Стек протоколов tcp/ip

Хотя такая модель существует, всё же удобнее рассматривать TCP/IP именно с точки зрения набора (стека) протоколов и реализованных в них функций, и это обусловлено некоторым количеством факторов. Во-первых, исторически сложилось так, что сначала были разработаны протоколы, входящие в состав стека, а уже потом появилась модель, описывающая функционирующую на данных протоколах сеть. Во-вторых, протоколы данного стека являются, пожалуй, самыми популярными и используемыми в мире, в то время как модель является ограниченной и абсолютно узкой в использовании – с её помощью практически невозможно описать работу любого стека протоколов, кроме самого TCP/IP. В-третьих, модель имеет множество недостатков по сравнению с той же моделью OSI.

Стек TCP/IP возник еще во времена ARPANET – прародительницы современной сети Интернет. ARPANET стремилась объединить множество сетей правительственных и образовательных учреждений по разнородным линиям связи: изначально – телефонным линиям, позже – спутниковым и радиосетям. Поэтому с самого начала одной из задач новой модели стала возможность объединения различных сетей в одно целое. Другой важной задачей было сохранение работоспособности сети при возможных потерях сетевого оборудования и/или промежуточных линий связи. Кроме того, от архитектуры нужна была определенная гибкость, поскольку предполагалось нагружать сети различными задачами: от переноса файлов до передачи речи в режиме реального времени.

Архитектура получила название эталонной модели TCP/IP, в соответствии с двумя основными протоколами. Использование такой архитектуры в глобальной сети и её внедрение в операционную систему UNIX дали отличный толчок её быстрому развитию и популярности. Модель имеет четыре уровня: прикладной, транспортный, межсетевой и уровень доступа к сети.

Прикладной уровень (Application layer)

Прикладной уровень содержит набор протоколов взаимодействия с пользователем: HTTP – протокол для просмотра веб-страниц, FTP – протокол передачи файлов, SMTP – протокол электронной почты и др.

В модели TCP/IP нет уровней представления и сеансового. В них просто нет необходимости, поскольку приложения включают все функции данных уровней, которые им нужны.

Транспортный уровень (Transport layer)

Транспортный уровень создан для того, чтобы принимающий и передающий данные узлы могли поддерживать связь. На этом уровне описаны два протокола: TCP и UDP.

Протокол TCP (Transmission Control Protocol – Протокол управления передачей) является надежным протоколом с установлением соединения, позволяющим без ошибок доставлять байтовый поток с одного узла на любую другую в сети. Он делит входное сообщение на порции (сегменты), нумерует и передаёт их нижестоящему уровню, а на пункте назначения TCP-процесс собирает полученные сегменты в целое сообщение. Такой способ передачи информации очень важен там, где необходимо сохранить целостность передачи информации, например, при отправке файлов.

Кроме того, TCP осуществляет управление потоком, чтобы быстрый отправитель не завалил информацией медленного получателя.

Протокол UDP (User Datagram Protocol – Протокол пользовательских дейтограмм) является ненадежным протоколом без установления соединения и использующим своё собственное управление потоком. Протокол не дает гарантии доставки сообщений, поэтому широко используется в приложениях, где оперативность важнее точности, например, при передаче речи и видео.

Межсетевой уровень (Internet layer)

Межсетевой (или интернет-) уровень является основой всей архитектуры. В его задачу входит обеспечение возможности каждого узла отправлять пакеты в любую сеть и независимо друг от друга двигаться к получателю. Основным протоколом является IP (Internet Protocol).

Первой и, пожалуй, самой главной задачей уровня является адресация. Все узлы сети получают уникальный адрес (т.н. IP-адрес), по которому им можно отправить сообщение. Сюда же входит задача выбора оптимального пути следования пакета – маршрутизация.

Слово «интернет» в названии уровня используется в своем первоначальном значении «межсетевой», и не имеет отношения к названию глобальной сети Интернет (хотя сам уровень в сети Интернет активно используется).

Уровень доступа к сети (Network access layer)

Требования, выдвинутые в момент становления ARPANET, привели к выбору сети с коммутацией пакетов, основанной на уровне без установления соединения, который работает в различных сетях. Таким уровнем стал уровень доступа к сети. Он описывает, как и что должны сделать последовательные линии (Ethernet, DSL, 802.11), чтобы удовлетворить потребности межсетевого уровня.

В некоторых источниках данный уровень именуется канальным уровнем, однако в модели TCP/IP, в отличие от модели OSI, здесь уровень является более широким и включает в себя как функционирование собственно каналов, так и описание работы физической среды передачи данных.