Модель tcp/ip.

У той час, як протоколи OSI розвиваються повільно, головним чином внаслідок їх формального, базованого на комітетах, інженерного підходу, система протоколів TCP/IP швидко розвивається і визріває. З політикою впровадження і модифікації системи протоколів RFC він встановився як кращий протокол для більшості комунікаційних мереж.

Як еталонна модель OSI і більшість інших комунікаційних протоколів для даних, TCP/IP є стеком протоколів, який складається з чотирьох рівнів (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Стек протоколів TCP/IP.

Рівень застосувань – це процеси користувача, пов’язані з іншими процесами в тій самій або іншій станції. Він забезпечується програмами користувача, які вживають TCP/IP для комунікації. Прикладами поширених застосувань, які використовують TCP/IP, є Telnet – протокол для віддаленого сполучення терміналів, FTP – протокол пересилання файлів, SMTP - протокол пересилання електронної пошти. Існує багато інших, але це основні застосування. За винятком ping (який є простим засобом діагностики – протокол висилає пакет і визначає, чи отримане ехо-відповідь від призначення, щоб визначити досяжність призначення і як довго пакет слідує до призначення і назад), інші застосування є застосуваннями типу “клієнт-сервер”. Файли пересилаються до/від сервера від/до клієнта,електронна пошта висилається від клієнта до поштового сервера, читається із цього сервера клієнтом-приймачем; віддалене управління портом станції фактично є управлінням портом telnet-сервера з боку telnet-клієнта. Для таких застосувань кожен клієнт виконує “клієнтську програму”, тоді як сервер –“серверну програму”. Програми застосувань клієнта і сервера взаємодіють, спочатку для відкриття сесії (повідомлення про реєстрацію, адреса або назва ресурсу, доступ до якого портібний), потім для створення передавального і приймального буферів для сесії у клієнта і сервера, а також для встановлення правильних параметрів подання (кодування, шифрування, компресії, формату друку тощо). Як тільки ця фаза завершеня, то викликається рівень пакування-розпакування – Трансортний рівень. Інтерфейси між Рівнем застосувань і Транспортним рівнем визначені номерами протокольних портів і гніздами (sockets).

Транспортний рівень забезпечує наскрізне пересилання даних. Він відповідає за надійний обмін інформацією. В дійсності протоколи Транспортного рівня фізично не переміщають даних, вони тільки здійснюють їх упакування і розпакування. Програми і апаратура для переміщення даних викликаються цими протоколами для виконання властивих їм завдань.

Головним транспортним протоколом є TCP (Transmission Control Protocol – протокол управління пересиланням). TCP - це складний повнодуплексний протокол, який здійснює послуги зі встановленням сполучення. Він розділяє файл, що підлягає пересиланню, на частини, які називають “сегментами”. Сегмент TCP складається із заголовка і даних, пов’язаних із ним. Порти джерела і призначення використовуються для визначення номерів сесій клієнта і сервера.

Для кожного сегменту його місце у послідовності визначається висиланням спеціального пакету TCP і підтвердженням через отримання відповідного TCP-пакету. При висиланні пакетів TCP управління потоком сегментів керується призначенням “вікна”, яке має стільки бітів, скільки передавач може вислати водночас. Крім того, TCP може позначати дані як “термінові” або як “зовнішньо-термінові/слід_вислати”, і погоджувати максимальний розмір сегменту. Сегменти висилаються послідовно, перевіряються за допомогою циклічної контрольної суми (CRC); при виявленні помилок вимагається повторне пересилання. Порядковий номер сегменту TCP у послідовності, номер підтвердження, CRC, прапорці портів призначення і джерела, а також опції поміщені перед даними у заголовку сегменту.

Іншим протоколом Транспортного рівня є UDP (User Datagramm Protocol – протокол данограм користувача), який забезпечує послуги без встановлення сполучення. UDP – це дуже простий протокол, який пов’язує заголовок із даними, що складаються із номерів портів призначення і джерела та CRC, і пересилає дані одним пакетом (данограмою) без контролю послідовності або помилок. Це означає, що застосування, які вживають UDP як транспортний протокол, повинні забезпечувати власне наскрізне управління потоком. Звичайно UDP вживають для застосувань, які потребують швидкого механізму транспорту.

Рівень об’єднання мереж, який також називають Рівнем internet або Мережевим рівнем, забезпечує образ віртуальної мережі для об’єднання мереж (internet), є найвищим рівнем для типової мережевої архітектури, розташованої під цим рівнем, і відділяє фізичну мережу від рівнів понад нею. Найважливішим протоколом цього рівня є IP (Internet Protocol). Це протокол без встановлення сполучення, який не передбачає надійності нижніх рівнів. IP не забезпечує надійності, управління потоком або виправлення помилок. Ці функції повинні бути передбачені на вищих рівнях, зокрема, на Транспортному рівні при використанні TCP, або на Рівні застосувань, якщо вживається UDP. Одиницею повідомлення в IP-мережі є данограма. Це основний інформаційний блок, який пересилається через мережу TCP/IP. У стеку протоколів IP забезпечує функції раутінгу для розподілу цих данограм до коректних приймачів (адресатів).

Спосіб, у який працює протокол IP, полягає в наступному. У станції-джерелі TCP або UDP сегментують повідомлення і передають сегменти до IP. Протокол IP поміщає сегменти в данограми, дописуючи IP-заголовок, і пересилає данограми до “раутера за замовчуванням” (який в TCP/IP називають шлюзом). Раутер перевіряє заголовок кожної данограми і порівнює IP-адресу призначення з адресами мереж, які знаходяться під контролем цього раутера. Якщо адреса узгоджується, то раутер приймає пакет і пересилає його до мережі, в якій розташована станція-призначення. Якщо ні, то раутер перевіряє свою таблицю раутінгу для знаходження раутера наступного стрибка, до якого пересилає (маршрутує) данограму. Останній раутер, тобто той, який встановив відповідність адреси призначення своїй мережі, доручає данограму до станції-призначення. При цьому раутер використовує таблицю відповідності IP-адрес MAC-адресам станцій в мережі. Це таблиця протоколу розв’язування адрес (Address Resolution Protocol - ARP). Якщо потрібної адреси нема в таблиці, то раутер висилає ARP-запит, отримує ARP-відповідь про MAC-адресу потрібної станції та заносить її у таблицю.

Іншими протоколами Рівня internet є ICMP, IGMP та RARP.

Рівень мережевого інтерфейсу, який також називають Канальним рівнем, є здійснює інтерфейс до наявного мережевого обладнання (Фізичного рівня). Цей рівень також не гарантує надійного доручення даних; він може бути орієнтованим на пакети або потоки. TCP/IP не визначає жодного конкретного протоколу для цього рівня. Він може використовувати будь-який наявний мережевий інтерфейс, реалізуючи цим гнучкість мережі і сумісність з наявною інфраструктурою. Прикладами протоколів мережевого інтерфейсу, які підтримуються, є IEEE 802.3, Ethernet, X.25 (який є надійним сам по собі), Frame Relay, ATM. Канальний і Фізичний рівні фактично здійснюють транспорт даних.