Работа глобальной сети основана на определенных технологиях и правилах. Понимание этих правил позволяет пользователю более эффективно использовать интернет, самостоятельно настраивать роутеры, сетевые соединения и многое другое. В данном материале подробно рассмотрим, что такое протокол TCP/IP и каково его назначение, дадим ответ на вопросы: что такое TCP и как передаются данные по протоколу TCP/IP.
Аббревиатуру TCP/IP можно расшифровать как протокол управления передачей/интернет-протокол. Технология включает в себя определенный список правил и процедур по коммутации, применяющихся при соединении узлов сети. Кроме того, TCP/IP используется в качестве набора соглашений для связи в частных компьютерных сетях (экстрасеть или интросеть).
Весь список процедур и правил IP, как правило, называют TCP/IP. Стоит отметить, что в пакет включены различные соглашения, однако протокол TCP и IP являются основными из них. Можно сказать, что TCP/IP представляют собой промежуточный абстрактный уровень между физической инфраструктурой и данными интернет-приложений.
Протокол передачи данных определяет правила обмена информацией в глобальной сети, обеспечивает двустороннее соединение и стандартизирует способы разбиения информации на пакеты. Кроме того, он используется для их правильной адресации, маршрутизации, передачи и получения конечным адресатом. Для данной технологии почти не требуется централизованного управления. Одной из ее основных задач является обеспечение высокого уровня надежности сетей, который предусматривает автоматическое восстановление после непредвиденного разрыва связи или сбоя сетевого узла.
Рассмотрим основные функции двух вышеописанных протоколов в составе IP:
TCP — это набор правил, которые необходимо соблюдать приложениям для создания каналов связи. Кроме того, в его функции входит управление процессом распределения информации на пакеты перед тем, как они будут отправлены по линии связи, а также управление обратным процессом — сборкой пакетов. В процессе сборки решается главная задача — обеспечение правильной последовательности во избежание повреждения данных.
IP определяет способы отправки и маршрутизации пакетов, которые позволяют убедиться в успешной доставке данных клиенту. Для отправки сообщения на какой-либо узел сети необходимо знать его IP-адрес. Далее этот адрес проверяется каждым сетевым шлюзом с целью определения местоположения адресата.
Важной частью коммуникации в интернете является маска подсети. Ее функция заключается в определении разных составляющих IP-адресов. Она анализирует адрес, после чего сообщает маршрутизатору, компьютеру или другому сетевому узлу информацию о всех его составляющих, в частности, какая из них используется для определения хостов, самой сети и остальных ее пользователей.
В общем виде TCP/IP модель включает в себя:
HTTP — протокол передачи гипертекста. С его помощью осуществляется передача гипертекстовых документов, между клиентом и сервером. Как правило, такие документы представляют собой веб-страницы.
FTP — протокол передачи файлов. Регламентирует ряд правил, которые должны быть выполнены при передаче файлов между хостом и клиентом.
HTTPS — выполняет аналогичные с HTTP функции, однако основной его особенностью является обеспечение высокого уровня безопасности соединения. На сегодняшний день данный стандарт используется большинством владельцев веб-сайтов.
Протокол передачи данных TCP/IP основан на использовании клиент-серверной модели соединения, которая подразумевает взаимодействие клиентского программного обеспечения с серверным ПО. Используя канал связи, пользователь отправляет запрос на конкретный IP-адрес. Если в конечной точке установлено соответствующее серверное ПО, запрос обрабатывается и формируется ответ.
Важно отметить, что данный протокол не сохраняет состояние. Таким образом, каждый последующий запрос пользователя с технической точки зрения будет считаться новым, так как он не имеет никакой связи предыдущим. Такой подход позволяет эффективно работать с сетевыми путями, вовремя их очищая для постоянного использования.
Однако корректная работа транспортного уровня предполагает возможность сохранения состояния на кратковременный период. После передачи одного сообщения соединение не прерывается некоторое время в ожидании получения адресатом всех пакетов и их правильной сборки в единое сообщение. Такой подход обеспечивает сохранность информации при передаче по каналу связи.
Использование модели TCP/IP предусматривает четыре основных уровня. В каждом из них определены собственные независимые протоколы. Рассмотрим более подробно каждый из них:
Прикладной. Определяет стандарты обмена информацией для приложений. Сюда относятся следующие протоколы: управление сетью, FTP, HTTP, передача почты. В качестве полезной нагрузки на данном этапе выступают фактические данные приложений.
Транспортный. Основной задачей транспортного уровня является поддержка двустороннего соединения. TCP протокол отвечает за управление соединением, установленным между хостами, а также обеспечивает надежность, мультиплексирование и управление потоком. В некоторых случаях, вместо TCP для реализации специальных задач может быть использован протокол пользовательских дейтаграмм.
Сетевой. Используется для соединения независимых сетей с целью отправки пакетов данных за пределы конкретной сети. К сетевому уровню относится IP и протокол управляющих сообщений, используемый для отправки отчетов о возникших в процессе передачи данных ошибках.
Физический. В него входят исключительно протоколы, которые функционируют на линиях связи — сетевых компонентах, задача которых состоит в объединении хостов и узлов в одну общую сеть. В частности, это протокол разрешения адресов и низкоуровневый Ethernet, используемый в сетях LAN.
Можно выделить несколько основных способов применения протокола:
использования сервисов электронной почты;
удаленная регистрация клиентов в системе для передачи информации, в частности пользовательских файлов;
использование удаленного доступа к данным, хранящимся в серверной файловой системе;
передача гипертекстовых веб-страниц.
В более широком смысле, использование протокола обеспечивает представление изменения формы данных в процессе их транспортировки по каналам связи от физического уровня к абстрактному. Он содержит в себе подробное описание каждого уровня связи на каждом этапе передачи.
К плюсам модели TCP/IP можно отнести:
нетребовательность к ресурсам компьютеров и сети. В процессе работы не возникает дополнительных нагрузок, которые могли бы оказать негативное влияние на работу сети и ее клиентов;
независимость от других технологий;
возможность работы с несколькими протоколами маршрутизации;
независимость от конкретного типа и модели оборудования, в частности серверов и пользовательских устройств;
использование клиент-серверной модели, поддерживающей высокий уровень масштабируемости;
независимость от используемой операционной системы. На сегодняшний день практически все современные ОС поддерживают работу с протоколом
Несмотря на достаточно большое количество преимуществ, предоставляемых моделью TCP/IP, существует и ряд недостатков, связанных со сложностью и наличием уязвимостей:
для правильной настройки и управления протоколом необходимы профессиональные знания и навыки;
уязвимость к DDos-атакам, при которых злоумышленники отправляют большое количество запросов на сервер, используя TCP/IP;
отсутствие четкой регламентации и разделения таких понятий как протокол, интерфейс и сервис. Это делает невозможным использование TCP/IP для описания новых технологий, которые применяются в современных сетях.
Несмотря на свою внешнюю схожесть, IP и TCP/IP отличаются между собой по многим параметрам. IP представляет собой протокол низкого уровня. Его основная задача состоит в облегчении обмена информацией в глобальной сети. Использование протокола необходимо для унификации стандартов доставки пакетов данных, структура которых включает в себя две основные составляющие: тело и заголовок. В заголовке пакетов содержатся служебные данные с указанием источника отправки и точного адреса получателя. Непосредственно сами полезные данные кодируются в теле.
Размер пакетов данных строго регламентирован, и не должен превышать 24 байтов. Это существенно усложняет отправку и получение более объемных строк. Например, для отправки строк большего размера, их требуется разделить на более мелкие пакеты, передача которых осуществляется без сохранения состояния. Поэтому возникает необходимость в реализации механизма расстановки полученных данных в правильном порядке. Кроме того, IP не позволяет создать устойчивое соединение, что влечет за собой неупорядоченность данных, потерю пакетов во время транспортировки, повреждение информации и другие проблемы.
TCP/IP отличается более высоким уровнем надежности и в первую очередь ориентирован на устойчивое соединение, благодаря которому обеспечивается целостность передаваемой информации. Кроме того, данная модель предусматривает возможность контроля таких параметров как поток и скорость данных, передаваемых по каналу. Таким образом обеспечивается эффективное использование сети без возникновения перегрузок.
В качестве примера рассмотрим программу для отправки объемных файлов на удаленный компьютер по интернету. В случае использования IP-протокола, для передачи файла его пришлось бы разделить на множество пакетов ограниченного размера. А так как для каждого пакета необходимо инициировать отдельный запрос, то количество таких запросов было бы равно количеству пакетов. Это существенно увеличивает вероятность возникновения ошибок и потери данных.
Если в этом случае использовать модель TCP/IP, то для передачи большого файла понадобится только один запрос. После установки соединения пакеты будут доставлены до адресата и собраны в единую структуру в порядке отправления. Кроме того, TCP осуществляет контроль ошибок, возникающих в IP. В случае их обнаружения инициируется повторная передача. TCP также управляет механизмом сборки пакетов в единый файл и позволяет осуществить их реорганизацию в случае сбоя в порядке передачи.
Данные сетевые протоколы связи на сегодняшний день используются наиболее часто. Разница между ними заключается в том, что OSI представляет собой концептуальную модель, которая редко применяется для организации физических сетей. В ней определен свод правил взаимодействия разных приложений.
Другими словами, в TCP/IP определены правила и соглашения, которые были использованы для организации эффективного взаимодействия узлов в интернете, в то время как в OSI содержатся рекомендации по осуществлению соединений между узлами. Таким образом, OSI можно назвать теоретической моделью, а протокол TCP/IP — практической.
К сходствам обеих моделей можно отнести:
описывают стандарты взаимодействия устройств, подключенных к одной сети;
сетевое взаимодействие разделено на несколько уровней. TCP/IP — 4 уровня, OSI — 7 уровней;
являются фундаментальными моделями, которые позволяют проектировать и реализовывать сетевые стандарты;
позволяют работать с разными устройствами в сети, вне зависимости от конкретного типа, модели и производителя. Единственное условие — встроенная поддержка данных стандартов.
Рассмотрим основные различия OSI и TCP/IP:
OSI представляет собой общую концептуальную модель, в то время как TCP/IP — это практический стандарт, ориентированный на протокол.
В OSI в первую очередь была разработана модель и только после этого спроектированы протоколы для каждого из семи уровней. В TCP/IP этот процесс инвертирован. Первым шагом является разработка протоколов, а затем — модели.
TCP/IP используется для организации связи разного оборудования в общую систему. OSI применяется, как правило, для создания стандартов сетевого оборудования. С ее помощью стандартизируются устройства маршрутизации, коммутации и др.
Разный размер заголовка. В OSI он составляет пять байтов, в TCP/IP — двадцать байтов.
Это далеко не все параметры, по которыми отличаются данные технологии. Подробное рассмотрение модели OSI выходит за рамки данного материала.
Первая концепция TCP/IP была создана в семидесятых годах прошлого века инженерами Министерства обороны США, принимавшими участие в деятельности Агентства передовых оборонных исследовательских проектов. В то время еще не было интернета в привычном понимании. Его предшественником можно назвать общедоступную сеть ARPANET. Ее справедливо считают прародителем современной глобальной сети. В ней впервые была использована технология коммутации пакетов.
Первая версия протокола была создана и использована для ARPANET. Что касается операционных систем, то первой ОС, получившей поддержку TCP/IP, была Unix. В последствии, все следующие операционные системы на основе Unix также получили поддержку протокола. На сегодняшний день модель TCP/IP и все встроенные в нее протоколы поддерживаются всеми современными устройствами и операционными системами.
