Сетевая модель TCP/IP
В предыдущем уроке вы узнали о теоретической сетевой модели OSI. В этом уроке вы познакомитесь с сетевой моделью, которая используется на практике, — TCP/IP.
OSI и TCP/IP
Сетевая модель OSI изначально не задумывалась как теоретический инструмент. Предполагалось, что она станет основой для разработки набора протоколов (Protocol Suite) OSI, которые будут использоваться в международных сетях. Примером такой международной сети стала сеть Интернет. Но рост популярности интернета и набора протоколов TCP/IP привёл к тому, что некоторые из спроектированных протоколов OSI потеряли свою актуальность и не были реализованы.
Популярность модели TCP/IP объясняется рядом важных факторов. Некоторые из них носят исторический характер, например то, что они связаны с сетью Интернет. Другие факторы связаны с характеристиками самого набора протоколов TCP/IP:
- Интегрированная система адресации TCP/IP включает в себя систему идентификации и адресации устройств в малых и больших сетях. Система адресации разработана таким образом, чтобы разрешать обращение к устройствам независимо от того, каким образом построена сеть. Система адресации также включает централизованное администрирование интернета, которое гарантирует, что каждое устройство будет иметь уникальный адрес.
- Масштабируемость протоколов За десятилетия существования протоколы TCP/IP доказали свою эффективность: количество устройств сети Интернет выросло от нескольких до сотен миллионов, и при этом протоколы не изменились существенно, несмотря на редкие небольшие изменения.
- Открытость Стандарты TCP/IP и даже процесс их разработки полностью открыты для общественности. Стандарты и протоколы TCP/IP разрабатываются с использованием уникального процесса запроса замечаний (Request for Comments — RFC), в котором все заинтересованные лица приглашаются к участию. Такой процесс гарантирует, что все желающие могут внести свой вклад в разработку.
- Универсальность Протоколы TCP/IP не только являются основным языком сети Интернет, но и используются в большинстве локальных сетей сегодня.
Таким образом, сетевая модель TCP/IP является фактическим стандартом и используется абсолютным большинством сетей.
Сетевая модель TCP/IP
Сетевая модель TCP/IP является представлением архитектуры сети Интернет и описывает уровни сети и их связи.
Название сетевой модели TCP/IP включает два основных компьютерных протокола, используемых для взаимодействия устройствами в сети интернет:
- Transmission Control Protocol (TCP) — протокол управления передачей;
- Internet Protocol (IP) — интернет-протокол.
IP определяет адрес устройства в сети Интернет и маршруты доставки, доставляет данные от отправителя получателю.
Задачи IP похожи на задачи почтового оператора вроде «Почты России». Например, отправитель из Перми передал «Почте России» посылку **для доставки в Москву. Отправитель должен указать только получателя посылки и не обязан описывать возможный маршрут его доставки.
Посылка может быть напрямую отправлена из Перми в Москву грузовым самолётом, а может отправиться сначала в Ижевск, потом в Казань, затем в Нижний Новгород, а оттуда — в сортировочный центр в Подмосковье. На каждом этапе передачи посылки «Почта России» определяет наиболее быстрый маршрут доставки.
При этом IP — ненадёжный протокол, он не гарантирует целостность данных при доставке. Как в случае с почтовым оператором — посылка может затеряться на каком-то этапе передачи. И если в «Почте России» можно застраховать посылку от утери, то во взаимодействии по сети Интернет роль страхового агента выполняет протокол управления передачей (TCP). Он отвечает за установление соединения между устройствами в сети Интернет, за исправление ошибок при передаче данных и обеспечивает надёжную транспортировку данных между процессами приложения на разных компьютерах, помогая IP.
Уровни TCP/IP
Модель TCP/IP отличается от модели OSI:
- уровнями,
- используемыми протоколами.
Сетевая модель TCP/IP состоит из четырёх уровней (слоёв):
- Канальный (Link layer), или уровень сетевого доступа.
- Сетевой (Network layer), или межсетевой.
- Транспортный (Transport layer).
- Прикладной (Application layer), или уровень приложений.
Сопоставление уровней сетевых моделей OSI и TCP/IP
Уровни сетевых моделей OSI и TCP/IP можно сопоставить так:
- Прикладной уровень, уровень представления и сеансовый уровень OSI соответствуют прикладному уровню TCP/IP.
- Транспортный и сетевой уровни обеих сетевых моделей соотносятся один к одному.
- Канальный и физический уровни OSI объединены в канальный уровень TCP/IP.
Сетевая модель TCP/IP просто обобщает некоторые уровни OSI. Это сопоставление условно и основано на протоколах, которые соответствуют каждому уровню. В OSI сначала была разработана сама модель, а затем протоколы для каждого уровня. В TCP/IP сначала были разработаны протоколы, а затем модель. Поэтому количество уровней в моделях OSI и TCP/IP не совпадает.
На карточках — уровни модели OSI. Сопоставьте их с уровнями модели TCP/IP.
Процесс передачи данных между устройствами
Процесс передачи данных между устройствами в сети, построенной в соответствии с моделью TCP/IP, не отличается от модели OSI.
Устройства также:
- Преобразуют данные в сигналы (сверху вниз).
- Передают и принимают сигналы через среду передачи данных.
- Преобразуют принятые сигналы в данные (снизу вверх).
Компьютерные протоколы TCP/IP
Протоколы TCP и IP являются основными в модели. Протокол TCP относится к транспортному уровню, а IP — к сетевому. Другие наиболее распространённые протоколы модели TCP/IP — в таблице ниже.
Протоколы прикладного уровня
Протоколы прикладного уровня модели TCP/IP выполняют следующие функции:
- Протокол передачи файлов (File Transfer Protocol — FTP) Позволяет устройствам передавать большие объёмы данных. Для этого необходим особый тип сервера — FTP-сервер. Он хранит данные в файловом хранилище и передаёт файлы клиентам.
- Протокол передачи гипертекста (Hypertext Transfer Protocol — HTTP) Позволяет устройствам передавать данные по сетям передачи данных и по всемирной сети (World Wide Web — WWW). HTTP использует веб-сервер для выполнения указаний клиентов и передачи данных, запрошенных ими через веб-браузер.
- Протокол передачи гипертекста через SSL (Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer — HTTPS) Позволяет устанавливать безопасные сеансы через SSL.
- Уровень защищённых сокетов (Secure Socket Layer — SSL) Файл определённого типа, используемый в качестве конечной точки сетевых коммуникаций между процессами.
- Протокол доступа к интернет-сообщениям (Internet Message Access Protocol — IMAP) Позволяет клиенту подключаться к почтовому серверу (Email Server) и отправлять электронные письма (Emails).
- Почтовый протокол (Post Office Protocol — POP) Позволяет почтовому клиенту подключаться к почтовому серверу, чтобы получить электронные письма, предназначенные для этого клиента.
- Простой протокол передачи почты (Simple Mail Transfer Protocol — SMTP) Позволяет пользователю отправлять электронные письма через почтовый клиент, например Microsoft Outlook, на почтовый сервер. Также позволяет почтовому серверу передавать электронные письма другому почтовому серверу.
- Простой протокол управления сетью (Simple Network Management Protocol — SNMP) Позволяет администраторам сети быстро получать доступ к устройствам в сети для мониторинга производительности, устранения неполадок и других действий.
Протоколы транспортного уровня
Функции протоколов транспортного уровня:
- Протокол управления передачей (Transmission Control Protocol — TCP) Соединяет пользователей сети друг с другом и обеспечивает целостность передаваемых данных.
- Протокол пользовательских датаграмм (User Datagram Protocol — UDP) Соединяет пользователей сети друг с другом и передаёт пакеты данных, но не обеспечивает их целостность.
Протоколы сетевого уровня
Основным протоколом сетевого уровня является интернет-протокол (Internet Protocol — IP). Он позволяет передавать данные между подключёнными к сети устройствами. Каждому устройству присваивается уникальный адрес, который позволяет передать данные или дать указания нужному устройству.
Системный аналитик, как правило, сталкивается в работе только с протоколами прикладного уровня. Поэтому ему не нужно заучивать все протоколы сетевой модели TCP/IP. СА достаточно знать, какие протоколы расположены на верхнем уровне, чтобы понять, следует ли ему участвовать в обсуждении какой-либо проблемы командой разработки. Например, если разработчики будут говорить о взаимодействии по HTTP (HTTPS), системный аналитик поймёт, что речь идёт о протоколе прикладного уровня, а значит, СА может быть полезен. А если речь пойдёт об IP, системный аналитик будет знать, что его участие не требуется.
Выберите прикладной протокол по описанию его функции.
Позволяет устройствам передавать данные по сетям передачи данных через SSL
HTTPS
Протокол передачи гипертекста, или HTTP, позволяет устройствам передавать данные по сетям передачи данных, а HTTPS позволяет устанавливать безопасные сеансы через SSL.
Позволяет пользователю отправлять электронные письма через почтовый клиент на почтовый сервер
SMTP
Простой протокол передачи почты, или SMTP, позволяет пользователю отправлять электронные письма через почтовый клиент, например Microsoft Outlook, на почтовый сервер.
Позволяет устройствам передавать данные путём использования особого типа сервера
FTP
Протокол передачи файлов, или FTP, позволяет устройствам передавать большие объёмы данных. В этом случае используется FTP-сервер.
Подведём итоги
Сетевая модель TCP/IP появилась в IT в связи с созданием сети Интернет и стала фактическим стандартом, который используется абсолютным большинством современных сетей.
Ключевое отличие модели TCP/IP от модели OSI — четыре уровня вместо семи:
- Канальный (Link layer), или уровень сетевого доступа.
- Сетевой (Network layer), или межсетевой уровень.
- Транспортный (Transport layer).
- Прикладной (Application layer), или уровень приложений.
Процесс передачи и преобразования данных в модели TCP/IP не отличается от модели OSI.
Каждому уровню соответствует свой набор протоколов:
Системный аналитик, как правило, сталкивается в работе только с протоколами прикладного уровня. В следующем уроке подробнее поговорим про протокол HTTP(S).