Что такое TCP/IP? Как он работает?

В сегодняшнюю цифровую эпоху Интернет стал частью нашей жизни. Будь то работа, учеба или развлечение, мы не можем обойтись без сетевого подключения. За этим стоит основной протокол, который молчаливо поддерживает все это - TCP/IP. Итак, что такое TCP/IP? Как он работает? Эта статья даст вам более глубокое понимание всех аспектов TCP/IP.

Что такое TCP и IP?

Прежде чем мы узнаем больше о TCP/IP, давайте сначала разберемся с двумя его основными компонентами: TCP и IP.

TCP (протокол управления передачей)

TCP отвечает за надежную передачу данных. Он устанавливает соединение посредством «трехстороннего рукопожатия», чтобы гарантировать целостность и порядок данных. Если данные потеряны или повреждены во время передачи, TCP автоматически передаст их повторно, чтобы гарантировать точность данных.

IP (интернет-протокол)

IP отвечает за передачу пакетов данных с исходного адреса на адрес назначения. Он определяет, как назначать IP-адреса устройствам, и направляет путь передачи пакетов данных через таблицы маршрутизации. IP не гарантирует надежность данных, но предоставляет базовые возможности передачи для TCP.

TCP и IP являются двумя наиболее важными протоколами в стеке протоколов TCP/IP. TCP использует IP для передачи данных, в то время как IP использует TCP для обеспечения надежности данных. Эти два протокола работают вместе, образуя ядро интернет-коммуникаций.

Что такое TCP/IP?

TCP/IP, или протокол управления передачей/межсетевой протокол, является основополагающим протоколом Интернета. Это набор правил и стандартов для компьютерной сетевой связи, который обеспечивает надежную передачу данных между различными сетевыми устройствами.

TCP/IP возник в 1970-х годах и был разработан американской ARPA. Первоначально использовавшийся для ARPANET (предшественника Интернета), TCP/IP был официально принят в 1983 году и постепенно стал универсальным стандартом связи во всем мире.

В дополнение к TCP и IP, вот некоторые другие общие компоненты в модели TCP/IP:

• Маска подсети: используется для различения сетевой части и части хоста в IP-адресе, помогая сетевым устройствам идентифицировать сетевой сегмент, к которому принадлежит пакет данных.
• Шлюз: как точка соединения между различными сетями, он отвечает за пересылку пакетов данных, чтобы устройства могли общаться между сетями.
• DNS: преобразует легко запоминающиеся доменные имена в IP-адреса, позволяя пользователям получать доступ к веб-сайтам через доменные имена.
• ICMP: используется для отправки сообщений об ошибках и управления для диагностики сетевых проблем.
• NAT: преобразует IP-адреса между частными и публичными сетями, позволяя нескольким устройствам совместно использовать публичный IP-адрес, экономя ресурсы IP-адресов и повышая безопасность.
• Брандмауэр: отслеживает и контролирует сетевой трафик, разрешает или запрещает определенный трафик в соответствии с предустановленными правилами и защищает сеть от несанкционированного доступа и атак.

4 уровня модели TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP использует многоуровневую архитектуру, которая разбивает сложные задачи сетевой коммуникации на несколько уровней, каждый из которых отвечает за определенные функции.

Уровень приложений

Этот уровень напрямую взаимодействует с приложением пользователя и предоставляет различные сетевые сервисы. К распространенным протоколам уровня приложений относятся HTTP (для просмотра веб-страниц), FTP (для передачи файлов), SMTP (для отправки электронной почты) и т. д. Протоколы уровня приложений обеспечивают пользователям доступ к различным сервисам и ресурсам через сеть.

Транспортный уровень

Основной задачей транспортного уровня является обеспечение надежной передачи данных. Он реализуется через TCP или UDP. TCP предоставляет надежные, ориентированные на соединение сервисы передачи, чтобы гарантировать, что пакеты данных прибудут в пункт назначения в порядке и без ошибок. UDP предоставляет не требующие установления соединения, легкие сервисы передачи, которые подходят для приложений с высокими требованиями к работе в режиме реального времени.

Сетевой уровень

Отвечающий за передачу пакетов данных с адреса источника на адрес назначения, основным протоколом этого уровня является IP, который использует IP-адреса для идентификации устройств в сети. Протокол IP гарантирует, что пакеты данных смогут найти правильный путь в сложной сетевой среде. Кроме того, сетевой уровень также включает в себя такие протоколы, как ICMP, для диагностики сети и отчетов об ошибках.

Канальный уровень

Канальный уровень — это уровень, наиболее близкий к физической сети, который отвечает за передачу данных в локальной сети. Он включает в себя протоколы канального уровня, такие как протокол Ethernet, которые гарантируют, что данные могут быть переданы правильно на физическом носителе. Канальный уровень также отвечает за обработку MAC-адресов, которые являются уникальными идентификаторами сетевых устройств.

Как работает TCP/IP?

1. Передача данных

• Уровень приложений: во-первых, отправляемые данные инкапсулируются в формат данных протокола уровня приложений на этом уровне.
• Транспортный уровень: затем протокол TCP или UDP инкапсулирует данные и добавляет необходимую информацию заголовка для обеспечения надежной передачи данных.
• Сетевой уровень: протокол IP добавляет информацию заголовка IP для определения исходного адреса и адреса назначения пакета данных.
• Канальный уровень: добавляет информацию заголовка канального уровня для обеспечения передачи данных в локальной сети.

2. Маршрутизация пакетов данных

Когда пакет данных передается в сети, маршрутизатор выбирает лучший путь на основе IP-адреса назначения и пересылает пакет данных следующему маршрутизатору или конечному пункту назначения. Этот процесс гарантирует, что пакет данных может эффективно достичь целевого устройства.

3. Обнаружение и исправление ошибок

TCP/IP также обнаруживает и исправляет ошибки передачи с помощью различных механизмов. TCP использует контрольные суммы и порядковые номера для обеспечения целостности и порядка данных и запрашивает повторную передачу потерянных или ошибочных пакетов данных при необходимости. Эти механизмы обеспечивают надежность передачи данных.

Почему важен TCP/IP?

Основа Интернета

TCP/IP — это основной протокол, который обеспечивает нормальную работу Интернета. Без TCP/IP устройства в Интернете не смогут взаимодействовать друг с другом. Он предоставляет набор стандартизированных правил, которые позволяют различным типам сетевых устройств подключаться и взаимодействовать без проблем.

Поддержка нескольких приложений

TCP/IP поддерживает множество сетевых приложений, от просмотра веб-страниц до передачи файлов, от электронной почты до потокового видео. Он обеспечивает надежную основу для связи для этих приложений, позволяя им эффективно работать в Интернете.

Глобальное взаимодействие

TCP/IP позволяет устройствам по всему миру подключаться и взаимодействовать без проблем. Независимо от того, где находятся устройства, пока они используют протокол TCP/IP, они могут взаимодействовать друг с другом. Эта глобальная возможность взаимодействия значительно способствовала распространению и обмену информацией и способствовала развитию мировой экономики и общества.

Особенности модели TCP/IP

Различные сценарии применения TCP/IP

• Мгновенный обмен сообщениями: многие приложения для обмена мгновенными сообщениями, такие как QQ, WeChat, WhatsApp и т. д., используют TCP для обеспечения надежной передачи сообщений. Даже если сетевые условия плохие, сообщения не будут потеряны, а IP отвечает за маршрутизацию сообщений на целевое устройство, независимо от того, где в мире находится другая сторона.
• Умный дом: пользователи могут удаленно управлять устройствами в своем доме с помощью приложений для мобильных телефонов, а TCP/IP обеспечивает точную передачу инструкций. Данные о состоянии устройств также можно загружать в облако через TCP/IP, и пользователи могут просматривать и контролировать их где угодно.
• Облачные вычисления и центры обработки данных: службы облачных вычислений (такие как AWS и Azure) используют TCP/IP для динамического распределения и управления ресурсами. В центре обработки данных виртуальные машины взаимодействуют друг с другом через TCP/IP для обеспечения эффективной передачи данных. TCP/IP поддерживает технологию балансировки нагрузки, которая распределяет трафик между несколькими серверами для повышения стабильности и производительности системы.
• Интранет: Многие компании используют TCP/IP для создания внутренних сетей для обмена файлами, принтерами и внутренних коммуникаций. Сотрудники могут загружать и скачивать файлы на внутренних серверах через протоколы FTP или SFTP. В то же время, через виртуальную частную сеть (VPN), сотрудники могут безопасно получать доступ к внутренним корпоративным ресурсам извне.

Наконец

Как основной протокол Интернета, TCP/IP молчаливо поддерживает нашу цифровую жизнь за кулисами, и его важность очевидна. Однако с развитием сетевых технологий проблема безопасности утечки информации становится все более заметной. Поэтому, когда протокол TCP/IP работает, важно повысить безопасность вашей сети.

Для этого вы можете использовать VPN или прокси-сервер для шифрования данных вашего онлайн-общения, чтобы обеспечить конфиденциальность онлайн-активности. В то же время не забудьте использовать BrowserScan, чтобы проверить, эффективно ли скрыт IP-адрес, тем самым снижая риск утечки информации.

Часто задаваемые вопросы

Как понять трехстороннее рукопожатие в стеке протоколов TCP/IP?

Процесс установления TCP-соединения гарантирует, что обе стороны готовы получать и отправлять данные. Конкретные шаги следующие:

1. Клиент отправляет пакет SYN на сервер.
2. Сервер отвечает пакетом SYN-ACK.
3. Клиент отправляет пакет ACK для подтверждения соединения.

В чем разница между моделями TCP/IP и OSI?

Модель TCP/IP представляет собой четырехуровневую модель, включающую прикладной уровень, транспортный уровень, сетевой уровень и канальный уровень. Модель OSI представляет собой семиуровневую модель, включающую физический уровень, канальный уровень, сетевой уровень, транспортный уровень, сеансовый уровень, уровень представления и прикладной уровень. Модель TCP/IP более лаконична и проста в реализации и управлении.

Какова роль протокола DNS в стеке протоколов TCP/IP?

Протокол DNS (система доменных имен) используется для преобразования легко запоминающихся доменных имен в IP-адреса. Пользователи могут получать доступ к веб-сайтам через доменные имена без необходимости запоминать сложные IP-адреса. DNS-сервер будет искать в своей базе данных IP-адрес, соответствующий доменному имени, а затем возвращать этот IP-адрес браузеру, тем самым обеспечивая доступ к веб-сайту.