Zestaw protokołów komunikacyjnych, znany jako TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), stanowi fundament współczesnej sieci internetowej, umożliwiając komputerom na całym świecie wzajemne łączenie się i wymianę danych.
W sieci można znaleźć mnóstwo materiałów, które pomagają zrozumieć działanie TCP/IP. Pojawia się więc pytanie, co nowego można jeszcze dodać?
Celem tego artykułu jest dostarczenie esencjonalnej wiedzy, która pozwoli Ci na głębsze zgłębienie tematu, jeśli w przyszłości zdecydujesz się na dalsze badania.
Model TCP/IP: Historia powstania
Model TCP/IP to nieodłączny element studiów z zakresu informatyki i sieci komputerowych. Jeśli kiedykolwiek miałeś z nim styczność, prawdopodobnie wiesz, że jest to fundament wiedzy o sieciach.
Nie zamierzamy tutaj pisać kolejnego podręcznika akademickiego. Chcemy natomiast przedstawić krótką historię TCP/IP, która będzie zrozumiała dla każdego, nawet dla osób bez zaawansowanej wiedzy technicznej.
W telegraficznym skrócie:
W latach siedemdziesiątych Vint Cerf i Bob Kahn opracowali model TCP/IP. Jego celem było usprawnienie komunikacji między komputerami w sieci.
Wcześniej wykorzystywano protokoły takie jak Network Control Protocol i 1822 Protocol.
W tym samym czasie inni inżynierowie i organizacje również pracowali nad stworzeniem protokołu komunikacyjnego, który umożliwiłby łatwe łączenie komputerów na całym świecie.
Jednym z takich modeli był model OSI (Open Systems Interconnection). Chociaż przyczynił się on do lepszego zrozumienia procesu sieciowego, nie nadawał się do praktycznego zastosowania.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, mamy dla Ciebie przydatne informacje o warstwach modelu OSI.
Ostatecznie to model TCP/IP stał się standardem komunikacji, a model OSI zaczął służyć jako teoretyczne odniesienie w dziedzinie sieci komputerowych.
Bez TCP/IP szybki i niezawodny dostęp do stron internetowych, takich jak ta, nie byłby możliwy. To dość przerażająca perspektywa, prawda?
Teraz, gdy już znasz historię, czas na kilka technicznych detali.
Różnica między protokołem kontroli transmisji (TCP) a protokołem internetowym (IP)
Aby w pełni zrozumieć model TCP/IP, należy rozróżnić te dwa kluczowe terminy. Są to dwa odrębne protokoły sieciowe.
Protokół internetowy (IP) określa zasady, według których pakiety danych są przesyłane do właściwego odbiorcy. Każde urządzenie podłączone do sieci ma swój adres IP, który jest niezbędny do przekazania danych we właściwe miejsce.
Adresy IP działają podobnie do numerów telefonów komórkowych. Zachęcamy Cię do zapoznania się z naszym przewodnikiem po adresach IP, aby poszerzyć swoją wiedzę.
Protokół IP sam w sobie nie gwarantuje, że pakiety dotrą do celu w nienaruszonym stanie i we właściwej kolejności. Dlatego też do akcji wkracza protokół TCP, który zapewnia, że pakiety są dostarczane we właściwej kolejności i weryfikuje, czy dotarły do odbiorcy zgodnie z zamierzeniami.
Podsumowując, TCP jest odpowiedzialny za niezawodną transmisję i odbiór danych.
Cechy modelu TCP/IP
Model TCP/IP zyskał przewagę nad innymi protokołami ze względu na swoją wszechstronność i zdolność do szybkiej adaptacji w różnych systemach i sieciach.
Oto niektóre z jego najważniejszych zalet:
- Łatwość połączenia z różnymi typami komputerów.
- Możliwość zmiany kolejności pakietów danych w celu zapewnienia poprawnego dostarczenia, nawet w przypadku przeciążenia sieci.
- Obsługa sprawdzania błędów, co zapewnia niezawodność.
- Elastyczna implementacja architektury, która sprawia, że jest odpowiednia dla sieci o różnej wielkości.
- Duża skalowalność dzięki architekturze klient-serwer.
- Obsługa różnorodnych protokołów, co czyni go uniwersalnym rozwiązaniem.
- Łatwość komunikacji między różnymi platformami.
- Niezależne działanie.
TCP/IP: Cztery warstwy
W przeciwieństwie do modelu OSI, model TCP/IP składa się z czterech warstw:
- Dostęp do sieci
- Internet
- Transport
- Aplikacja
Ważne: Przepływ danych przez te warstwy może odbywać się w obu kierunkach, w zależności od tego, czy dane są wysyłane, czy odbierane. Aby w pełni zrozumieć ten proces, musisz poznać funkcje każdej z warstw.
#1. Dostęp do sieci (warstwa 1)
Najniższa warstwa, odpowiedzialna za fizyczne połączenie i transfer danych między komputerami. Innymi słowy, definiuje sposób fizycznego przesyłania danych.
Do tej warstwy zalicza się m.in. medium transmisyjne (światłowód, sieć bezprzewodowa itp.), strukturę pakietów i mapowanie adresów IP na adresy fizyczne używane w sieci.
Ogólnie rzecz biorąc, obejmuje całą infrastrukturę techniczną sieci, w tym sterowniki urządzeń i kable.
RFC 826 (Address Resolution Protocol) to przykład protokołu działającego w tej warstwie, który mapuje adresy IP na adresy Ethernet.
Warstwa dostępu do sieci jest ukryta przed użytkownikami i stanowi fundament całego modelu.
#2. Internet (warstwa 2)
Warstwa internetowa jest odpowiedzialna za przesyłanie danych, zapewniając szybkość i dokładność komunikacji.
Dane są pakowane w datagramy IP, które zawierają adres źródłowy i docelowy. Warstwa ta jest odpowiedzialna za przekazywanie danych, określanie ścieżki i obsługę adresowania logicznego.
Zarządza adresami zarówno na końcu nadawania, jak i odbioru.
Gwarantuje, że pakiety danych dotrą do miejsca przeznaczenia poprawnie i we właściwej kolejności, poprzez włączenie adresu źródłowego i docelowego do datagramu IP.
#3. Transport (warstwa 3)
Warstwa transportowa działa jak kurier, który dostarcza przesyłki. Jest ona również powiązana z zaporą sieciową.
Często nazywana warstwą host-to-host, odpowiada za zapewnienie integralności danych i umożliwia dwukierunkową komunikację.
Dzieli pakiety danych na segmenty, zapewniając ich dotarcie do miejsca przeznaczenia. Gwarantuje również, że warstwa aplikacji otrzyma całą wiadomość poprzez system potwierdzeń.
Przekazując wiadomość do warstwy aplikacji, skupia się na ilości przesyłanych danych, ich kolejności i miejscu docelowym. Odbierając wiadomość z warstwy aplikacji, pomaga w desegmentacji i sprawdzaniu błędów.
W tej warstwie działają protokoły takie jak TCP i UDP, zapewniając niezawodne połączenie.
#4. Aplikacja (warstwa 4)
Warstwa najwyższego poziomu odpowiada za interakcję aplikacji z użytkownikiem. Używamy aplikacji do wymiany danych, np. wiadomości, przeglądarki internetowe, klienci poczty e-mail itp.
Znajduje się tu interfejs użytkownika oraz usługi aplikacji. W tej warstwie zachodzą procesy takie jak szyfrowanie, deszyfrowanie, kompresja i dekompresja. Dodatkowo, warstwa ta formatuje komunikaty w taki sposób, aby warstwa transportowa mogła je poprawnie przesłać, a aplikacja odbierająca poprawnie zinterpretować.
Protokoły takie jak DNS, HTTP, FTP i SMTP współpracują z tą warstwą, umożliwiając pomyślne rozpoczęcie procesu wysyłania i odbierania danych w sieci.
Jak działa TCP/IP?
TCP/IP umożliwia niezawodne przesyłanie danych między komputerami.
Protokół TCP/IP dzieli dane na mniejsze pakiety, a następnie reorganizuje je w taki sposób, aby po stronie odbiorcy tworzyły spójną całość.
Pakiety danych można porównać do puzzli. Dopiero gdy wszystkie elementy zostaną połączone, powstaje pełny obraz.
Dzielenie wiadomości na pakiety jest niezbędne dla zapewnienia niezawodności i dokładności transmisji. Każdy pakiet może przemieszczać się po innej ścieżce, aby zapewnić dotarcie do celu.
W przeciwnym razie, gdyby wiadomość została przesłana w całości, w przypadku niepowodzenia transmisji musiałaby zostać wysłana ponownie w całości.
Model czterowarstwowy pomaga lepiej zrozumieć ten proces.
Gdy dane są wysyłane z komputera, przechodzą przez wszystkie cztery warstwy w określonej kolejności, gdzie są dzielone na mniejsze części i wysyłane dalej (Warstwa 1 → Warstwa 4).
Na komputerze odbiorcy dane są ponownie składane, przechodząc przez te same cztery warstwy, ale w odwrotnej kolejności (Warstwa 4 → Warstwa 1).
Inne popularne protokoły internetowe
TCP/IP obejmuje najważniejsze protokoły, które umożliwiają korzystanie z Internetu.
Do standardowych protokołów internetowych zalicza się m.in. HTTP, HTTPS, FTP, POP3 i SMTP.
- HTTP (Hypertext Transfer Protocol) łączy użytkownika z serwerem internetowym (za pośrednictwem przeglądarki), umożliwiając interakcję i pobieranie informacji.
- HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure) zapewnia szyfrowane połączenie z serwerem internetowym, chroniąc transmisję danych przed przechwyceniem.
- FTP (File Transfer Protocol) umożliwia przesyłanie plików między serwerami lub z serwera na komputer.
- POP3 (Post Office Protocol 3) pozwala klientowi poczty e-mail na pobieranie wiadomości z serwera, a następnie przeglądanie ich w trybie offline.
- SMPT (Simple Mail Transfer Protocol) jest podobny do POP, lecz służy do wysyłania i odbierania wiadomości e-mail.
TCP/IP jest standardem, ale nie zawsze idealnym
Zalety tego modelu zdecydowanie przeważają nad wadami. Warto jednak wiedzieć, że konfiguracja TCP/IP może być skomplikowana, nie sprawdza się w mniejszych sieciach, a wymiana protokołów nie jest łatwa.
Opisanie warstw w najlepszy możliwy sposób może nie być wystarczające. Model OSI jest nadal preferowany, gdy chcemy dokładnie zrozumieć działanie sieci.
Niemniej jednak, model TCP/IP zapewnia fundament dla większości naszych potrzeb związanych z przesyłaniem i odbieraniem informacji w sieci.