Тема: «Модель TCP/IP:основные понятия и характеристика уровней моделей»
Цель: ознакомить с понятием протокола и принципом работы одного из самых распространенных протоколов TCP/IP.
План
Вступление
- Принцип работы протокола TCP/IP
- Уровни модели TCP/IP
- Принцип работы протокола IP
- Принцип работы протокола TCP
- Принцип работы протокола TCP/IP
Протокол TCP/IP (Transmission Confrof Protocol/Internet Protocol — протокол управления передачей/протокол Интернета) ныне стал наиболее широко распространенным средством построения корпоративных сетей, а также основным протоколом Интернета. Собственно, протокол TCP/IP и возник вместе с Интернетом, когда в шестидесятые голы Министерство обороны США и группа учебных заведений формализовали набор стандартов, позволяющих компьютерам различных типов связываться друг с другом и организовать сеть, впоследствии превратившуюся в Интернет.
Вместе с ростом популярности Интернета выросла популярность протокола TCP/IP как основного инструмента построения локальных сетей на основе технологий Интернета, так называемых интрасетей. Протокол TCP/IP поддерживали все без исключения операционные системы Windows, и в каждой новой версии Windows поддержка TCP/IP неуклонно развивалась. Не составляет исключение и операционные системы Windows 2000/ХР/2003, в которые включены множество программных средств, призванных повысить быстродействие и надежность сетей TCP/IP, а также обеспечить администрирование сети.
- Уровни модели TCP/IP
В модели TCP/IP также имеются уровни, которые не соответствуют уровням модели OSI, хотя и имеют с ними некоторое сходство. Вы должны помнить, что модели OSI и TCP/IP -это всего лишь некие средства классификации, введенные для удобства разработчиков. поэтому уровни протокола TCP/IP не соответствуют однозначно всем уровням модели OSI Модель TCP/IP состоит из четырех следующих уровней:
- Сетевой уровень (или уровень сетевого интерфейса, или сетевого доступа) отвечает за передачу пакетов в сетевую среду TCP/IP и прием пакетов из этой среды. Протокол TCP/IP не зависит от способа доступа к сети, формата фреймов и среды передачи данных.
- Уровень Интернета (или межсетевой уровень) отвечает за поддержку адресации пакетов и их маршрутизации, обеспечивая контекст (т.е. окружение, набор некоторых параметров) сетевого взаимодействия компьютеров.
- Транспортный уровень предоставляет прикладному уровню сервисы для выполнения сеансов связи. (Напоминаем, что сервисом, или службой, называют программу, которая выполняет специфическую системную задачу, а сеансом — контекст, в котором исполняются запросы клиентского компьютера к серверу).
- Прикладной уровень обеспечивает приложениям доступ к сервисам и средствам других уровней и определяет протоколы обмена данными между приложениями.
И так же, как и в случае модели OS1, когда компьютер отсылает какие-нибудь данные, каждый уровень модели TCP/IP добавляет к ним собственную заголовочную информацию, которая описывает операции, исполняемые на этом уровне. Компьютер-получатель считывает эту информацию и использует ее на всех уровнях, необходимых для повторной сборки и расшифровки принятых данных.
- Принцип работы протокола IP
Работу протокола IP можно сравнить с почтовой службой. Посланное через обычную почту письмо может дойти до адресата несколькими маршрутами, зависящими от погоды, расписания транспорта, каких-то случайных факторов. Точно так же работает протокол IP. Чтобы передаваемые от компьютера-источника данные поступили в компьютер получатель, протокол IP направляет их через несколько маршрутизаторов, выбирая их в зависимости от загрузки линий связи.
Для выбора пути передачи данных, т.е. для маршрутизации, по протоколу IP используются маршрутизаторы. Маршрутизатор — это компьютер или специализированное устройство, которое направляет (маршрутизирует) данные в различные подключенные к нему сети.
Для определения наилучшего маршрута передачи данных маршрутизаторы используют протоколы маршрутизации. Когда дейтаграмма IP проходит через маршрутизатор, последний, в соответствии со своими данными о состоянии сетевых маршрутов, можетнаправить дейтаграмму на другой маршрутизатор, отослать ее по конкретному IP-адрес сети, к которой он подключен (т.е. по адресу компьютера-получателя), либо отбросить дейтаграмму, если ее время жизни истекло. Последняя процедура очень важна — без неё сеть может переполниться дайтаграммами IP, которые не могут найти своего получателя,например, по причине отключения принимающего компьютера.
Операционные системы Windows поддерживают два протокола маршрутизации — протокол RIP (Routing Information Protocol — протокол маршрутной информации) и протокол OSPF (Open Shortest Path First — первоочередное открытие кратчайших маршрутов).
- Протокол RIPотносится к так называемым дистанционно-векторнымпротоколам, т.е. он должен найти наилучший путь для передачи данных от компьютера — отправителя к компьютеру-получателю. Для этого протокол рассчитывает число переходов от данного маршрутизатора к другим маршрутизаторам, которые находят на пути передачи данных. Число переходов (называемое метрикой) указывает число маршрутизаторов, через которые должны пройти данные, чтобы попасть в компьютер-получатель. Протокол RIP поддерживает не более 15 переходов и для обновления данных о состоянии маршрутов использует периодически рассылаемые широковещательные запросы; в крупных сетях это приводит к перегрузке сети служебным трафиком.
- ПротоколOSPFтакже предназначен для обмена маршрутизаторами информацией о
текущем состоянии сетевых маршрутов, однако вместо широковещательных запросов, предусмотренных протоколом RIP, протокол OSPF сохраняет схему всей сети и передает маршрутную информацию на другие маршрутизаторы только при изменении этой схемы. Схема сети сохраняется в базе данных состояния каналов (Link State
Database — LSDB), которая постоянно синхронизируется со всеми остальными маршрутизаторами OSPF, имеющимися в сети.- Принцип работы протокола TCP
Протокол TCP представляет собой протокол создания логического соединения, гарантирующего надежную отсылку и прием данных. Протоколом логического соединения называют протоколы, которые еще до отсылки данных должны установить сеанс связи и настроить процесс обмена данными.
Для передачи данных протокол TCP разбивает передаваемый поток байтов на сегменты, каждый из которых снабжается порядковым номером. Для гарантирования доставки данных в протоколе TCP используется процедура подтверждения приема сегментов данных, называемая квитированием, а также подсчитываются контрольные суммы — числа, которые позволяют установить целостность полученных сегментов данных.
Прежде чем отослать данные, компьютер-получатель и компьютер-отправитель должны установить связь. С этой целью используется процесс трехстороннего подтверждения связи.
- Компьютер-отправитель посылает сегмент TCP, который содержит начальный по
рядковый номер передаваемых сегментов и размер так называемого окна TCP, т.е.
буфера, используемого отправителем для одномоментного приема данных. - Компьютер-получатель возвращает сегмент TCP, в котором указывает размер своего
окна TCP, свой начальный номер сегментов TCP и подтверждение приема сегмента
TCP от компьютера-отправителя.
• Компьютер-отправитель отсылает сегмент TCP, который подтверждает порядковый номер сегментов TCP компьютера-получателя.
В итоге каждый компьютер знает порядковый номер сегментов TCP и размер окна TCP компьютера-партнера, т.е. для него устанавливается контекст сеанса связи, который и применяется при обмене данными. Точно такой же процесс используется для прекращения связи.