Что такое TCP/IP

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) – это модель передачи цифровых данных. Протокол передачи TCP/IP описывает правила передачи данных, стандарты связи между компьютерами, а также содержит соглашения о маршрутизации и межсетевом взаимодействии.

Что такое протокол и для чего он нужен? Протокол – это набор правил, благодаря которым устройства обмениваются данными через интернет. Эти правила сообщают устройствам о том:

Как начинать общение и приветствовать другую сторону.
Как договориться с другим устройством о параметрах передачи данных.
Что делать при ошибках.
Как узнать, что передача данных закончена.

Сетевые протоколы TCP/IP обеспечивает связь между устройствами, работающими через интернет. Обычно эти устройства называют хостами. Хотя существуют и другие протоколы передачи данных, TCP/IP выделяется тем, что при его работе обеспечивается аппаратная независимость.

Это значит, что работа протокола не зависит от особенностей аппаратного обеспечения, он позволяет организовать обмен данными между любыми устройствами с различной технологией передачи данных. Кроме этого, сетевая модель TCP/IP определяет стандарты для множества различных служб связи конечных пользователей.

Благодаря TCP/IP возможны такие действия:

Передача данных в другую систему.
Вход в удаленную систему.
Управление сетью.
Отправка сообщений удаленным пользователям.
Выполнение удаленных команд.
Печать файлов из удаленной системы.

Как работает TCP/IP

TCP и IP два отдельных протокола, работающие вместе. Они образуют стек протоколов надежной передачи данных. Стек протоколов TCP/IP различают два типа сокетов TCP (потоковые) и UDP (датаграммные). Подробнее о сокетах расскажем далее.

UDP – простой протокол с минимальной дополнительной нагрузкой, он подходит для отправки небольших сообщений, когда не важна надежность при передаче данных. Протокол TCP – выполняет проверку доставки всех файлов адресату и проверяет не было ли ошибки при передаче информации. TCP может повторно запросить данные, если они были потеряны и регулировать загрузку сети.

Стек протоколов TCP/IP позволяет обеспечивать доставку информации в необходимое место назначения. IP определяет адрес доставки, а TCP отвечает за процесс передачи и доставки данных. Для более наглядного примера предположим, что IP – это адрес электронной почты, а TCP — это почтовый клиент, с помощью которого происходит отправка сообщений.

Протоколы используются вместе, чтобы информация имела место назначения, а сам процесс происходил безопасно.

Для работы протоколов необходима установка TCP/IP – специального программного обеспечение. Обычно, оно устанавливается с операционной системой и не требует скачивания дополнительных программ.

Как настроить TCP/IP

Настройка TCP/IP происходит в разделе основных настроек компьютера.

Windows

В меню Пуск выберите Сеть и интернет.
Далее перейдите в раздел Ethernet.
В открывшемся окне найдите пункт Настройка параметров адаптера.
Затем снова выберите пункт Ethernet, нажав на него правой кнопкой мыши, и выберите раздел свойства.
В открывшемся окне двойным щелчком по левой кнопке мыши выберите пункт IP версии 4 (TCP/IPv4).
В новом окне отметьте точками: Получить IP-адрес автоматически и Получить адрес DNS-сервера автоматически.
На вкладке Альтернативная конфигурация отметьте точку Автоматический частный IP-адрес.
Нажмите ОК, чтобы сохранить настройки.

MacOS

Выберите меню Apple и перейдите в Системные настройки.
Зайдите в раздел Сеть.
Слева выберите сетевую службу, которую используете.
Далее нажмите Подробнее.
Выберите раздел TCP/IP.
Для адреса IPv4, кликните всплывающее меню «Конфигурация IPv4».
Выберите здесь один из вариантов, потом введите адрес IPv4, маску подсети и адрес маршрутизатора.
Для адреса IPv6, кликните всплывающее меню «Конфигурация IPv6»
Выберите один из вариантов, потом введите адрес маршрутизатора, адрес IPv6 и длину префикса.
Если у вас есть ID клиента DHCP, укажите его.
Нажмите ОК.

Что такое сокеты

Сокет — это программный механизм, который обеспечивает сетевое взаимодействие, помогает осуществлять передачу информации от одного компьютера к другому. Он представляет собой конструкцию, состоящую из IP-адреса и номера порта.

Сокет был придуман для того, чтобы облегчить программистам процесс написания кодов. При работе с сокетами программистам не надо разбираться с IP и портами, при программировании он указывает, что хочет создать сокет и обозначает для него IP-адрес. Программа, в которой работает специалист, создает сокет. Далее информация отправляется и принимается в сокете, а программа отвечает за ее передачу.

Основное назначение сокетов – передача данных через сеть и обеспечение связи между различными приложениями.

При настроенных сокетах в двух разных приложениях можно осуществлять передачу данных без дополнительных программ. Например, чтобы получить информацию из мобильного приложения, сервер запускает сокет для связи с этим приложением. Само приложение также открывает сокет, чтобы связаться с сервером. После этого происходит обмен данными между сервером и приложением.

Чтобы к серверу можно было одновременно подключиться нескольким приложениям, сервер делает копии сокетов.

Для чего нужны порты

Сетевые порты представляют собой 16-ти битное число от 1 до 65535, которое определяет назначение пакетов данных в пределах одного хоста. Они необходимы, чтобы осуществлять передачу информации определенного вида. Все хосты передают данные при помощи IP-адресов, когда происходит подключение к сети, порты определяют к какой программе относятся передаваемые файлы. Основные программы это:

Web-сервер, для трансляции с веб-сайтов.
Почтовый сервер, для обмена электронными письмами.
FTP-сервер, для передачи информации.

Например, пользователь на своем ноутбуке открывает браузер и вбивает поисковый запрос, веб-сервер при этом автоматически отправляет данные по протоколу TCP/IP в порт 80.

При работе с почтовым клиентом Outlook используется два стандартизированных порта: порт 110 – для получения электронных сообщений и порт 25 – для отправки писем к адресату.

Важно знать, что порты обеспечивают доступ в интернет не только полезным программам, но и вирусам, которые могут открывать порты без согласия пользователя и считывать данные на его компьютере.

Что можно делать с портом

Открыть. Чтобы знать куда направлять данные, которые пришли по адресу порта.
Закрыть. Чтобы прекратить передачу данных.
Пробросить. Если запрос пришел на порт 1020, отправить его на порт 2020.
Просканировать. То есть проверить числа от 0 до 65535 на предмет ответа от кого-то из них. Если ответ найден, то это будет означать, что на этом порту работает какая-то программа. Это поможет найти уязвимости и вредоносные программы.
Заблокировать. Например, для того, чтобы не допустить посторонних к открытому порту.
Задать. Если для работы программы требуется порт, который у вас заблокирован, ей можно создать другой порт и проводить обмен данными через него.

Уровни протоколов TCP/IP

Одной из основных и первых моделей передачи данных была OSI (The Open Systems Interconnection model). В соответствии с ней происходит работа сетевых протоколов, так как она устанавливает основные требования и правила. Модель OSI состоит из семи уровней, каждый из них определяет нормы сотрудничества систем между собой:

Прикладной уровень
Сеансовый уровень
Уровень представления
Транспортный уровень
Сетевой уровень
Канальный уровень
Физический уровень

Несколько протоколов, работающих по определенным уровням, называют стеком протоколов. Современный интернет работает на стеке протоколов TCP/IP. Различают следующие уровни стека TCP/IP:

Прикладной уровень TCP/IP

Регулирует работу сетевых приложений, например, браузеры, программы для загрузки файлов по ftp, почтовые клиенты, SSH. Эти программы могут использовать свои протоколы обмена данными.

На прикладном уровне передача информации осуществляется путем передачи пакета с данными от одного сетевого узла к другому. Пересылка данных от хоста-отправителя к хосту-получателю осуществляется при помощи протокола IP, который сообщает адрес получателя и указывает номер порта. Благодаря IP сеть определяет откуда пришел пакет данных и куда его следуют отправить.

Комбинация IP-адреса и номера порта передачи данных называется сокетом. Определенные порты используют для упрощения стандартов, каждый порт соответствует функциональному назначению приложения (Например, почтовый SMTP-сервер использует 25 порт).

Транспортный уровень TCP/IP

Работу этого уровня определяют протоколы TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP анализирует переданные пакеты информации и, в случае ошибки, повторно запрашивает пакеты. Также он следит за верной последовательностью переданных пакетов. UDP – протокол без установки соединения, он выполняет небольшую проверку и считается ненадежным. Отправка информации с помощью UDP выполняется быстрее по сравнению с TCP.

Передача данных начинается с установки соединения: хост-клиент отправляет фрагмент данных с номером последовательности и флагом SYN (служит для обозначения начала установки соединения). Сервер выделяет память для обработки задачи и назад отправляет фрагмент с номером последовательности и флагами SYN и ACK (служит для обозначения получения подтверждения).

Получив флаг SYN, хост-клиент отправляет сегмент с флагом ACK, в том случае, когда этот флаг узел уже получил, включается режим ESTABLISHED ( или активное соединение). Если, повторив свой запрос, хост не получает ответа, то через некоторое время включается режим CLOSED (или завершение сеанса связи):

Хост-получатель шлет хосту-отправителю флаг FIN (конец передачи данных).
Узел возвращает флаги ответа ACK, FIN о завершении связи.
Хост-клиент устанавливает соединение, и шлет хосту сигнал о завершении сессии в виде флага ACK (получение подтверждения).

Межсетевой или сетевой уровень TCP/IP

Так как глобальная сеть объединяет в себе множество локальных сетей, то сетевой уровень нужен для регламентирования передачи данных и взаимодействия локальных сетей.

Основные функции межсетевого уровня: доставка пакетов с информацией между сетями, выбор оптимального пути перемещения данных, согласование разных технологий передачи информации, фильтрация трафика, предотвращение перегрузок при передаче.

IP (Internet Protocol) – основной протокол межсетевого уровня. Он отвечает за перемещение пакетов между подсетями - от одного пограничного маршрутизатора до другого, пока данные не достигнут сети назначения.

Канальный уровень TCP/IP

При передаче информации от одного хоста к другому все данные делятся на пакеты, которые передаются по нужным каналам связи. Канальный уровень определяет физические свойства обмена информацией: максимальное расстояние передачи пакетов, частота сигнала, возможное время задержки ответа от хоста.

Чаще всего на этом уровне используют протокол Ethernet, он определяет проводные соединения и электросигналы на физическом уровне. Когда хост собирается передать пакет информации, он проверяет свободен ли канал в этот момент (по наличию несущей частоты в кабеле). Если частота не найдена, то начинается передача данных. Передача информации ограничивается по времени, она не может превышать, а также быть меньше заданной величины. Это необходимо для предотвращения единоличного использования сети одним компьютером и доступом к сети другим пользователям.

Зачем нужны уровни сетевой модели TCP/IP? Передача файлов между двумя хостами напрямую невозможна. Сначала пакеты данных попадают на сетевой уровень, чтобы получить IP-адрес. На транспортном уровне, с помощью протокола TCP, отдельные части данных передаются хосту. На каждом уровне к передаваемым файлов добавляется служебная информация: например, указание порта, чтобы распознать приложение. Кроме того, информацию могут добавлять протоколы Ethernet, IP, TCP и другие.

Такое наслоение правил и дополнительной информации называется стеком. Таким образом, стек – набор сетевых протоколов с иерархической структурой. Главная задача стека – достаточный набор правил, который обеспечивает взаимодействие устройств в интернете.

Чтобы все протоколы могли работать одновременно и не конфликтовали между собой, были выделены уровни стека протоколов TCP/IP. Каждый уровень решает свою определенную задачу, что снижает возникновение сбоев и незавершенных операций.

Заключение

Протокол интернета TCP/IP популярен своей возможностью реализовать широкий набор функций: совместное использование файлов, принтеров, удаленный доступ к системам и серверам. Стек TCP/IP – надежный набор протоколов, благодаря которым легко налаживаться работа приложений, а управление маршрутизацией удобно настраивается.