TCP/IP on lühend sõnadest Transmission Control Protocol/Internet Protocol. Tegelikult ei ole TCP/IP üks protokoll, vaid palju protokolle.

TCP/IP töötati välja selleks, et üle maailma teaduskeskuste arvutivõrgud oleksid omavahel ühendatud virtuaalse "võrgu" kujul. Algne Internet loodi olemasoleva arvutivõrkude konglomeraadi, nimega ARPAnet, teisendamisel TCP/IP abil.

TCP/IP-põhises võrgus edastatakse teavet diskreetsete plokkide kujul, mida nimetatakse IP-pakettideks või IP-datagrammideks. Põhimõtteliselt peidab TCP/IP ruuterid ja selle aluseks oleva võrguarhitektuuri kasutajate eest, nii et see kõik näeb välja nagu üks suur võrk. Täpselt nagu ühenduse loomine Etherneti võrgud tuvastatakse 48-bitiste Etherneti ID-de järgi, sisevõrguühendused identifitseeritakse 32-bitiste IP-aadresside järgi, mida väljendame punktiiriga kümnendsüsteemis (näiteks 128.10.2.3). Võttes kaugarvuti IP-aadressi, saab sisevõrgus või Internetis olev arvuti sellele andmeid saata, nagu kuuluksid nad samasse füüsilist võrku.

Andmed edastatakse pakettidena. Pakettidel on päis ja saba, mis sisaldavad teenuseteavet. Kõrgematelt tasemetelt pärinevad andmed sisestatakse (kapseldatud) nagu kiri ümbrikus, madalama tasemega pakettidesse.

TCP/IP pakub lahenduse kahe samasse sisevõrku ühendatud, kuid erinevatesse füüsilistesse võrkudesse kuuluva arvuti vahelise suhtluse probleemile. Lahendus koosneb mitmest osast, kusjuures iga TCP/IP protokolliperekonna kiht annab oma panuse terviklahendusse. IP, TCP/IP komplekti kõige põhilisem protokoll, kannab IP-andmegramme ja võimaldab valida marsruudi, mille datagramm viib punktist A punkti B ning kasutada ruutereid võrkude vahel "hüppamiseks".

TCP on kõrgema taseme protokoll, mis võimaldab võrgu erinevates arvutites töötavatel rakendusprogrammidel andmevooge vahetada. TCP jagab andmevood ahelateks, mida nimetatakse TCP segmentideks, ja edastab need IP abil. Enamasti saadetakse iga TCP segment ühes IP-datagrammis. Vajadusel jagab TCP aga segmendid mitmeks IP-datagrammiks, mis sobivad füüsilistesse andmeraamidesse, mida kasutatakse teabe edastamiseks võrgus olevate arvutite vahel. Kuna IP ei garanteeri, et datagrammid võetakse vastu samas järjestuses, milles need saadeti, paneb TCP marsruudi teises otsas TCP segmendid uuesti kokku, et moodustada pidev andmevoog.

Teine oluline TCP/IP-pinu protokoll on UDP (User Datagram Protocol), mis sarnaneb TCP-ga, kuid on primitiivsem. TCP on "usaldusväärne" protokoll, kuna see pakub tõrkekontrolli ja kinnitusteateid, et tagada andmete jõudmine sihtkohta rikkumata. UDP on "ebausaldusväärne" protokoll, mis ei garanteeri, et datagrammid jõuavad kohale nende saatmise järjekorras või isegi seda, et need üldse kohale jõuavad. UDP-d kasutatakse ühenduste haldamiseks.

Teised TCP/IP-protokollid mängivad TCP/IP-võrkude töös vähem silmapaistvat, kuid sama olulist rolli. Näiteks ARP (Address Resolution Protocol) teisendab IP-aadressid füüsilisteks võrguaadressideks, näiteks Etherneti identifikaatoriteks. Seotud protokoll, Reverse Address Resolution Protocol (RARP), teeb vastupidist, teisendades füüsilised võrguaadressid IP-aadressideks. Internet Control Message Protocol (ICMP) on eskortprotokoll, mis kasutab IP-d IP-pakettide edastamisega seotud juhtimisteabe ja juhtimisvigade vahetamiseks. Näiteks kui ruuter ei saa IP-datagrammi edastada, kasutab ta ICMP-d, et teavitada saatjat probleemist.

TCP/IP on võrguprotokollide komplekti (virna) koondnimi erinevad tasemed kasutatakse Internetis.

TCP/IP-protokollipinn on jagatud 4 tasemeks:

· Rakendus (taotlused);

· Transport;

· Võrk (võrk);

· Füüsiline (kanal).

TCP/IP võrkude põhifunktsionaalsust rakendavad TCP (Transmission Control Protocol) ja IP (Internet Protocol) protokollid. IP-protokoll töötab võrgukihis, TCP-protokoll transpordikihis. See töötab rakenduse tasemel suur hulk protokollid, nii üldkasutatavad (http, smtp, dns, smb) kui ka vähem levinud (binkp), mida erinevad kasutajaprogrammid kasutavad omavaheliseks suhtlemiseks ja andmete edastamiseks, kuid need kõik kasutavad TCP/IP pakutavat transporti. Neid protokolle nimetatakse põhiprotokolle, kuna kõik teised põhinevad neil ja kogu tehnoloogiat nimetatakse TCP/IP-ks.

Koos TCP-ga kasutatakse transpordikihis UDP-protokolli. Erinevalt TCP-st ei loo see ühendust, vaid saadab lihtsalt datagramme. See ühenduseta edastusmeetod on mõne rakenduse, peamiselt kontorirakenduse jaoks mugav. Eelkõige töötab DNS-võrgu nimede lahendamise protokoll UDP kaudu.

TCP/IP-virna kihid ei kattu täpselt OSI mudeli teoreetiliste kihtidega

TCP/IP ei reguleeri füüsilise ja andmesidekihi protokollide ja tehnoloogiate kasutamist. Vajalik ja piisav on lingitaseme moodulite ja IP-mooduli vaheline liides, mis tagab IP-pakettide edastamise. Vahendid ja meetodid selle edastamise tagamiseks on väljaspool TCP/IP leviala. OSI mudeli tasemete praktilisel rakendamisel osutus mugavamaks mõne taseme kombineerimine ühte moodulisse. TCP/IP ja OSI virnatasemete vastavus näeb välja umbes selline:

Joonisel on näha, kuidas TCP/IP sobib ISO/OSI mudeliga. See joonis illustreerib ka TCP/IP kihilisust ja näitab peamiste protokollide vahelisi seoseid. Kui andmeplokk edastatakse võrgurakendusest võrguadapterikaardile, läbib see järjestikku mitmeid TCP/IP-mooduleid. Samal ajal täiendatakse seda igal etapil ahela teises otsas oleva samaväärse TCP/IP mooduli jaoks vajaliku teabega. Selleks ajaks, kui andmed jõuavad võrguadapterisse, esindavad need selle tehnoloogia standardraami, millesse adapter kuulub. Tarkvara Vastuvõtvas otsas olev TCP/IP taasloob vastuvõtva programmi algandmed, läbides kaadri vastupidises järjekorras läbi TCP/IP moodulite komplekti.

TCP/IP-protokollipinn on protokollide perekond, mis võimaldab erinevate süsteemide omavahelist ühendamist ja jagamist. Virn oli loodud töötama heterogeensetes võrkudes. Pinuprotokollid on väga töökindlad: need vastavad piiratud tuumarünnaku üle elanud võrgusõlmede töötamise nõudele. Praegu kasutatakse TCP/IP-protokolli pinu nii Internetis kui ka kohalikes võrkudes suhtlemiseks.

TCP/IP arhitektuur põhines sihipäraselt peer-to-peer struktuuril. Erinevalt klassikalisest ülalt-alla töökindlusmudelist on TCP/IP oma olemuselt hajutatud. TCP/IP keskkonnas keskasutus puudub. Sõlmed suhtlevad üksteisega otse ja igal neist on täielik teave kõigi saadaolevate võrguteenuste kohta. Kui mõni hostarvutitest ebaõnnestub, ei reageeri sellele ükski teine ​​​​masin (välja arvatud juhul, kui see vajab andmeid, mis asuvad ebaõnnestunud arvutis).

Siin on TCP/IP-virnas sisalduvate protokollide loend:

• TCP(Transmission Control Protocol) on põhiline transpordiprotokoll, mis annab oma nime kogu TCP/IP-protokollide perekonnale;
• UDP(User Datagram Protocol) on TCP/IP perekonna levinuim transpordiprotokoll;
• IP(Internet Protocol) - Interneti-protokoll;
• ARP(Address Resolution Protocol) – kasutatakse IP-aadresside ja Etherneti aadresside vahelise vastavuse määramiseks;
• LIBE (Serial Line Internet Protocol) - protokoll andmete edastamiseks telefoniliinide kaudu;
• PPP (Point to Point Protocol) - punkt-punkti andmevahetuse protokoll;
• RPC (Remote Process Control) - protokoll kaugprotsesside juhtimiseks;
• TFTP (Trivial File Transfer Protocol) – lihtne failiedastusprotokoll;
• DNS (Domain Name System) - domeeninimesüsteemi juurdepääsu protokoll;
• PUHKA RAHUS. (Routing Information Protocol) – marsruutimisprotokoll.

TCP/IP-virna põhiprotokolle saab esitada joonisel 1 näidatud struktuuri kujul.

Riis. 1. TCP/IP pinuarhitektuur

TCP/IP-pinul põhinev mudel sisaldab 4 taset: rakendus, põhi (transport), võrgu interaktsioonide tase (võrk), võrguliideste tase (link). Nende kihtide vastavus OSI mudeli arhitektuurile on näidatud tabelis 1.

Tabel 1. OSI ja TCP/IP mudeli tasemete võrdlus

Nagu tabelist näha, sisaldavad mõlemad sidearhitektuurid sarnaseid kihte, kuid TCP/IP mudelis on mitu OSI mudeli kihti ühendatud üheks.

Vaatleme mudeli kõigi nelja taseme funktsioone, mis põhinevad TCP/IP protokollivirul.

1. Rakenduskiht -

mida pakuvad teenused, mis pakuvad kasutajarakendustele võrguteenust. Peamiste teenuste loend sisaldab järgmisi protokolle: Telnet, FTP, TFTP, DNS, SNMP, HTTP. Rakenduskiht täidab OSI mudeli rakenduskihi ja esitluskihi funktsioone.

2. Põhitase -

tagab andmepakettide kohaletoimetamise usaldusväärsuse, nende terviklikkuse ja kohaletoimetamise järjekorra. Sellel kihil jagatakse edastatud andmed pakettidena ja edastatakse alumisse kihti. Pärast edastamist kogutakse paketid kokku ja andmed edastatakse rakenduskihile. Selle kihi põhiprotokoll on TCP. Põhikiht täidab OSI mudeli seansi- ja transpordikihtide funktsioone.

3. Ühenduse tase -

tagab andmepakettide edastamise liitvõrgus, kus on lisaks lokaalsetele ka globaalsed ühendused. Selle kihi põhiprotokoll on IP. Sellel tasemel kasutatakse marsruutimisteabe kogumiseks marsruutimisprotokolle RIP ja OSPF (Open Shortest Path First). See kiht vastab OSI mudeli võrgukihile.

Mitmekihiliste protokollide komplekt või nagu TCP/IP pinu nimetatakse, on mõeldud kasutamiseks erinevaid valikuid võrgukeskkond. TCP/IP-pinn järgib süsteemiarhitektuuri osas OSI (Open Systems Interconnection) etalonmudelit ja võimaldab praktiliselt igal platvormil töötavatel rakendustel ja teenustel võrgu kaudu andmeid vahetada, sealhulgas Unix, Windows, Macintosh ja teised.

Riis. 3.2

Microsofti TCP/IP-rakendus järgib joonisel 1 näidatud seitsmekihilise mudeli asemel neljakihilist mudelit. 3.2. TCP/IP-mudel sisaldab rohkem funktsioone kihi kohta, mille tulemuseks on vähem kihte. Mudel kasutab järgmisi tasemeid:

TCP/IP mudeli rakenduskiht vastab OSI mudeli rakendus-, esitlus- ja seansikihtidele;

TCP/IP mudeli transpordikiht vastab OSI mudeli sarnasele transpordikihile;

TCP/IP mudeli Interneti-kiht täidab samu funktsioone, mis OSI mudeli võrgukiht;

TCP/IP mudeli võrguliidese kiht vastab OSI mudeli Data Link ja Physical kihtidele.

Rakenduse tase

TCP/IP mudeli rakenduskihi kaudu pääsevad rakendused ja teenused võrku. Juurdepääs TCP/IP-protokollidele on tagatud kahe tarkvaraliidese (API – Application Programming Interface) kaudu:

Windowsi pistikupesad;

Windows Socket Interface või WinSock, nagu seda nimetatakse, on võrgu programmeerimisliides, mis on loodud hõlbustama suhtlust erinevate TCP/IP-rakenduste ja protokolliperekondade vahel.

NetBIOS-liidest kasutatakse Windowsi operatsioonisüsteemi teenuste ja rakenduste protsessidevaheliseks suhtluseks (IPC – Interposes Communications). NetBIOS täidab kolme peamist funktsiooni:

NetBIOS-i nimetamine;

NetBIOS Datagrami teenus;

NetBIOS-i seansiteenus.

Tabelis 3.1 on loetletud TCP/IP-protokolliperekond.

Tabel 3.1

Transpordi tase

TCP/IP transpordikiht vastutab kahe sõlme vahelise ühenduse loomise ja säilitamise eest. Põhitaseme funktsioonid:

teabe kättesaamise kinnitus4

andmevoo juhtimine;

pakettide tellimine ja edastamine.

Sõltuvalt teenuse tüübist saab kasutada kahte protokolli:

TCP (Transmission Control Protocol)

UDP (User Datagram Protocol – kasutaja datagrammi protokoll).

TCP-d kasutatakse tavaliselt siis, kui rakendus peab edastama suure hulga teavet ja tagama, et adressaat saaks andmed õigeaegselt kätte. Rakendused ja teenused, mis saadavad väikeseid andmemahtusid ja ei pea kinnitust saama, kasutavad UDP-d, mis on ühenduseta protokoll.

Transmission Control Protocol (TCP)

TCP-protokoll vastutab usaldusväärse andmeedastuse eest ühest võrgusõlmest teise. See loob ühendusele orienteeritud seansi ehk teisisõnu virtuaalse kanali masinate vahel. Ühenduse loomine toimub kolmes etapis:

Ühendust taotlev klient saadab serverile paketi, mis näitab pordi numbrit, mida klient kasutada soovib, ja ka ISN-koodi (Initial Sequence number) (konkreetne number).

Server vastab paketiga, mis sisaldab nii serveri ISN-i kui ka kliendi ISN-i, mida suurendatakse 1 võrra.

Klient peab ühendust kinnitama, tagastades serveri ISN-i, mida suurendatakse 1 võrra.

Kolmeastmeline ühenduse avamine määrab pordi numbri ning kliendi ja serveri ISN-i. Iga saadetud TCP-pakett sisaldab saatja ja saaja TCP-pordi numbreid, väiksemateks osadeks jaotatud sõnumite fragmendi numbrit, samuti kontrollsummat, mis tagab, et edastamisel ei esinenud vigu.

User Datagram Protocol (UDP)

Erinevalt TCP-st ei loo UDP ühendusi. UDP-protokoll on mõeldud väikeste andmemahtude saatmiseks ilma ühendust loomata ja seda kasutavad rakendused, mis ei pea adressaadilt selle kättesaamist kinnitama. UDP kasutab ka pordinumbreid konkreetse protsessi tuvastamiseks antud IP-aadressil. Kuid UDP-pordid erinevad TCP-pordidest ja võivad seetõttu kasutada samu pordinumbreid, mis TCP-ga, ilma teenuste vahel konflikti tekitamata.

Interneti kiht

Interneti-kiht vastutab andmete marsruutimise eest võrgus ja erinevate võrkude vahel. Sellel tasemel töötavad ruuterid, mis sõltuvad kasutatavast protokollist ja mida kasutatakse pakettide saatmiseks ühest võrgust (või selle segmendist) teise (või teise võrgu segmenti). TCP/IP-pinn kasutab sellel kihil IP-protokolli.

Interneti-protokolli IP

IP-protokoll võimaldab andmegramme vahetada võrgu sõlmede vahel ja on ühenduseta protokoll, mis kasutab datagramme andmete saatmiseks ühest võrgust teise. See protokoll ei oota sihtsõlmelt saadetud pakettide kohta kinnitust (ASK, Acknowledgement). Pakettide kinnitamine ja uuestisaatmine toimub mudeli ülemistel tasanditel töötavate protokollide ja protsesside abil.

Selle funktsioonid hõlmavad datagrammi killustatust ja võrguaadressi. IP-protokoll pakub juhtimisteavet killustatud datagrammide uuesti kokkupanekuks. Protokolli põhifunktsiooniks on võrguühendus ja globaalne adresseerimine. Sõltuvalt võrgu suurusest, mille kaudu datagramm või pakett suunatakse, kasutatakse ühte kolmest adresseerimisskeemist.

Adresseerimine IP-võrkudes

Igal arvutil TCP/IP võrkudes on kolm aadressitasandit: füüsiline (MAC-aadress), võrk (IP-aadress) ja sümboolne (DNS-nimi).

Sõlme füüsiline või kohalik aadress, mille määrab tehnoloogia, millega võrk, kuhu sõlm kuulub, on ehitatud. Kohalikesse võrkudesse kaasatud sõlmede puhul on see võrguadapteri või ruuteri pordi MAC-aadress, näiteks 11-A0-17-3D-BC-01. Need aadressid on määranud seadmete tootjad ja need on kordumatud aadressid, kuna neid hallatakse tsentraalselt. Kõigi olemasolevate MAC-i kohtvõrgutehnoloogiate puhul on aadress 6-baidise vorminguga: ülemised 3 baiti on tootja identifikaatorid ja alumise 3 baiti määrab unikaalselt tootja ise.

Võrk ehk IP-aadress, mis koosneb 4 baidist, näiteks 109.26.17.100. Seda aadressi kasutatakse võrgukihis. Selle määrab administraator arvutite ja ruuterite konfigureerimisel. IP-aadress koosneb kahest osast: võrgunumbrist ja hostinumbrist. Võrgunumbri võib administraator suvaliselt valida või määrata spetsiaalse Interneti-osakonna (Network Information Center, NIC) soovitusel, kui võrk peab töötama komponent Internet. Tavaliselt hangivad Interneti-teenuse pakkujad võrgukaartidelt aadressivahemikud ja jagavad need seejärel oma abonentidele. IP-protokolli hostinumber määratakse hosti kohalikust aadressist sõltumatult. IP-aadressi jagamine võrgunumbri ja hostinumbri väljadeks on paindlik ning nende väljade vahelist piiri saab suvaliselt määrata. Sõlm võib olla osa mitmest IP-võrgust. Sel juhul peab sõlmel vastavalt võrguühenduste arvule olema mitu IP-aadressi. IP-aadress ei iseloomusta ühte arvutit või ruuterit, vaid ühte võrguühendust.

Sümboolne aadress või DNS-nimi, näiteks SERV1.IBM.COM. Selle aadressi määrab administraator ja see koosneb mitmest osast, näiteks masina nimi, organisatsiooni nimi, domeeninimi. Seda aadressi kasutatakse rakenduse tasemel, näiteks FTP või Telneti protokollides.

Aadressi kaardistamise protokollid ARP ja RARP

Address Resolution Protocol (ARP) kasutatakse kohaliku aadressi määramiseks IP-aadressi põhjal. ARP töötab erinevalt sõltuvalt sellest, milline lingikihi protokoll antud võrgus töötab – protokoll kohalik võrk(Ethernet, Token Ring, FDDI), millel on võimalus edastada samaaegselt juurdepääs kõigile võrgusõlmedele või protokollile ülemaailmne võrk(X.25, kaadrirelee) reeglina ei toeta leviedastuse juurdepääsu. Samuti on olemas protokoll, mis lahendab pöördprobleemi – teadaolevalt kohalikult aadressilt IP-aadressi leidmine. Seda nimetatakse reverse ARP - RARP (Reverse Address Resolution Protocol) ja seda kasutatakse kettata jaamade käivitamisel, mis esialgu ei tea oma IP-aadressi, kuid teavad oma võrguadapteri aadressi.

Kohalikes võrkudes kasutab ARP Link Layer Protocol'i leviraame, et otsida võrgust antud IP-aadressiga hosti.

Host, mis peab vastendama IP-aadressi kohaliku aadressiga, genereerib ARP-päringu, lisab selle teadaoleva IP-aadressiga lingikihi protokolli kaadrisse ja edastab päringu. Kõik kohaliku võrgu hostid saavad ARP päringu ja võrdlevad seal määratud IP-aadressi enda aadressiga. Kui need ühtivad, genereerib sõlm ARP-vastuse, milles näitab oma IP-aadressi ja kohaliku aadressi ning saadab selle juba suunatult, kuna ARP-päringus näitab saatja oma kohaliku aadressi. ARP-päringud ja vastused kasutavad sama pakettvormingut.

ICMP protokoll

Interneti-juhtsõnumiprotokolli (ICMP) kasutavad IP ja muud kõrgetasemelised protokollid edastatud teabe olekuaruannete saatmiseks ja vastuvõtmiseks. Seda protokolli kasutatakse kahe süsteemi vahelise teabeedastuse kiiruse reguleerimiseks. Kui kahte süsteemi ühendav ruuter on liiklusega ülekoormatud, võib see sõnumite saatmise kiiruse vähendamiseks saata spetsiaalse ICMP veateate.

IGMP protokoll

Kohaliku võrgu hostid kasutavad grupi registreerimiseks Interneti-grupihaldusprotokolli (IGMP). Teave rühmade kohta sisaldub kohaliku võrgu ruuterites. Ruuterid kasutavad seda teavet multisaatesõnumite saatmiseks.

Rühmasõnumit, nagu leviedastussõnumit, kasutatakse andmete saatmiseks mitmele sõlmele korraga.

Network Device Interface Specification – võrguseadme liidese spetsifikatsioon, tarkvara liides, mis tagab interaktsiooni transpordiprotokolli draiverite ja vastavate võrguliidese draiverite vahel. Võimaldab kasutada mitut protokolli, isegi kui installitud on ainult üks võrgukaart.

Võrguliidese kiht

See TCP/IP mudeli kiht vastutab IP datagrammide levitamise eest. See töötab koos ARP-ga, et määrata teave, mis tuleks paigutada iga kaadri päisesse. Seejärel loob see kiht kasutatava võrgutüübi jaoks sobiva kaadri (nt Ethernet, Token Ring või ATM), seejärel paigutatakse IP-datagramm selle kaadri andmealasse ja saadetakse võrku.

Küsimused

IEEE802 standardi spetsifikatsiooni eesmärk.

Milline standard kirjeldab Etherneti võrgutehnoloogiat?

Milline standard määratleb loogiliste linkide juhtimise ülesanded?

Milline standard määratleb võrguhaldusmehhanismid?

Milline standard kirjeldab ArcNeti võrgutehnoloogiat?

Milline standard kirjeldab Token Ringi võrgutehnoloogiat?

Mis on OSI põhimudeli kihi liides?

Mis on OSI baasmudeli kihi protokoll?

Määratlege protokollivirn.

Millisteks kihtideks on protokollivirnad jagatud?

Nimetage kõige populaarsemad võrguprotokollid.

Nimetage kõige populaarsemad transpordiprotokollid.

Nimetage kõige populaarsemad rakendusprotokollid.

Loetlege kõige populaarsemad protokollivirnad.

Tarkvaraliideste eesmärk Windowsi ja NetBIOS-i pesade jaoks.

Mille poolest TCP erineb UDP-st?

IP-protokolli funktsioonid.

Milliseid adresseerimistüüpe on IP-võrkudes?

Millist protokolli on vaja kohaliku aadressi määramiseks IP-aadressi põhjal?

Millist protokolli on vaja IP-aadressi määramiseks kohalikust aadressist?

Millist protokolli kasutatakse Interneti-sõnumite juhtimiseks?

TCP/IP-virna võrguliidese kihi määramine.