7.8. Стек протоколовTcp/ip

Стек протоколов TCP/IP (англ.Transmission Control Protocol/Internet Protocol — протокол управления передачей) — наборсетевых протоколовразных уровнеймодели сетевого взаимодействия , используемых в сетях. Протоколы работают друг с другом встеке(англ.stack, стопка) — это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего, используя механизмыинкапсуляции. Например, протоколTCPработает поверх протоколаIP.

Стек протоколов TCP/IP основан на модели сетевого взаимодействия и включает в себя протоколы четырёх уровней:

• прикладного (application),

• транспортного (transport),

• сетевого (network),

• канального (data link).

Протоколы этих уровней полностью реализуют функциональные возможности модели OSI. На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие пользователей в IP-сетях. Стек является независимым от физической среды передачи данных.

Уровни стека TCP/IP

Рассмотрим как традиционно протоколы TCP/IP вписываются в модель OSI:

Распределение протоколов модели TCP/IP по уровням модели OSI
7	Прикладной	напр., HTTP,SMTP,SNMP,FTP,Telnet,SSH,SCP,SMB,NFS,RTSP,BGP
6	Представления	напр., XDR,AFP,TLS,SSL
5	Сеансовый	напр., ISO 8327 / CCITT X.225, RPC,NetBIOS,PPTP,L2TP,ASP
4	Транспортный	напр., TCP,UDP,SCTP,SPX,RTP,ATP,DCCP,GRE
3	Сетевой	напр., IP,PPP,ICMP,IGMP,CLNP,OSPF,RIP,IPX, DDP,ARP,RARP
2	Канальный	напр., Ethernet,Token ring,HDLC,X.25,Frame relay,ISDN,ATM,MPLS
1	Физический	напр., электрические провода,радиосвязь,волоконно-оптические провода,Wi-Fi

Обычно в стеке TCP/IP верхние 3 уровня : прикладной,представительскийисеансовыймодели OSI объединяют в один прикладной. Поскольку в таком стеке не предусматривается унифицированный протокол передачи данных, функции по определению типа данных передаются приложению. Упрощенно интерпретацию стека TCP/IP можно представить так:

Распределение протоколов по уровням модели TCP/IP
5	Прикладной «7 уровень»	напр., HTTP,RTP,FTP,DNS(RIP, работающий поверхUDP, иBGP, работающий поверхTCP, являются частью сетевого уровня)
4	Транспортный	напр., TCP,UDP,SCTP,DCCP(протоколы маршрутизации, подобныеOSPF, что работают поверхIP, являются частью сетевого уровня)
3	Сетевой	Для TCP/IP это IP(IP) (вспомогательные протоколы, вродеICMPиIGMP, работают поверх IP, но тоже относятся к сетевому уровню; протоколARPявляется самостоятельным вспомогательным протоколом, работающим поверх физического уровня)
2	Канальный	Ethernet,IEEE 802.11Wireless Ethernet,SLIP,Token Ring,ATMи MPLS
1	Физический	напр., физическая среда и принципы кодирования информации, T1,E1.

Физический уровень

Физический уровеньописывает среду передачи данных (будь токоаксиальный кабель,витая пара,оптическое волокноилирадиоканал). Он также описывает физические характеристики такой среды и принцип передачи данных, а именно:разделение каналов,модуляцию,амплитуду сигналов,частоту сигналов,способ синхронизации передачи, время ожидания ответа и максимальное расстояние).

Канальный уровень

Канальный уровеньописывает, каким образом передаютсяпакеты данныхчерез физический уровень, включая кодирование (то есть специальные последовательности бит, определяющих начало и конец пакета данных).Ethernet, например, в поляхзаголовка пакетасодержит указание того, какой машине или машинам в сети предназначен этот пакет.

Примеры протоколов канального уровня — Ethernet,IEEE 802.11Wireless Ethernet,SLIP,Token Ring,ATMиMPLS.

Сетевой уровень

Сетевой уровеньизначально разработан для передачи данных из одной (под)сети в другую.

С развитием концепции глобальной сетив уровень были внесены дополнительные возможности по передаче из любой сети в любую сеть, независимо от протоколов нижнего уровня, а также возможность запрашивать данные от удалённой стороны.

Пакеты сетевого протокола IPмогут содержать код, указывающий, какой именно протокол следующего уровня нужно использовать, чтобы извлечь данные из пакета. Это число — уникальный IP - номер протокола.

Транспортный уровень

Протоколы транспортного уровнямогут решать проблему доставки сообщений («дошло ли сообщение до адресата?»), а также гарантировать правильную последовательность прихода данных. В стеке TCP/IP транспортные протоколы определяют, для какого именно приложения предназначены эти данные.

Протоколы автоматической маршрутизации логически представляются на этом уровне.

TCP— «гарантированный» транспортный механизм с предварительным установлением соединения, предоставляющий приложению надёжныйпоток данных, дающий уверенность в безошибочности получаемых данных, перезапрашивающий данные в случае потери и устраняющий дублирование данных. TCP позволяет регулировать нагрузку на сеть, а также уменьшать время ожидания данных при передаче на большие расстояния. Более того, TCP гарантирует, что полученные данные были отправлены точно в такой же последовательности.

TCP используют для определения протокола верхнего уровня число, называемое портом.

В протоколах TCPиUDP(семействаTCP/IP) порт — идентифицируемый номером системный ресурс, выделяемый приложению, выполняемому на некоторомсетевомхосте, для связи с приложениями, выполняемыми на других сетевых хостах (в том числе c другими приложениями на этом же хосте).

Хост (от англ.host — «хозяин, принимающий гостей») — любоеустройство, предоставляющее сервисы формата «клиент-сервер» в режиме сервера по каким-либоинтерфейсами уникально определённое на этих интерфейсах. В более частном случае под хостом могут понимать любойкомпьютер,сервер, подключённый клокальнойилиглобальнойсети.

Прикладной уровень

На прикладном уровнеработает большинство сетевых приложений.

Эти программы имеют свои собственные протоколы обмена информацией, например, FTP(передача файлов),SMTP(электронная почта),SSH(безопасное соединение с удалённой машиной),DNS(преобразование символьных имён вIP-адреса) и многие другие.

В массе своей эти протоколы работают поверх TCPилиUDPи привязаны к определённому порту, например:

FTPна TCP-порт 20 (для передачи данных) и 21 (для управляющих команд) и т.д.

Эти порты определены Агентством по выделению имен и уникальных параметров протоколов (IANA).