Model TCP / IP s rôznymi vrstvami

tcp ip model with different layers

Kompletný sprievodca vrstvami modelu TCP / IP:

Dozvedeli sme sa všetko o Zabezpečenie brány firewall v našom predchádzajúcom návode. Tu sa v tomto výučbe dozvieme o modeli TCP / IP.

Model TCP / IP sa týka protokolu riadenia prenosu a internetového protokolu.

Aktuálny internetový model využíva tento sieťový model na komunikačné účely. Prečítajte si Výukové kurzy týkajúce sa práce v sieti pre jasné pochopenie pojmu.

Tieto protokoly sú jednoducho kombináciou pravidiel, ktoré regulujú každú komunikáciu po sieti. Tie zase rozhodujú o ceste, po ktorej sa treba riadiť pri komunikácii medzi zdrojom a cieľom alebo internetom.

Model TCP / IP sa skladá zo štyroch vrstiev, ktoré uzatvárajú celkový komunikačný proces. V tomto výučbe sa podrobne pozrieme na funkčnosť každej vrstvy.

Ako softvérový tester je potrebné sa vcítiť do modelu TCP / IP, pretože softvérové ​​aplikácie pracujú na vrchnej vrstve, teda na aplikačnej vrstve tohto modelu.

Čo sa dozviete:

• Sieťová architektúra
• Funkcie každej vrstvy v modeli TCP / IP
  • Vrstva sieťového prístupu
  • Internetová vrstva
    • internetový protokol
    • Hlavička IPV4
  • Transportná vrstva
    • TCP
    • User Datagram Protocol (UDP):
  • Aplikačná vrstva
  • Záver
  • Odporúčané čítanie

Sieťová architektúra

Štvorvrstvová architektúra je nasledovná:

Protokoly a siete použité v tomto modeli siete sú zobrazené na nasledujúcom obrázku:

Zhrňme si protokoly a hlavné použitia jednotlivých vrstiev v modeli TCP / IP pomocou nasledujúceho diagramu.

Funkcie každej vrstvy v modeli TCP / IP

Nižšie sú uvedené rôzne funkcie jednotlivých vrstiev v modeli TCP / IP.

Vrstva sieťového prístupu

Funkcie vrstvy prístupu do siete sú uvedené nižšie:

• Toto je spodná vrstva modelu TCP / IP a obsahuje všetky funkcie fyzickej vrstvy a vrstvy dátového spojenia referenčného modelu OSI.
• Charakterizuje teda protokoly, hardvér a médiá, ktoré sa majú použiť na komunikáciu.
• Dátové pakety z internetovej vrstvy sa odovzdávajú do tejto vrstvy na odoslanie do cieľa cez fyzické médium.
• Hlavnou úlohou tejto vrstvy je spojiť dátové bajty do rámcov a poskytnúť nejaký mechanizmus na prenos dátového rámca IP cez fyzické médium.
• Point-to-point (PPP) je protokol, ktorý sa používa na vytvorenie spojenia medzi dvoma prenajatými linkami z jedného bodu na druhé. Nasadzuje sa tiež na zabezpečenie pripojenia medzi koncovým používateľom a poskytovateľmi internetových služieb prostredníctvom modemov. Podporuje tiež poskytovanie IP adries cez odkazy PPP.
• Väčšina koncových používateľov uprednostňuje ethernetové spojenie, ktoré funguje iba na protokole ethernetového dátového spojenia. Tak sa vytvorí PPP cez Ethernet, ktorý umožňuje zasielanie zapuzdrených dátových rámcov do rámcov Ethernet.
• PPPoE spočiatku vytvára tunel medzi sieťovými zariadeniami koncových používateľov, ako je smerovač a smerovač ISP. Potom smerovač pošle PPP rámce cez tento tunel, pretože tunel funguje ako spojenie bod-bod medzi smerovačmi. Vďaka tejto technológii sa teraz údaje prenášajú aj cez siete WAN.
• PPP tiež používa proces autentifikácie na kontrolu zodpovednosti za použitie dát s ISP. Medzi metódy patrí protokol na overenie hesla (PAP) a protokol na overenie spojenia s kanálom (CHAP).

Internetová vrstva

• Druhou vrstvou zdola je vrstva Internetu.
• Akonáhle sú dáta segmentované pomocou TCP alebo UDP pridaním zodpovedajúcich hlavičiek do dátového paketu, odošlú ich do spodnej vrstvy na ďalšiu komunikáciu.
• Cieľový hostiteľ, na ktorého je dátový paket určený, sa môže nachádzať v inej sieti, ktorej cestu je možné dosiahnuť prechodom cez rôzne smerovače. Internetová vrstva je povinná prideľovať logické adresy a efektívne smerovať dátové pakety do cieľovej siete.
• Internetová vrstva (IP) je najobľúbenejší protokol, ktorý sa používa na vykonanie tejto úlohy.

internetový protokol

Účelom tohto protokolu je smerovať dátové pakety do cieľového miesta podľa informácií v hlavičke paketu podľa sady protokolov.

Pridaním hlavičky, ktorá má IP adresu zdroja a cieľa, sa segment prijatý z TCP alebo UDP prevádza na PDU označovanú ako paket. Keď paket dorazí k smerovaču, pozrie sa na cieľovú adresu v hlavičke a potom prepošle paket podľa nasledujúceho smerovača, aby sa dostal do cieľa.

Poďme to pochopiť na príklade:

Na nasledujúcom obrázku, keď chce hostiteľ A komunikovať s hostiteľom B, nepoužije žiadny smerovací protokol, pretože oba sú v rovnakom rozsahu sietí s rovnakými adresami IP.

Ak ale chce hostiteľ A poslať paket na hostiteľa C, potom pomocou protokolu zistí, že cieľový hostiteľ je z inej siete. Vyššie uvedený formát teda vyhľadá smerovaciu tabuľku, aby zistil nasledujúcu skokovú adresu na dosiahnutie cieľa.

V tomto prípade sa hostiteľ A dostane k hostiteľovi C cez smerovače A, B a C. Pretože je smerovač C priamo pripojený k cieľovej sieti pomocou prepínača, paket sa doručí hostiteľovi C.

Smerovač získava všetky informácie týkajúce sa smerovania z polí hlavičky IP. Sieťová vrstva TCP / IP (vrstva dátového spojenia) bude zodpovedná za doručenie dátových paketov medzi koncovými bodmi.

Tok paketov v internetovom protokole

ako otvoriť bleskový objekt rázovej vlny

Hlavička IPV4

• Verzia: IPV4 má verziu číslo 4.
• Dĺžka hlavičky: Ukazuje veľkosť hlavičky.
• Pole DS: Pole DS predstavuje pole diferencovaných služieb a je nasadené na konštrukciu paketov.
• Celková dĺžka: Označuje veľkosť hlavičky plus veľkosť dátového paketu.
• Identifikácia: Toto pole sa používa na fragmentáciu dátových paketov a na alokáciu každého poľa, a tým pomáha konštruovať pôvodný dátový paket.
• Vlajky: Používa sa na označenie postupu fragmentácie.
• Posun fragmentov: Označuje číslo fragmentu a hostiteľa zdroja, ktorý ich používa na nové usporiadanie fragmentovaných údajov v správnom poradí.
• Čas na odchod: Toto je nastavené na konci hostiteľa zdroja.
• Protokol: Označuje protokol, ktorý používa na prenos údajov. TCP má číslo protokolu 6 a UDP má číslo protokolu 17.
• Kontrolný súčet hlavičky: Toto pole sa používa na detekciu chýb.
• Zdrojová IP adresa: Uloží adresu IP koncového hostiteľa zdroja.
• Cieľová IP adresa: Uloží adresu IP cieľového hostiteľa.

Budeme o tom diskutovať podrobne v našich pripravovaných tutoriáloch.

Transportná vrstva

• Toto je tretia vrstva zdola, ktorá je zodpovedná za celkový prenos údajov a je užitočná pri vytváraní komplexného logického pripojenia medzi zdrojovým a cieľovým hostiteľom a zariadeniami v sieti.
• Na vykonávanie týchto úloh sa používajú dva protokoly:
  • Prvým je protokol riadenia prenosu (TCP), ktorý je spoľahlivým protokolom založeným na pripojení.
  • Druhým je protokol User datagram (UDP), ktorý je protokolom bez pripojenia.
• Pred hlbokým preskúmaním týchto dvoch protokolov si povieme niečo o koncepcii ČÍSLO PRÍSTAVU, ktorú oba protokoly používajú.

Číslo portu:

V sieti môže hostiteľské zariadenie odosielať alebo prijímať prenosy z viacerých zdrojov súčasne.

V takejto situácii systém nerozpozná, ku ktorej z aplikácií patria údaje. Protokoly TCP a UDP tieto problémy riešia vložením čísla portu do ich hlavičiek. Známe protokoly aplikačnej vrstvy sú pridelené s číslom portu v rozsahu 1 až 1024.

Na konci zdroja je každej relácii TCP alebo UDP pridelené náhodné číslo portu. IP adresa, číslo portu a typ protokolu použitého v kombinácii reformujú soket na zdrojovom aj cieľovom konci. Pretože každá zásuvka je exkluzívna, niekoľko hostiteľov môže odosielať alebo prijímať prenosy v rovnakom časovom intervale.

Nasledujúca tabuľka zobrazuje číslo portu, ktorý je priradený k niekoľkým protokolom aplikačnej vrstvy zodpovedajúcim protokolu transportnej vrstvy.

Viacnásobná relácia pomocou čísla portu

TCP

• Kedykoľvek potrebuje aplikačná vrstva cirkulovať tok obrovského prenosu alebo údajov, odošle ich do transportnej vrstvy, v ktorej TCP vykonáva celú komunikáciu medzi sieťami.
• Protokol TCP pôvodne nastavil proces trojcestného spojenia medzi zdrojom a cieľom a potom rozdelil údaje na malé časti známe ako segmenty, do každého segmentu zahrnul hlavičku a potom ju preposlal do internetovej vrstvy.

Na nasledujúcom obrázku je zobrazený formát hlavičky TCP.

• Trojcestné podanie ruky: Je to proces nasadený protokolom TCP na vytvorenie spojenia medzi zdrojovým a cieľovým hostiteľom v sieti. Používa sa na spoľahlivý prenos dát. Na vykonanie úlohy nasadzuje príznaky SYN a ACK kódovacích bitov hlavičky TCP. Poskytuje spoľahlivú komunikáciu vykonaním pozitívneho potvrdenia s opätovným prenosom a je tiež známy ako PAR. Systém využívajúci PAR bude znovu vysielať dátový segment, kým nedostane ACK. Kedykoľvek prijímač zahodí údaje, musí odosielateľ znovu odoslať údaje, kým od prijímača nedostane kladné ACK.

K dispozícii sú 3 kroky trojstranného podania ruky, ktoré sú tieto:

1. Krok 1: Zdrojový hostiteľ A chce nadviazať spojenie s cieľovým hostiteľom B, vysiela segment so SYN a poradovým číslom, ktoré označuje, že hostiteľ A chce iniciovať komunikáciu s hostiteľom B a s akým poradovým číslom je definované v tomto segmente.
2. Krok 2: Hostiteľ B reaguje na požiadavku hostiteľa A nastavenými v signálnom bite SYN a ACK. ACK označuje odpoveď prijatého segmentu a SYN označuje poradové číslo.
3. Krok 3: Hostiteľ A potvrdí odpoveď hostiteľa B a obaja medzi nimi vytvoria bezpečné spojenie a potom začnú cez neho dátový prenos.

Ako je popísané na nasledujúcom obrázku, v procese trojstranného overenia rúk najskôr zdrojový hostiteľ pošle hlavičku TCP cieľovému hostiteľovi nastavením príznaku SYN. Ako odpoveď dostane späť nastavený príznak SYN a potvrdenie. Cieľový hostiteľ praktizuje prijaté poradové číslo plus 1 ako potvrdzovacie číslo.

TCP IP podporuje model klient-server komunikačného systému.

Proces trojstranného podania ruky

• Segmentácia údajov :
  • Toto je jedna z funkcií protokolu TCP. Aplikačná vrstva odosiela obrovské množstvo dát na prenos do cieľa do transportnej vrstvy. Ale transportná vrstva obmedzuje veľkosť dát, ktoré sa majú odoslať naraz. To sa deje rozdelením údajov na malé segmenty.
  • Na rozpoznanie postupnosti dátových segmentov sa v hlavičke TCP používa poradové číslo, ktoré popisuje číslo bajtu celého dátového segmentu.
• Regulácia prietoku:
  • Zdrojový hostiteľ odošle údaje do zhluku segmentov. Hlavička TCP s bitom okna sa používa na zistenie počtu segmentov, ktoré je možné odoslať v jednom okamihu. Používa sa na vylúčenie nevýznamnej premávky na konci cieľa.
  • Po spustení relácie je veľkosť okna malá, ale ako sa prevádzka s časom zvyšuje, veľkosť okna môže byť obrovská. Cieľový hostiteľ môže upraviť okno v súlade s kontrolou toku. Toto okno sa nazýva posuvné okno.
  • Zdroj môže prenášať iba taký počet segmentov, ktorý je povolený v okne. Aby bolo možné poslať viac segmentov, bude najskôr čakať na potvrdenie od prijímacieho konca, keď dostane ACK, a neskôr môže podľa potreby zväčšiť veľkosť okna.
  • Na nasledujúcom obrázku cieľový hostiteľ zvyšuje veľkosť z 500 na 600 a potom na 800 po odoslaní ACK späť zdrojovému hostiteľovi.
• Spoľahlivé doručenie a zotavenie po chybe :
  • Potom, čo cieľ dostane posledný segment rozhodnutého okna, musí poslať ACK na koniec zdroja. V hlavičke TCP je nastavený príznak ACK a číslo ACK sa vloží ako predpokladané poradové číslo nasledujúceho bajtu. Ak cieľ nedostane segmenty v správnom poradí, nebude vysielať ACK späť do zdroja.
  • To vysvetľuje zdroj, že len málo segmentov je počas prenosu nesprávne umiestnených a bude znova vysielať všetky segmenty.
  • Na nasledujúcom obrázku je ilustrované, že keď zdroj neprijal ACK pre segment so SEQ číslom 200, potom znovu prenesie údaje a po prijatí ACK pošle ďalšiu sekvenciu dátového segmentu v podľa veľkosti okna.
• Objednané doručenie :
  • TCP zaisťuje postupné doručenie údajov do miesta určenia. Poskytuje údaje v poradí, v akom ich prijíma z aplikačnej vrstvy na doručenie cieľovému hostiteľovi. Na udržanie objednaného doručenia teda používa poradové číslo počas prenosu dátových segmentov.
• Ukončenie pripojenia :
  • Keď je prenos dát medzi zdrojom a cieľom dokončený, TCP ukončí reláciu zaslaním príznakov FIN a ACK a na jej ukončenie použije štvorsmerné podanie ruky.

Posuvné okno TCP a spoľahlivé doručenie

User Datagram Protocol (UDP):

Je to nespoľahlivý a na pripojenie potrebný protokol pre prenos dát. V tomto protokole na rozdiel od protokolu TCP negeneruje žiadny príznak ACK, preto zdrojový hostiteľ nebude čakať na odpoveď z cieľového konca a bezodkladne prenesie údaje a počká na ACK.

V scenári v reálnom čase sa používa UDP, pretože sa volí vypúšťanie dátových paketov pred čakaním na opakovaný prenos paketov. Najčastejšie sa teda používa v hrách, sledovaní videa online, chatovaní atď., Kde potvrdenie údajov nie je dôležité. V týchto scenároch prebieha kontrola a oprava chýb na aplikačnej vrstve.

Hlavička UDP:

• Zdrojový port: Klasifikuje informácie o koncovom pakete zdroja, ktoré majú veľkosť 16 bitov.
• Cieľový prístav : Má tiež 16 bitov a používa sa na klasifikáciu typu dátovej služby v cieľovom uzle.
• Dĺžka : Udáva celkovú veľkosť datagramu UDP. Maximálna veľkosť poľa dĺžky môže byť celková veľkosť samotnej hlavičky UDP.
• Kontrolný súčet : Uloží hodnotu kontrolného súčtu vyhodnotenú koncom zdroja pred prenosom. Ak nemá žiadnu hodnotu, všetky jeho bity sú vynulované.

Aplikácie UDP :

• Poskytuje datagram, takže je vhodný pre tunelové prepojenie IP a sieťový súborový systém.
• Jednoduché použitie, preto sa používa v protokole DHCP a triviálnom prenose súborov.
• Vďaka tomu, že ste bez štátnej príslušnosti, je to efektívne na streamovanie mediálnych aplikácií, ako je IPTV.
• Vhodný aj pre programy hlasu cez IP a streamovania v reálnom čase.
• Podporuje multicast, takže je vhodný pre vysielacie služby, ako je Bluetooth a smerovací informačný protokol.

Aplikačná vrstva

(i) Toto je najvyššia vrstva modelu TCP / IP.

(ii) Vykonáva všetky úlohy reláčnej vrstvy, prezentačnej vrstvy a aplikačnej vrstvy modelu TCP / IP.

(iii) Kombinuje funkcie prepojenia s rôznymi aplikáciami, kódovanie údajov, preklad dát a prístup k zabezpečeniu prístupu používateľov na komunikáciu s rôznymi sieťovými systémami.

Najbežnejšie protokoly aplikačnej vrstvy sú definované nižšie:

# 1) TELNET: Znamená to terminálny emulačný protokol. Spravidla sa praktizuje prístup k aplikáciám na vzdialenom konci. Server telnet, ktorý funguje ako hostiteľ, iniciuje aplikáciu servera telnet na nadviazanie spojenia so vzdialeným koncovým hostiteľom známym ako klient telnet.

Po nadviazaní spojenia sa zobrazí v OS servera telnet. Ľudia na konci servera používajú svoju klávesnicu a myš na obsluhu a prístup k hostiteľovi na vzdialenom konci prostredníctvom siete TELNET.

# 2) HTTP: Je skratkou pre hypertextový prenosový protokol. Je základom World Wide Web (WWW). Tento protokol sa používa na výmenu hypertextu medzi rôznymi systémami. Je to typ protokolu požiadavka-odpoveď.

Napríklad, Webový prehliadač, ako je internetový prehliadač alebo Mozilla, slúži ako webový klient a aplikácia vysielaná v počítači hostiacom web bude fungovať ako webový server.

Server, ktorý poskytuje prostriedky, ako sú súbory HTML a ďalšie funkcie požadované klientom, vráti klientovi správu s odpoveďou, ktorá obsahuje obsah údajov o stave dokončenia a požadovaných údajov v riadku správy.

Prostriedky HTTP sú rozpoznané a umiestnené v sieti jednotnými lokátormi zdrojov (URL) nasadením metód HTTP a https (URI).

# 3) FTP: Znamená to protokol na prenos súborov. Používa sa na zdieľanie alebo prenos súborov medzi dvoma hostiteľmi. Hostiteľ, ktorý spúšťa aplikáciu FTP, sa chová ako server FTP, zatiaľ čo druhý sa chová ako klient FTP.

Hostiteľ klienta, ktorý požaduje zdieľanie súborov, vyžaduje na prístup k údajom autentifikáciu zo servera. Po autorizácii môže zo servera pristupovať k akýmkoľvek typom súborov, odosielať alebo prijímať súbory.

# 4) SMTP: Jednoduchý protokol na prepravu pošty je cvičenie na odosielanie e-mailov. Keď konfigurujeme hostiteľa na odosielanie e-mailov, používame SMTP.

# 5) DNS: Každé z hostiteľských zariadení v ľubovoľnej sieti má jedinečnú logickú adresu, ktorá sa nazýva adresa IP. Ako už bolo spomenuté, adresy IP sú skupinou toľkých čísel a nie je ľahké si ich zapamätať. Keď zadáme ľubovoľnú webovú adresu do webového prehliadača, ako je napríklad Google.com, skutočne požadujeme, aby hostiteľ mal adresu IP.

Nemusíme si však pamätať adresu IP webovej stránky, ktorú požadujeme, pretože server DNS (server názvov domén) namapuje názov na každú logickú adresu IP a uloží ho.

C ++ algoritmus zlučovania

Keď teda napíšeme prehľadávač pre ľubovoľnú webovú stránku, odošle dopyt DNS na jeho server DNS, aby namapovala adresu IP na meno. Po získaní adresy sa vytvorí relácia HTTP s adresou IP.

# 6) DHCP: Každé z hostiteľských zariadení v ľubovoľnej sieti vyžaduje pre komunikáciu s ostatnými zariadeniami v sieti adresu IP. Získava túto adresu manuálnou konfiguráciou alebo pomocou protokolu dynamickej konfigurácie hostiteľa (DHCP). Ak používate DHCP, bude hostiteľovi automaticky priradená adresa IP.

Predpokladajme, že sieť obsahuje 10 000 hostiteľských zariadení. Potom je manuálne pridelenie adresy IP každému hostiteľovi veľmi ťažké a trvá to tiež dlho, preto používame protokol DHCP na pridelenie adresy IP a ďalších informácií pripojeným hostiteľským zariadeniam, ako je napríklad maska ​​podsiete IP alebo adresa brány.

Programy na testovanie softvéru budú pracovať na tejto vrstve modelu TCP / IP, pretože umožňuje koncovým používateľom testovať rôzne služby a tieto služby využívať.

Záver

Videli sme rôzne protokoly, ktoré sa používajú v každej vrstve modelu TCP / IP na vykonávanie úloh spojených s vrstvou a ich výhod v komunikačnom systéme.

Všetky vyššie definované protokoly majú svoj vlastný význam a rôzne úlohy pri testovaní a aplikácii softvérových nástrojov.

Výukový program PREV | NEXT Tutorial

Odporúčané čítanie

• Všetko o prepínačoch vrstvy 2 a vrstvy 3 v sieťovom systéme
• Kompletný sprievodca bránou firewall: Ako vytvoriť bezpečný sieťový systém
• Všetko o smerovačoch: typy smerovačov, smerovacia tabuľka a smerovanie IP
• Čo je Wide Area Network (WAN): Príklady živej siete WAN
• Čo sú protokoly HTTP (Hypertext Transfer Protocol) a DHCP?
• Dôležité protokoly aplikačnej vrstvy: protokoly DNS, FTP, SMTP a MIME
• IPv4 vs IPv6: Aký je presný rozdiel
• Aká je moja IP adresa a umiestnenie (tu skontrolujte svoju skutočnú IP)