Архитектура TCP/IP. Краткая характеристика уровневых подсистем. Основные отличия от модели OSI

TCP/IP - это аббревиатура термина Transmission Control Protocol/Internet Protocol (Протокол управления передачей/Межсетевой протокол). Фактически TCP/IP не один протокол, а множество, стек протоколов.

TCP/IP был разработан для того, чтобы вычислительные сети исследовательских центров во всем мире могли быть объединены в форме виртуальной "сети сетей" (internetwork). Первоначальная Internet была создана в результате преобразования существующего конгломерата вычислительных сетей, носивших название ARPAnet, с помощью TCP/IP.

В сети, работающей на основе TCP/IP, информация передается в виде дискретных блоков, называемых IP-пакетами (IP packets) или IP-дейтаграммами (IP datagrams). По существу TCP/IP скрывает маршрутизаторы и базовую архитектуру сетей от пользователей, так что всё это выглядит как одна большая сеть. Точно так же, как подключения к сети Ethernet распознаются по 48-разрядным идентификаторам Ethernet, подключения к интрасети идентифицируются 32-разрядными IP-адресами, которые мы выражаем в форме десятичных чисел, разделенных точками (например, 128.10.2.3). Взяв IP-адрес удаленного компьютера, компьютер в интрасети или в Internet может отправить данные на него, как будто они составляют часть одной и той же физической сети.

Данные передаются в пакетах. Пакеты имеют заголовок и окончание, которые содержат служебную информацию. Данные, более верхних уровней вставляются (инкапсулируются), как письмо в конверт, в пакеты нижних уровней.

TCP/IP дает решение проблемы обмена данными между двумя компьютерами, подключенными к одной и той же интрасети, но принадлежащими различным физическим сетям. Решение состоит из нескольких частей, причем каждый уровень семейства протоколов TCP/IP вносит свою лепту в общее дело. IP - самый фундаментальный протокол из комплекта TCP/IP - передает IP-дейтаграммы и обеспечивает выбор маршрута, по которому дейтаграмма будет следовать из пункта А в пункт B и использование маршрутизаторов для "прыжков" между сетями.

TCP - это протокол более высокого уровня, который позволяет прикладным программам, запущенным на различных компьютерах сети обмениваться потоками данных. TCP делит потоки данных на цепочки, которые называются TCP-сегментами, и передает их с помощью IP. В большинстве случаев каждый TCP-сегмент пересылается в одной IP-дейтаграмме. Однако при необходимости TCP будет расщеплять сегменты на несколько IP-дейтаграмм, вмещающихся в физические кадры данных, которые используют для передачи информации между компьютерами в сети. Поскольку IP не гарантирует, что дейтаграммы будут получены в той же самой последовательности, в которой они были посланы, TCP осуществляет повторную "сборку" TCP-сегментов на другом конце маршрута, чтобы образовать непрерывный поток данных.

Другой важный протокол стека TCP/IP - User Datagram Protocol (UDP, протокол пользовательских дейтаграмм), который похож на TCP, но более примитивен. TCP - "надежный" протокол, потому что он обеспечивает проверку на наличие ошибок и обмен подтверждающими сообщениями, чтобы данные достигали своего места назначения заведомо без искажений. UDP - "ненадежный" протокол, который не гарантирует, что дейтаграммы будут приходить в том порядке, в котором были посланы, и даже того, что они придут вообще. UDP используется для управления соединениями.

Другие TCP/IP протоколы играют менее заметные, но в равной степени важные роли в работе сетей TCP/IP. Например, протокол определения адресов (Address Resolution Protocol, ARP) ппреобразует IP-адреса в физические сетевые адреса, такие, как идентификаторы Ethernet. Родственный протокол - протокол обратного преобразования адресов (Reverse Address Resolution Protocol, RARP) - выполняет обратное действие, преобразуя физические сетевые адреса в IP-адреса. Протокол управления сообщениями Internet (Internet Control Message Protocol, ICMP) представляет собой протокол сопровождения, который использует IP для обмена управляющей информацией и контроля над ошибками, относящимися к передаче пакетов IP. Например, если маршрутизатор не может передать IP-дейтаграмму, он использует ICMP, с тем чтобы информировать отправителя, что возникла проблема.

TCP/IP – собирательное название для набора (стека) сетевых протоколов разных уровней, используемых в Интернет.

Стек протоколов TCP/IP делится на 4 уровня:

· Прикладной (приложений);

· Транспортный;

· Сетевой (межсетевой);

· Физический (канальный).

Основная функциональность сетей TCP/IP реализована протоколами TCP (протокол с контролем передачи) и IP (межсетевой протокол). Протокол IP работает на сетевом уровне, протокол TCP – на транспортном. На прикладном уровне работает большое количество протоколов, как общеупотребимых (http, smtp, dns, smb), так и малораспространённых (binkp), которые используются различными пользовательскими программами для связи между собой и передачи данных, но все они пользуются транспортом, предоставляемым TCP/IP. Эти протоколы называются базовыми, так как все прочие базируются на них, и вся технология называется TCP/IP.

Наряду с TCP, на транспортном уровне используется протокол UDP. В отличие от TCP он не создаёт соединение, а просто отправляет датаграммы. Такой способ передачи без установления соединения, удобен для некоторых применений, в основном служебных. В частности, через UDP работает протокол определения сетевого имени DNS.

Уровни стека TCP/IP не вполне совпадают с теоретическими уровнями модели OSI

TCP/IP не регламентирует использование протоколов и технологий физического и канального уровней. Необходимо и достаточно наличие интерфейса модулей канального уровня с модулем IP, обеспечивающего передачу IP-пакетов. Средства и методы обеспечения этой передачи – вне зоны действия TCP/IP. При практической реализации уровней модели OSI оказалось удобнее совместить некоторые уровни в одном модуле. Соответствие уровней стека TCP/IP и OSI выглядит приблизительно так:

На рисунке показано, как TCP/IP согласуется с моделью ISO/OSI. Этот рисунок также иллюстрирует уровневое строение TCP/IP и показывает взаимосвязи между основными протоколами. При переносе блока данных из сетевой прикладной программы в плату сетевого адаптера он последовательно проходит через ряд модулей TCP/IP. При этом на каждом шаге он доукомплектовывается информацией, необходимой для эквивалентного модуля TCP/IP на другом конце цепочки. К тому моменту, когда данные попадают в сетевой адаптер, они представляют собой стандартный кадр той технологии, к которой относится данный адаптер. Программное обеспечение TCP/IP на приемном конце воссоздает исходные данные для принимающей программы путем прохождения кадра в обратном порядке по набору модулей TCP/IP.