Какой протокол является протоколом более низкого уровня
Перейти к содержимому

Какой протокол является протоколом более низкого уровня

  • автор:

Unix2019b/Сетевые модели и протоколы

Сетевой протокол — набор правил и действий (очерёдности действий), позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть системами. Стандартизированный протокол позволяет разрабатывать интерфейсы (на физическом или прикладном уровне), не привязанные к конкретной аппаратной или программной платформе.

OSI & TCP/IP

В настоящее время для описания сетевых протоколов часто используется модель OSI (Open System Interconnection — взаимодействие открытых систем) состоящая из 7 уровней:

  • прикладной (application) — HTTP, WebSocket
  • представления (presentation)
  • сеансовый (session)
  • транспортный (transport) — TCP, UDP
  • сетевой (network) — IP
  • канальный (data link) — Ethernet
  • физический (physical)

Эта модель, предложенная ISO, хорошо описывает взаимодействие систем в теории, но она сама и протоколы, которые были предложены для ее реализации, не получили широкого распростронения на практике, и самой популярной моделью стал 4-уровневый (или 5, в зависимости от точки зрения) стек протоколов TCP/IP:

  • прикладной (application layer) — HTTP, WebSocket, gRPC
  • транспортный (transport layer) — TCP, UDP
  • сетевой (internet layer) — IP
  • канальный (network access layer / data link) — Ethernet, IEEE 802.11
  • физический* (physical)

На какой уровень вы бы отнесли следующие протоколы?

  • FTP
  • SSL / TLS
  • NTP (network time protocol)
  • SSH
  • gRPC
  • BitTorrent
  • BGP (Border Gateway Protocol)
  • DNS
  • ARP (Address Resolution Protocol)

Так же стоит отметить, что хотя данные модели являются наиболее известными и популярными, они не являются единственно верными и иногда противоречат друг другу.

Osi-tcp-comparison.png

Каждый уровень и протокол использует собственные абстракции которые доступны протоколам более высоких уровней. Например, для TCP нет понятия «сообщения» — этот протокол оперирует потоками данных, в то время как для IP четко определено понятие пакета для которого определен максимальный размер, который диктуется MTU конкретной сети.

При передаче данных с более высокого уровня, протокол низкого уровня добавляет служебные заголовки и может дополнительно фрагментировать данные.

TCP-IP-Data-encapsulation.jpg

TCP & UDP

Самыми распространенными протоколами транспортного уровня являются TCP & UDP — TCP (Transmission Control Protocol) — предоставляет поток данных с предварительной установкой соединения, осуществляет повторный запрос данных в случае потери данных и устраняет дублирование при получении двух копий одного пакета, гарантируя тем самым, в отличие от UDP, целостность передаваемых данных и уведомление отправителя о результатах передачи. — UDP (User Datagram Protocol) — предоставляет возможность отправки сообщений без необходимости предварительной установки специальных каналов передачи данных.

Оба протокола используют протокол IP для адресации и передачи данных в сети.

TCP требует обязательного установления соединения (handshake):

Tcp-handshake.png

Утановление соединения может занимать значительное время — например, при latency между системами в 50 мс, данные могут быть получены второй стороной не ранее чем через 150 мс. Кстати, с точки зрения TCP нет понятия «клиент» и «сервер» — обе стороны соединения равноправны и могут посылать и принимать данные независимо.

После того как соединение установлено, оно теоретически может существовать бесконечно долго. На практике же это не так — большое количество промежуточных proxy серверов, имеющие свою точку зрения.

Несмотря на то что TCP является протоколом надежной передачи данных, он лишь гарантирует что при получении ACK-а вы можете рассчитывать на то, что другая сторона получила данные без изменений. Поэтому приложениям стоит рассчитывать на то, что при любом сетевом взаимодействии что-то может пойти не так и приложение должно корректно обрабатывать исключительные ситуации (connection reset, timeout-ы, и т.д.)

Для корректного закрытия соединения используется следующая последовательность:

Tcp-close.png

Если же соединение было закрыто некорректно (например. kill -9) то другая сторона может об этом узнать, только если попробует передать или получить данные — встроенного механизма heartbeat-ов в TCP нет, что часто приводит к проблемам с proxy-серверами.

UDP используется в случае когда от протокола требуется обеспечить минимальную задержку несмотря на возможность потери данных или порядка сообщений — игры, видео- и аудио- конференции и стриминг. Так же протокол более высокого уровня может сам гарантировать надежную передачу данных (например FTP).

  • Описание алгоритма Нейгла на Википедии позволяющий минимизировать overhead передачи маленьких сообщений

Руководство по стеку протоколов TCP/IP для начинающих

Реализация пакетной модели соединения стала возможной благодаря протоколам этого типа. По сути, они являются фундаментом, на котором построен весь Интернет. И когда мы говорим о комбинации протоколов tcp ip, мы почти всегда подразумеваем всю сеть, которая функционирует на основе комбинации двух различных протоколов — TCP и IP. В набор протоколов входит ряд соглашений о межсетевом взаимодействии и маршрутизации. Пользователи из различных учреждений, таких как университеты, исследовательские центры, промышленные предприятия и правительственные учреждения, могут общаться друг с другом с помощью подобного инструмента. Протокол управления передачей — это то, что обозначает аббревиатура TCP. По сути, это все, что нужно; передача данных контролируется уникальным протоколом. Его цель — облегчить создание и поддержание надежных соединений между различными электронными устройствами. Он отвечает за передачу данных, контролирует и управляет общим объемом отправляемых файлов, а также повторяет процесс отправки в случае неудачи. Ниже приведен список характеристик, которыми обладает протокол TCP:

  • Взаимодействие, реализуемое на уровне логического соединения.
  • Организация отправки потоковых данных.
  • Соединение, которое идет в обоих направлениях.
  • Функция передачи отдельных пакетов данных по отдельности.
  • Для увеличения скорости передачи данных используется принцип «скользящего окна».

IP, что расшифровывается как «Internet Protocol», — это название еще одного протокола. Он служит основой архитектуры протокола передачи файлов и необходим для того, чтобы отправить сетевой пакет по нужному адресу.

Каждый фрагмент информации сначала предварительно сортируется на несколько пакетов, после чего они доставляются в конечный пункт назначения совершенно независимо друг от друга.

Ниже приведен список основных характеристик протокола tcp ip:

  • Осуществление обмена данными посредством использования сегментов.
  • Взаимодействие между электронными гаджетами, не требующее использования логического соединения.
  • Когда это необходимо, сегменты IP фрагментируются.
  • Нет возможности контролировать скорость продвижения сегментов.
  • Для поддержания связи между компьютерами, также известными как хосты, и сетью необходим стек сетевых протоколов.

Основное преимущество использования этого набора заключается в том, что он обеспечивает независимость от базового оборудования, что невозможно при использовании других сетевых технологий.

Иными словами, TCP/IP не зависит от особенностей аппаратного обеспечения, что позволяет организовать передачу данных между сетями, использующими различные технологии передачи.

Установление соединения между любыми двумя устройствами становится возможным благодаря использованию IP-адресов.

Протоколы позволяют выполнять различные команды. Возьмем, к примеру:

  • Перемещение данных из одной компьютерной системы в другую.
  • Выполнение команд на расстоянии.
  • Отправка сообщений пользователям, находящимся в удаленных местах.
  • Печать файлов через удаленное соединение.
  • Попытка войти в удаленную систему.
  • Управление различными аспектами системы.

Когда появился TCP/IP и почему?

Стек протоколов TCP/IP в своей самой фундаментальной форме представляет собой сетевую модель, которая объясняет весь процесс передачи цифровых данных. До изобретения этого набора (которое произошло в 1970-х годах) было невозможно перемещать данные или информацию из одной сети в другую. Создание стека помогло найти решение этой проблемы.

Вследствие того, что семейство протоколов было разработано под руководством Министерства обороны США, его иногда называют DoD-системой. Разделение системы на уровни и выполнение отдельных функций на каждом из этих уровней является основополагающим принципом как этой системы, так и протоколов OSI, поэтому многие профессионалы отрасли проводят сравнения между ними.

Как работает TCP/IP?

Интернет-протокол (IP) — это протокол сетевого уровня, и он обеспечивается перемещением пакетов от одного сетевого узла к другому. Для того чтобы данные могли быть переданы от отправителя к получателю, необходимо указать IP-адрес отправителя и получателя в дополнение к номеру порта. Сокет — это название, данное комбинации IP-адреса и номера порта, которая используется для передачи данных.

Обычно принято использовать определенные порты в зависимости от функциональности приложения, чтобы максимально упростить стандарты. Например, почтовый сервер SMTP будет прослушивать порт 25, а сервер POP3 будет настроен на порт 110 и так далее. Подавляющее большинство приложений, работающих на персональных компьютерах, являются клиентами, и номера портов динамически выделяются операционной системой. Клиентские порты обычно имеют большее значение, чем серверные, которые нумеруются до 1024.

Рассмотрим следующий пример: при подключении к серверу через порт HTTP представление сокета может выглядеть следующим образом: 194.106.118.30:80. В этом конкретном сценарии ответ, отправленный на сокет, будет иметь вид aaa.bbb.ccc.ddd:xxxxxx. Протокол использует адреса Интернет-протокола (IP), совместимые с одной из двух версий протокола, известных как IPv4 или IPv6, чтобы он мог получить доступ к сетевому интерфейсу. Для версии протокола IPv4 используются 32-битные адреса, состоящие из четырех октетов (восемь позиций под нулем или единицей). Сеть может определить, с какого узла пришел пакет данных и на какой узел он должен быть отправлен, благодаря IP-адресам, которые присваиваются пакетам данных.

Поскольку неудобно использовать длинные адресные записи, состоящие из тридцати двух цифр, включающих как нули, так и единицы, было решено задавать IP-адрес с помощью десятичной системы. Поскольку количество адресов, которые можно использовать в IPv4, ограничено 4 294 967 296 (два в степени 32), была разработана более новая версия протокола — IPv6. Адреса IPv6 имеют длину 128 бит, тогда как адреса IPv4 — только 32 бита.

Вместо числовых значений используются символьные имена хостов, чтобы упростить адресацию. Служба доменных имен, или DNS, используется для преобразования IP-адреса в доменное имя (Domain Name Server). DNS следит за портом UDP 53 (реже — TCP).

Глобальная сеть состоит из множества локальных сетей, которые соединены друг с другом. Запись IP-адреса была изменена в связи с этой особенностью; теперь она содержит информацию как о сети, так и об адресах хостов, которые связаны с этой сетью. Маска подсети была разработана для того, чтобы можно было определить, где заканчивается адрес сети и начинается адрес компьютера, подключенного к этой сети. Это своего рода инструкция, которая рассказывает о том, как читать IP-адрес, где проходит граница между сетевым адресом и адресом хоста, и как его интерпретировать.

Какие протоколы взаимодействуют с TCP/IP?

Протокол доменных имен, или DOMAIN, позволяет хосту служить в качестве сервера имен для других хостов в сети. Протокол DOMAIN использует протокол более низкого уровня, такой как UDP или TCP. С помощью этого протокола можно назначать имена хостов в локальной сети, которые поступают из одного домена, не влияя на работу других доменов. В конфигурации по умолчанию протокол DOMAIN использует метод передачи данных UDP.

TCP используется вместо UDP в том случае, если ответные сообщения UDP являются сокращенными. Оба этих транспортных протокола поддерживаются протоколом DOMAIN, который является частью TCP/IP. Благодаря использованию протокола внешнего шлюза, или EGP, автономные системы могут обмениваться информацией о маршрутизации со своими внешними шлюзами.

Автономные системы

Он называется внутренним соседом, если шлюз расположен в той же автономной системе; в противном случае он называется внешним соседом, если он расположен в другой автономной системе. Шлюзы, которые взаимодействуют друг с другом, обмениваясь информацией о маршрутизации с помощью протокола EGP, называются одноранговыми шлюзами EGP или партнерами. Благодаря использованию EGP, шлюзы автономных систем могут предоставлять своим соседям EGP доступ к информации. Используя протокол EGP, внешние шлюзы могут проверять работоспособность своих EGP-соседей, запрашивать у других внешних шлюзов разрешение на обмен информацией об охвате сети и обмениваться сообщениями, содержащими информацию об изменениях маршрутов.

Протокол EGP позволяет внешним шлюзам обмениваться информацией о достижимости только для сетей, которые достижимы из автономной сети шлюза. Это ограничение применяется только к сетям, которые достижимы из шлюза. Поэтому внешний шлюз будет использовать EGP для передачи данных своим соседям внутри EGP, но он не будет распространять информацию о своих соседях EGP за пределы автономной системы.

Протокол передачи файлов, или FTP, используется для облегчения передачи данных и файлов между узлами различной конфигурации, а также для передачи данных и файлов между внешними узлами и промежуточными системами. FTP используется для выполнения таких задач, как просмотр списка удаленных каталогов, переход к другому удаленному каталогу, создание и удаление каталогов в другой системе, а также передача набора файлов в ответ на один запрос. Другие задачи, которые можно выполнить с помощью FTP, включают создание и удаление каталогов в другой системе.

Имя пользователя и пароль для файла учетной записи пользователя отправляются на внешний хост, чтобы защитить данные во время их передачи с помощью FTP. Хотя протокол передачи файлов (FTP) был разработан в первую очередь для приложений, он также поддерживает интерактивный разговор между пользователями. Протокол передачи файлов (FTP) использует соединения TCP/IP для передачи файлов и соединения Telnet для отправки команд и ответов. FTP совместим с различными форматами файлов, некоторые из которых NETASCII, IMAGE и Local 8.

Протокол передачи файлов (FTP) реализован в TCP/IP в виде команд для клиента (ftp) и сервера (ftpd). Не существует программного интерфейса приложения, которым бы он обладал (API).

При создании анонимных пользователей и каталогов FTP необходимо убедиться, что каталоги (например, /u/ftp) принадлежат пользователю root и что они не доступны для записи другим пользователям (например, dr-xr-xr-x). Такие учетные записи пользователей, файлы и каталоги могут быть созданы с помощью скрипта /usr/samples/tcpip/anon.ftp.

Целью упрощенного протокола передачи файлов, также известного как TFTP, является облегчение передачи файлов между внутренними и внешними узлами. Файлы передаются с помощью ненадежного протокола User Datagram Protocol с помощью TFTP, что делает его значительно быстрее, чем FTP. TFTP, как и FTP, позволяет передавать файлы как в формате NETASCII, так и в 8-битном двоичном формате. TFTP, в отличие от FTP, не поддерживает просмотр каталогов и не может быть использован для перехода в каталог другого внешнего узла. Кроме того, он не предлагает никакой защиты паролем. При работе с TFTP вам доступны только общие каталоги.

TFTP — это протокол передачи файлов, который реализован в TCP/IP в виде команд клиента (tftp и utftp) и сервера (tftpd). В конвейере вместо команды tftpd используется команда utftp. Протокол TCP/IP не имеет API для этого протокола.

Протокол Name/Finger, также известный как FINGER, — это протокол прикладного уровня Интернета, который обеспечивает интерфейс для передачи данных между командой finger и демоном fingerd. Этот протокол был разработан рабочей группой Finger Network Working Group.

Демон fingerd предоставляет подробную информацию о пользователях, которые в настоящее время вошли в систему на указанном удаленном узле. Если вы используете команду fingerd при подключении к одному хосту и укажете пользователя, будет отображена информация о нем. И удаленный, и локальный хост должны иметь поддержку протокола FINGER. Протокол управления передачей используется в FINGER в роли протокола нижнего уровня.

Протокол Telnet, также известный как TELNET, был разработан для облегчения связи между различными терминалами и связанными с ними процессами. Программы эмуляции терминалов часто используют TELNET в качестве метода входа в удаленные системы. С другой стороны, TELNET также может использоваться для установления соединений между различными терминалами или процессами. Для создания канала для передачи управляющей информации многие различные протоколы, такие как протокол передачи файлов (FTP), используют протокол TELNET.

TELNET реализован в TCP/IP как команда клиента, которая может быть либо tn, telnet, либо tn3270. Демон telnetd не предлагает интерфейс прикладного программирования (API) для работы с TELNET.

HELLO, или протокол локальной сети, является примером протокола внутреннего шлюза для системы, работающей независимо. HELLO предоставляет информацию о соединениях, маршрутах и времени прохождения пакетов по определенному маршруту. Любой компьютер, подключенный к сети и имеющий эту информацию, может рассчитать кратчайший маршрут к целевому узлу на основе временной задержки, а затем динамически обновить информацию о маршруте, чтобы добраться до этого узла.

Что представляет собой модель OSI, и как она связана с протоколом TCP/IP?

Модель Open Systems Interconnection, также известная как сетевая модель OSI, — это сетевая модель, основанная на стеках сетевых протоколов OSI и ISO (магазин). Благодаря этой модели несколько различных сетевых устройств могут взаимодействовать друг с другом. Модель определяет различные уровни взаимодействия, которые могут происходить между системами. В контексте этого взаимодействия каждый уровень служит определенной цели.

Модель Open Systems Interconnection (OSI) была разработана в конце 1970-х годов для поддержки различных компьютерных сетевых технологий, которые в то время конкурировали друг с другом за использование в крупных национальных сетевых взаимодействиях в Соединенных Штатах Америки, Франции и Великобритании.

Группа по функциональной совместимости открытых систем Международной организации по стандартизации (ISO) начала работать над ней в 1980-х годах, и в итоге она стала рабочим продуктом этой группы. Модель не смогла обеспечить всестороннее описание сети и не была поддержана архитекторами на начальном этапе развития Интернета, что привело к ее последующей замене на менее предписывающий протокол TCP/IP, работа над которым велась в основном Инженерной рабочей группой Интернета (IETF).

Рассмотрение уровней OSI в сравнении с уровнями TCP/IP

Модель OSI — это так называемая концептуальная модель, учитывающая значения двух других моделей. В большинстве случаев она используется для обсуждения, понимания и описания функций отдельных сетей. TCP/IP, с другой стороны, была разработана в первую очередь с целью поиска решений для определенного класса проблем; она не была предназначена для того, чтобы служить поколенческим описанием сетевых технологий так же, как OSI. Модель TCP/IP основана на стандартных протоколах, разработанных для Интернета, в то время как модель OSI является общей и не зависит от какого-либо конкретного протокола. Однако модель OSI по-прежнему используется большинством протоколов и систем. Еще одна вещь, которую следует помнить о модели OSI, заключается в том, что не все ее уровни используются в приложениях, которые являются более простыми. Несмотря на то, что уровни 1, 2 и 3 должны присутствовать для передачи данных, приложение может использовать другой тип интерфейса уровня вместо обычных более высоких уровней модели.

Что такое сетевой порт и сокет?

Приложения, работающие на прикладном уровне, могут взаимодействовать с приложениями, работающими на расположенном ниже транспортном уровне, но они рассматривают протоколы транспортного уровня как «черные ящики». Они могут отправлять и получать информацию, используя такие протоколы, как TCP или UDP, но все, что они понимают, это IP-адрес и порт назначения; они понятия не имеют, как эти протоколы функционируют на самом деле.

Как было сказано ранее, протокол шлюза отвечает за предоставление каждой конечной точке своего уникального IP-адреса. Однако обмен данными происходит не между конечными устройствами, а между приложениями, установленными на каждом из этих устройств. Для получения доступа к определенному сетевому приложению недостаточно использовать только IP-адрес; поэтому для идентификации приложений необходимо также использовать порты. Сокет — это термин, используемый для обозначения комбинации IP-адреса и порта.

Приложения на уровне приложений обычно имеют фиксированный номер порта для обращения к сети в дополнение к своим собственным протоколам. Организация Internet Assigned Numbers Authority (IANA), которая отвечает за распределение диапазонов IP-адресов, также отвечает за распределение портов для различных приложений, работающих в сетях.

Порт 25 используется программами электронной почты, которые взаимодействуют с протоколом SMTP. Порт 110 используется для протокола POP3. Порт 80 используется веб-браузерами при взаимодействии с протоколом HTTP. Порт 21 используется FTP-клиентами. Номер порта всегда пишется после IP-адреса и обозначается двоеточием, когда он отделен от IP-адреса; например, 192.168.1.1:80.

Заключение

Стек TCP/IP отвечает за определение того, как различные уровни взаимодействуют друг с другом. Протоколы, которые формируют стек, вставляясь друг в друга для передачи данных, являются наиболее важной идеей в этом контексте. Архитектура предложенной модели более проста, чем архитектура модели OSI.

Работа с TCP/IP становится еще проще благодаря тому, что сама модель остается неизменной, несмотря на то, что стандарты протоколов могут быть изменены. Благодаря всем своим преимуществам стек TCP/IP стал чрезвычайно популярным. Изначально он был использован в качестве основы для создания глобальной сети, а позже его стали использовать для описания работы Интернета.

С. Набор протоколов TCP/IP

Модель организации сети, используемая в сети Интернет сегодня, — протокол управления передачей / протокол взаимодействия сетей (TCP/IP), или набор протокола TCP/IP. .Как показано на рис. C.1, набор состоит из пяти.уровней: прикладной, транспортный, сетевой, звена данных (канальный) и физический.

Рис. C.1. Модель протоколов TCP/IP

TCP/IP — иерархический протокол, составленный из интерактивных модулей, каждый из которых обеспечивает функциональные возможности. Термин иерархический означает, что каждый протокол верхнего уровня использует услуги одного или нескольких протоколов более низкого уровня.

C.I. Уровни в TCP/IP

В этом разделе мы кратко описываем функции каждого уровня в наборе протокола TCP/IP .

Прикладной уровень

Прикладной уровень позволяет пользователю (или человеку, или программному обеспечению) обращаться к сети. Он обеспечивает интерфейсы пользователя и поддержку услуг, таких как передача файлов, электронная почта и работа с удаленным сервером.

Прикладной уровень отвечает за обеспечение услуг пользователю.

  • Доменная система имен(DNSDomain Name System ). Доменная система имен — прикладная программа, которая предоставляет услуги другим прикладным программам. Она находит логический адрес (сетевой уровень) по заданному адресу пользователя (прикладной уровень).
  • Простой протокол передачи почты (SMTP — Simple Mail Transfer Protocol). SMTP — протокол, используемый для электронной почты. Электронная почта рассматривалась в «Безопасность на прикладном уровне: PGP и S/MIME» .
  • Протокол передачи файлов (FTP — File Transfer Protocol). FTP — протокол передачи файлов в сети Интернет. Он используется для того, чтобы передать большие файлы от одного компьютера к другому.
  • Протокол передачи гипертекста (HTTP — Hypertext Transfer Protocol). HTTP — протокол, который обычно используется, чтобы обратиться к Word Wide Web (Всемирная Паутина).
  • Простой протокол управления сетью(SNMP— Simple Network Management Protocol ). SNMP — официальный протокол управления в Интернет.
  • Оконечная сеть (TELNET — Terminal Network). TELNET — удаленная прикладная программа входа в систему. Пользователь может использовать TELNET, чтобы соединиться с удаленным хостом и использовать доступные услуги.
Транспортный уровень

Транспортный уровень отвечает за доставку всего сообщения

«от процесса-к-процессу». Процесс — прикладная программа, функционирующая на хосте.

Транспортный уровень отвечает за доставку сообщения от одного процесса до другого.

Традиционно транспортный уровень был представлен в TCP/IP двумя протоколами: TCP и UDP. Новый протокол транспортного уровня SCTRP (Stream Control Transmission Protocol) был разработан в ответ на новые потребности некоторых вновь созданных приложений (например, систем реального времени).

  • Протокол пользовательских дейтаграмм (UDP). UDP — наиболее простой из двух стандартных транспортных протоколов TCP/IP. Это протокол типа «процесс-процесс!, который добавляет к данным верхнего уровня только адреса порта, контрольную сумму для контроля ошибок и информацию длины.
  • Протокол управления передачей (TCP). TCP обеспечивает приложениям полный набор услуг транспортного уровня. TCP — достоверный протокол транспортного потока..Термин протокол потока в этом контексте означает средства, ориентированные на соединение: соединение должно быть установлено между обоими участниками обмена прежде, чем любой из них сможет передать данные. На передающем конце в процессе передачи TCP делит поток данных на меньшие модули, называемые сегментами. Каждый сегмент включает в себя порядковый номер, чтобы после приема установить порядок следования сегментов, вместе с номерами подтверждения для полученных сегментов. Сегменты переносят через сеть Интернет информацию в виде дейтаграмм IP. В конце приема TCP собирает из сегментов каждую дейтаграмму и упорядочивает их следование на основе порядковых номеров.
  • Протокол Передачи Управления Потока (SCTP — STREAM CONTROL TRANSMISSION PROTOCOL). SCTP обеспечивает поддержку новым приложениям, таким как IP-телефония. Это — протокол транспортного уровня, который объединяет положительные свойства UDP и TCP.
Сетевой уровень

Сетевой уровень предназначендля доставки пакетов от источника в пункт назначения, вероятно через множество физических сетей (линий связи). Сетевой уровень гарантирует, что каждый пакет будет доставлен от его исходной точки к его конечному пункту назначения. Некоторые обязанности сетевого уровня включают логическую адресацию и маршрутизацию.

Сетевой уровень предназначен для доставки отдельных пакетов от хоста источника до хоста пункта назначения.

  • Internet-протокол (IP). IP — механизм передачи, используемый в соответствии с протоколами TCP/IP. Это ненадежное без установления соединения обслуживание с лучшими намерениями..Термин » случшими намерениями». означает, что IP не обеспечивает проверки ошибок или выбор оптимального маршрута. IP учитывает ненадежность основных уровней и «прилагает все усилия», чтобы передать информацию к пункту назначения, но без гарантий. IP транспортирует данные в пакетах, называемых дейтаграммами, каждая из которых транспортируется отдельно. Дейтаграммы могут перемещаться по различным маршрутам и могут прибыть не в исходной последовательности или оказаться продублированными. IP не сохраняет порядок и список маршрутов и не имеет никаких средств для того, чтобы исправить дейтаграммы, однажды прибывшие в пункт назначения. Ограниченные функциональные возможности IP нельзя рассматривать как слабость. IP обеспечивает только функции передачи. Пользователь может добавить те средства, которые необходимы для данного приложения, и таким образом обеспечить максимальную эффективность.
  • Протокол определения адресов (ARP — Address Resolution Protocol). Протокол определения адресов используется, чтобы связать IP- адрес с физическим адресом. На обычной физической сети каждое устройство идентифицировано физическим адресом или адресом станции, обычно закрепленным на сетевой карте интерфейса (NIC — Network Interface Card ). Протокол определения адресов используется, чтобы найти физический адрес узла, когда известен его Интернет-адрес.
  • Протокол определения адресов обратного адреса (RARP — Reverse Address Resolution Protocol) позволяет хосту обнаруживать его адрес в сети Интернет, когда он знает только свой физический адрес. Это используется, когда компьютер связывается с сетью впервые или когда компьютер загружается без диска.
  • Протокол Управляющих сообщений сети Интернет (ICMP — Internet Control Message Protocol). ICMP — механизм, используемый хостами и другими промежуточными устройствами, чтобы передать уведомление о дейтаграммных проблемах назад передатчику. ICMP передает запрос и ошибку, извещая о сообщениях.
  • Протокол управления группами сети Интернет (IGMP — Internet Group Message Protocol). Протокол управления группами (пользователей) сети Интернет используется для того, чтобы облегчить одновременную передачу сообщения группе получателей.
Уровень звена передачи данных

Уровень звена передачи данных преобразовывает физический уровень, простое средство передачи, — в достоверную линию связи. Это дает возможность сделать физический уровень свободным от ошибок (виртуально) при передаче информации к верхнему уровню (сетевой уровень). Некоторые из задач уровня звена передачи данных — это цикловая синхронизация, физическая адресация, управление потоком, контроль ошибок и управление доступом.

Уровень звена передачи данных предназначен для того, чтобы перемещать кадры от одного участка (узла) к следующему.

Физический уровень

Физический уровень координирует функции доставки потока бит по физической среде. Физический уровень определяет: физические характеристики интерфейсов и характеристики среды передачи, представление битов, скорость передачи данных, синхронизацию битов и физическую топологию сети.

Физический уровень предназначен для передачи отдельных битов от одного участка (узла) к следующему.

C.2. Адресация

В Интернете используются четыре различных уровня адресов, предназначенные для работы в TCP/IP : заданный адрес, адрес порта, логический адрес и физический адрес, как это показано на рис. C.2.

Заданный адрес

Связь на прикладном уровне осуществляется с применением заданных адресов: адресов, принадлежащих заданным протоколам прикладного уровня. Например, используется один адрес электронной почты, чтобы передать электронную почту.

Адрес порта

Сегодня компьютеры — устройства, которые могут выполнять одновременно много задач. Конечная цель связи в Интернете — процесс, устанавливающий связь с другим процессом. Например, компьютер A работает с компьютером C, используя TELNET. В то же самое время компьютер обменивается сообщениями с компьютером B, пользуясь протоколом передачи файлов (FTP). Чтобы этих процессы могли функционировать одновременно, должен быть метод отметки различных процессов. Другим словами, процессы нуждаются в адресации. В архитектуре TCP/IP метка, назначаемая процессу, называется адресом порта. Адрес порта в TCP/IP — 16 битов длиной.

Рис. C.2. Адреса в TCP/IP

Логический адрес

Логические адреса необходимы для универсальных служб связи, которые не зависят от основных физических сетей. Нужна универсальная система адресации, в которой каждый хост может быть идентифицирован уникально, независимо от основной физической сети. Логические адреса разработаны для этой цели. Логический адрес (адрес IP) в Интернете — в настоящее время это адрес на 32 бита, который может уникально определить хост, подключенный к Интернету. Никакие два хоста, получившие адреса и работающие в Интернете, не могут иметь один и тот же адрес IP.

Физический адрес

Физический адрес, также известный как адрес связи, является адресом узла, определенного в данной физической сети. Он включен в кадр, используемый уровнем звена передачи данных. Это — адрес самого низкого уровня. Физические адреса управляются администрацией по физической сети. Размер и формат этих адресов изменяются в зависимости от сети.

Какой протокол является протоколом более низкого уровня

Рисунок 4-2. Коммуникация в интернете

В интернете используется два основных принципа: адрес и протокол. Каждый компьютер, соединённый с интернетом имеет свой адрес. Даже в случае временного соединения компьютеру выделяется уникальный адрес. В любой момент времени соединённые с интернетом компьютеры обладают различными адресами — как почтовый адрес уникально характеризует местонахождение человека, местонахождение компьютера в сети характеризует его интернет-адрес.

В общем случае протокол это правила совместной работы или общения. Например, дипломатический протокол определяет, как необходимо себя вести при приёме заграничных гостей или при проведении приёма. Сетевой протокол определяет правила для поведения компьютеров объединённых в сеть. Стандартные протоколы заставляют различные компьютера говорить на «одном языке». Таким образом, появляется возможность подключать к интернету компьютеры разных типов, которые работают под различными операционными системами, но всё-таки могут общаться.

Протокол это стандарт, который определяет форму сообщений и способ передачи, процедуры их интерпретации, правила взаимодействия различных сетевых устройств.

Всех правил взаимодействия практически невозможно описать одним протоколом. Поэтому сетевые протоколы строятся по иерархическому принципу. Так, например протокол низкого уровня описывает передачу малых порций данных от одного компьютеру к другому, потому что наблюдать за передачей малых частей информации проще. Если часть информации была искажена в процессе передачи, требуется повторение передачи лишь искаженной части информации. Протокол следующего уровня описывает, каким образом требуется делить на части большие массивы данных и как их следует позже собрать воедино. При этом малые части информации передаются при помощи протокола низкого уровня. На следующем, ещё более высоком уровне, описается передача файлов. И в этом случае также используются протоколы более низких уровней. Для реализации нового протокола высокого уровня в интернете не нужно знать своеобразие работы сети, необходимы лишь знания об использовании протоколов более низких уровней.

Аналогии протоколов различных уровней можно встретить и в повседневной жизни. Например, вы можете передать текст документа во время телефонного звонка. Для этого вам не требуется знать, как работает телефонная сеть. Вы знаете, что должны набрать номер и ждать пока другой человек поднимет трубку.

Для передачи изображения документа можно использовать факс. Вы кладёте документ в факс, набираете номер другого факса и передаёте документ. Вы не должны вообще думать о том, как документ передаётся по телефонной линии. Вы просто используете протокол высокого уровня: «положить документ в факс, набрать номер, нажать кнопку Старт». По ходу действий вы использовали ещё как минимум два протокола: протоколы передачи факсов и протокол работы телефонной сети.

Также и в интернете существуют протоколы нескольких уровней, которые работают вместе. На нижнем уровне используются два протокола: IP — Internet Protocol (протокол интернета) и TCP — Transmission Control Protocol (протокол управлением передачи данных). Потому что эти два протокола так тесно связаны между собой, их объединяют и называют TCP/IP протоколом, который является базовым протоколом интернета. Все другие протоколы строятся на базе протокола TCP/IP.

TCP разбивает информацию на части и нумерует их для того, чтобы при приёме можно было их правильно собрать в одно целое. По той же причине нумеруются доски деревянного дома при переносе их в другое место для того, чтобы там их можно было правильно собрать. Впоследствии части информации передаются при помощи IP протокола получателю, где при помощи TCP протокола проверяется, все ли части пришли. По той причине, что части информации могут двигаться в интернете через разные каналы, они могут прибыть в совершенно другом порядке. После получения всех частей TCP выстраивает их в правильном порядке и собирает в одно целое.

Для протокола TCP не имеет значения, какими путями информация путешествовала в интернете. Это задача протокола IP. К каждому посылаемому набору информации IP прибавляет вспомогательную информацию, которая содержит данные получателя и отправителя. Работа очень схожа с отправлением почтовой посылки, когда посылка упаковывается в конверт и на конверте пишется адреса получателя и отправителя. Теперь IP протокол обеспечивает доставку всех пакетов получателю, аналогично почтовой службе. Пути различных посылок и скорость их прибытия могут быть разными. Интернет часто представляется рассеянным облаком. Вы не знаете пути движения информации, однако правильно оформленные пакеты всегда прибывают в указанное место.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *