов

FTP (протокол передачи файлов) — Цель этого протокола — отображать список файлов / папок, добавлять, удалять или загружать их с сервера.Хороший пример — отправка файлов веб-сайта на сервер. Для этого вам необходимо использовать FTP-клиент, с помощью которого вы можете аутентифицироваться и получить доступ к FTP-серверу. Популярный FTP-клиент — FileZilla. FTP использует TCP.

Существенным недостатком FTP является отсутствие шифрования данных. Поэтому для обеспечения безопасной аутентификации и передачи файлов стоит использовать FTP (FTP Secure и FTP-SSL) или SFTP (протокол передачи файлов SSH) . Они работают так же, как FTP, но расширяют его функциональные возможности за счет шифрования передаваемых данных.

Протоколы электронной почты

SMTP (простой протокол передачи почты) и IMAP (протокол сообщений доступа в Интернет) — это два протокола, которые используются для отправки и получения электронной почты. Задача SMTP — отправлять сообщения электронной почты от клиента на сервер электронной почты или между серверами электронной почты. IMAP используется для управления и получения сообщений электронной почты с сервера электронной почты.

На этом изображении показан пример, когда отправитель ([email protected]) и получатель ([email protected]) имеют разных поставщиков услуг электронной почты.

1. Вначале сообщение электронной почты отправляется на почтовый сервер отправителя (Gmail)
2. Затем почтовый сервер Gmail отправляет электронное сообщение на почтовый сервер получателя (WP)
3. Наконец, IMAP получает сообщение электронной почты с почтового сервера wp нашему клиенту.

Если у отправителя и получателя один и тот же поставщик услуг электронной почты (Gmail), шаг 2 будет пропущен.

Протоколы браузера

HTTP / HTTPS — Я написал отдельную статью о HTTP.Вы можете прочитать его здесь: Что такое протокол HTTP — введение в HTTP для тестеров . Я объясняю там, как именно работает HTTP. HTTPS расширяет функциональность HTTP с помощью протоколов шифрования данных.

Протоколы VoIP (передача голоса по IP)

SIP (протокол инициации сеанса) — выполняет административную функцию (с использованием TCP). Он используется только для установки и закрытия аудио или видео соединения.

RTP (транспортный протокол реального времени) — используется для передачи данных во время аудио- или видеозвонков (с использованием UDP).

Например, вы хотите позвонить кому-нибудь по Skype. SIP будет использоваться для установления соединения. Когда соединение установлено, RTP начинает действовать и передает данные. Когда вы закончите разговор, SIP закроет соединение.

Суммировать

Сегодня вы узнали много новых концепций. Теперь вы знаете, как данные передаются в сетях. Они проходят довольно сложный процесс. Все затронутые мной темы настолько обширны; они легко могли бы иметь для себя отдельную статью.Однако я попытался представить их вам на достаточно общем уровне, чтобы их было легко понять. Не вдаваясь слишком глубоко в технические аспекты.

Если вы думаете, что мне удалось объяснить вещи понятно и интересно, поделитесь этой статьей в социальных сетях. И если у вас есть какие-либо вопросы, также смело задавайте их в комментариях ниже.

% PDF-1.3 % 1056 0 объект > endobj xref 1056 141 0000000016 00000 н. 0000003176 00000 н. 0000003397 00000 н. 0000003430 00000 н. 0000003489 00000 н. 0000004812 00000 н. 0000005013 00000 н. 0000005082 00000 н. 0000005186 00000 п. 0000005288 00000 п. 0000005471 00000 п. 0000005639 00000 п. 0000005803 00000 п. 0000005919 00000 н. 0000006086 00000 н. 0000006252 00000 н. 0000006373 00000 п. 0000006483 00000 н. 0000006619 00000 н. 0000006782 00000 н. 0000006896 00000 н. 0000007000 00000 н. 0000007118 00000 н. 0000007236 00000 п. 0000007361 00000 п. 0000007512 00000 н. 0000007671 00000 н. 0000007793 00000 н. 0000007907 00000 н. 0000008017 00000 н. 0000008146 00000 н. 0000008250 00000 н. 0000008370 00000 н. 0000008486 00000 н. 0000008615 00000 н. 0000008745 00000 н. 0000008884 00000 н. 0000009059 00000 н. 0000009198 00000 п. 0000009356 00000 п. 0000009528 00000 н. 0000009654 00000 н. 0000009767 00000 н. 0000009879 00000 п. 0000009977 00000 н. 0000010076 00000 п. 0000010234 00000 п. 0000010352 00000 п. 0000010459 00000 п. 0000010578 00000 п. 0000010683 00000 п. 0000010803 00000 п. 0000010940 00000 п. 0000011065 00000 п. 0000011184 00000 п. 0000011313 00000 п. 0000011473 00000 п. 0000011581 00000 п. 0000011695 00000 п. 0000011862 00000 п. 0000012002 00000 п. 0000012159 00000 п. 0000012327 00000 п. 0000012472 00000 п. 0000012565 00000 п. 0000012677 00000 п. 0000012779 00000 п. 0000012882 00000 п. 0000013002 00000 п. 0000013158 00000 п. 0000013268 00000 п. 0000013382 00000 п. 0000013482 00000 п. 0000013591 00000 п. 0000013734 00000 п. 0000013907 00000 п. 0000013996 00000 п. 0000014081 00000 п. 0000014230 00000 п. 0000014330 00000 п. 0000014429 00000 п. 0000014526 00000 п. 0000014623 00000 п. 0000014721 00000 п. 0000014819 00000 п. 0000014917 00000 п. 0000015015 00000 п. 0000015113 00000 п. 0000015212 00000 п. 0000015311 00000 п. 0000015410 00000 п. 0000015509 00000 п. 0000015608 00000 п. 0000015707 00000 п. 0000015806 00000 п. 0000015905 00000 п. 0000016004 00000 п. 0000016103 00000 п. 0000016202 00000 п. 0000016301 00000 п. 0000016400 00000 п. 0000016499 00000 п. 0000016598 00000 п. 0000016697 00000 п. 0000016796 00000 п. 0000016895 00000 п. 0000016994 00000 п. 0000017093 00000 п. 0000017192 00000 п. 0000017291 00000 п. 0000017390 00000 п. 0000017489 00000 п. 0000017588 00000 п. {ڞ RPo4M {}}; =

Что такое TCP / IP? | Рабочие уровни и преимущества TCP / IP

Обзор TCP / IP

TCP / IP, сокращение от Transmission Control Protocol / Internet Protocol, представляет собой набор протоколов связи, означающий набор правил и процедур, которые используются для соединения различных сетевых устройств через Интернет, определяя, как данные должны передаваться, маршрутизироваться, разбиваться на пакеты. , адресованы и получены в пункте назначения.Протокол TCP определяет, как приложения могут создавать каналы связи в сети. IP определяет способ адресации и маршрутизации каждого пакета, чтобы гарантировать, что он достигнет правильного пункта назначения.

Как работает TCP / IP?

Функциональность TCP / IP разделена на пять уровней: 1) физический уровень, уровень канала передачи данных, сетевой уровень, транспортный уровень, уровень приложений.

Физический уровень

• Физический уровень преобразует двоичные данные в сигналы и передает их по локальной среде.На этом уровне единицей связи является отдельный бит. Когда соединение устанавливается между двумя устройствами, данные передаются в виде потока байтов. Физический уровень доставляет биты.

Уровень канала данных

• Уровень канала данных определяет формат данных в сети. Физическая адресация выполняется на уровне звена данных. MAC-адреса источника и назначения назначаются пакету данных для формирования кадра.
• На уровне канала данных единицей связи является фрейм.Этот слой разделяет сообщение или файл на фрейм. Кадр — это не что иное, как пакет, который отвечает за инкапсуляцию данных, полученных с сетевого уровня.

Сетевой уровень

• На сетевом уровне единицей связи являются пакеты. Этот уровень предоставляет IP-адрес источника и назначения каждому сегменту для формирования пакета. Сетевой уровень предоставляет такие функции, как логическая адресация, то есть IP-адресация, определение пути и маршрутизация. Маршрутизация — это метод перемещения пакета данных от источника к месту назначения.
• На основе IP-адреса и маски решения о маршрутизации принимаются в сети. В то время как определение пути — это процесс выбора наилучшего возможного пути для доставки данных получателю. Он использует такие протоколы, как OSPF (сначала откройте кратчайший путь), BGP (протокол пограничного шлюза) и т. Д.

Транспортный уровень

• Транспортный уровень отвечает за передачу данных из одного места в другое. Он контролирует надежность связи с помощью сегментации, управления потоком и контроля ошибок.
• Сегментация — это процесс разделения полученных данных на небольшие блоки, называемые сегментами.
• Сегмент — это единица коммуникации на этом уровне.
• Управление потоком: Управление потоком — это процесс управления объемом передаваемых данных.
• Контроль ошибок: Транспортный уровень использует схему автоматического повторного запроса для повторной передачи потерянных или поврежденных данных.