Model TCP / IP s různými vrstvami

tcp ip model with different layers

Kompletní průvodce vrstvami modelu TCP / IP:

Dozvěděli jsme se vše o Zabezpečení firewallem v našem předchozím tutoriálu. Zde se v tomto výukovém programu seznámíme s modelem TCP / IP.

Model TCP / IP odkazuje na protokol řízení přenosu a internetový protokol.

Aktuální model internetu používá tento model sítě pro komunikační účely. Přečtěte si Výukové návody týkající se práce v síti pro jasné pochopení pojmu.

nejlepší bezplatný firewall pro Windows 10

Tyto protokoly jsou jednoduše kombinací pravidel, která regulují každou komunikaci po síti. Ty zase rozhodují o cestě, kterou je třeba sledovat při komunikaci mezi zdrojem a cílem nebo internetem.

Model TCP / IP se skládá ze čtyř vrstev, které uzavírají celkový proces komunikace. V tomto tutoriálu se podrobně podíváme na funkčnost každé vrstvy.

Jako softwarový tester je nutné se vcítit do modelu TCP / IP, protože softwarové aplikace fungují v horní vrstvě, tj. Aplikační vrstvě tohoto modelu.

Co se naučíte:

• Síťová architektura
• Funkce každé vrstvy v modelu TCP / IP
  • Vrstva síťového přístupu
  • Internetová vrstva
    • internetový protokol
    • Záhlaví IPV4
  • Transportní vrstva
    • TCP
    • Uživatelský datagramový protokol (UDP):
  • Aplikační vrstva
  • Závěr
  • Doporučené čtení

Síťová architektura

Čtyřvrstvá architektura je následující:

Protokoly a sítě použité v tomto modelu sítě jsou zobrazeny na následujícím obrázku:

Shrňme protokoly a hlavní použití každé vrstvy v modelu TCP / IP pomocí níže uvedeného diagramu.

Funkce každé vrstvy v modelu TCP / IP

Níže jsou uvedeny různé funkce každé vrstvy v modelu TCP / IP.

Vrstva síťového přístupu

Níže jsou uvedeny funkce vrstvy přístupu k síti:

• Toto je spodní vrstva modelu TCP / IP a zahrnuje všechny funkce fyzické vrstvy a vrstvy datového spoje referenčního modelu OSI.
• Charakterizuje tedy protokoly, hardware a média, která mají být použita pro komunikaci.
• Datové pakety z internetové vrstvy se předávají do této vrstvy pro odeslání do cíle přes fyzické médium.
• Hlavním úkolem této vrstvy je spojit datové bajty do rámců a poskytnout nějaký mechanismus pro přenos datového rámce IP přes fyzické médium.
• Point-to-point (PPP) je protokol, který se používá k vytvoření propojení point-to-point nad pronajatými linkami. Je také nasazen k poskytování připojení mezi koncovým uživatelem a poskytovateli internetových služeb prostřednictvím modemů. Podporuje také zajišťování IP adres přes PPP odkazy.
• Většina koncových uživatelů dává přednost ethernetovému propojení, které funguje pouze na protokolu ethernetového datového spojení. Tím se vytvoří PPP přes Ethernet, který umožňuje odesílání zapouzdřených datových rámců uvnitř ethernetových rámců.
• PPPoE zpočátku vytváří tunel mezi síťovými zařízeními koncových uživatelů, jako je router a router ISP. Poté směrovač odesílá rámce PPP přes tento tunel, protože tunel funguje jako propojení typu point-to-point mezi směrovači. Díky této technologii jsou nyní data přenášena také přes sítě WAN.
• PPP také používá proces ověřování ke kontrole odpovědnosti za použití dat u ISP. Mezi metody patří protokol pro ověřování pomocí hesla (PAP) a protokol pro ověřování typu handshake kanálu (CHAP).

Internetová vrstva

• Druhá vrstva zespodu je internetová vrstva.
• Jakmile jsou data segmentována pomocí TCP nebo UDP přidáním odpovídajících záhlaví do datového paketu, odešlou je do spodní vrstvy pro další komunikaci.
• Cílový hostitel, ke kterému je datový paket určen, může být umístěn v jiné síti, jejíž cestu lze dosáhnout procházením různými směrovači. Povinností internetové vrstvy je přiřadit logické adresy a účinně směrovat datové pakety do cílové sítě.
• Internetová vrstva (IP) je nejoblíbenější protokol, který se používá k provedení tohoto úkolu.

internetový protokol

Účelem tohoto protokolu je směrovat datové pakety do cíle podle informací v záhlaví paketu pomocí sady protokolů.

Přidáním záhlaví, které má IP adresu zdroje a cíle, se segment přijatý z TCP nebo UDP převede na PDU známý jako paket. Když paket dorazí k routeru, podívá se na cílovou adresu v záhlaví a pak paket přeposílá podle toho dalšímu routeru, aby se dostal do cíle.

Rozumíme tomu na příkladu:

Na níže uvedeném obrázku, když hostitel A chce komunikovat s hostitelem B, nebude používat žádný směrovací protokol, protože oba jsou ve stejném rozsahu sítě s IP adresami stejné sady.

Pokud však chce hostitel A odeslat paket hostiteli C, pak pomocí protokolu zjistí, že cílový hostitel je z jiné sítě. Výše uvedený formát tedy vyhledá směrovací tabulku a zjistí další adresu směrování pro dosažení cíle.

V tomto případě se hostitel A dostane k hostiteli C přes směrovače A, B a C. Protože je směrovač C přímo připojen k cílové síti pomocí přepínače, paket je doručen hostiteli C.

Směrovač získává všechny informace o směrování z polí záhlaví IP. Síťová vrstva TCP / IP (vrstva datového spoje) bude odpovědná za doručování datových paketů mezi koncovými body.

Tok paketů v internetovém protokolu

Záhlaví IPV4

• Verze: IPV4 má verzi číslo 4.
• Délka záhlaví: Zobrazuje velikost záhlaví.
• Pole DS: Pole DS znamená pole diferencovaných služeb a je nasazeno pro konstrukci paketů.
• Celková délka: Označuje velikost záhlaví plus velikost datového paketu.
• Identifikace: Toto pole se používá pro fragmentaci datových paketů a pro alokaci každého pole, a tím pomáhá konstruovat původní datový paket.
• Vlajky: Používá se k označení postupu fragmentace.
• Posun fragmentu: Označuje číslo fragmentu a zdrojového hostitele, který je používá k přeskupení fragmentovaných dat ve správném pořadí.
• Čas odejít: Toto je nastaveno na konci zdrojového hostitele.
• Protokol: Označuje protokol, který používá k přenosu dat. TCP má číslo protokolu 6 a UDP má číslo protokolu 17.
• Kontrolní součet záhlaví: Toto pole se používá pro detekci chyb.
• Zdrojová IP adresa: Uloží adresu IP koncového hostitele zdroje.
• Cílová adresa IP: Uloží adresu IP cílového hostitele.

Budeme o tom diskutovat podrobně v našich připravovaných tutoriálech.

Transportní vrstva

• Toto je třetí vrstva zespodu, která je zodpovědná za celkový přenos dat a je užitečná při navazování logické konektivity mezi zdrojovým a cílovým hostitelem a zařízeními v síti.
• K provedení těchto úkolů se používají dva protokoly:
  • První je Transmission control protocol (TCP), což je spolehlivý protokol založený na připojení.
  • Druhým je User Datagram Protocol (UDP), což je protokol bez připojení.
• Před podrobným prozkoumáním těchto dvou protokolů probereme koncept PORT NUMBER, který oba tyto protokoly používají.

Číslo portu:

V síti může hostitelské zařízení odesílat nebo přijímat provoz z několika zdrojů najednou.

V takové situaci systém nerozpozná, ke které z aplikací data patří. Protokoly TCP a UDP tyto problémy řeší vložením čísla portu do jejich záhlaví. Známé protokoly aplikační vrstvy jsou alokovány s číslem portu v rozsahu 1 až 1024.

Na konci zdroje je každé relaci TCP nebo UDP přiděleno náhodné číslo portu. IP adresa, číslo portu a typ protokolu použitého v kombinaci reformují soket na zdrojovém i cílovém konci. Protože každý soket je exkluzivní, několik hostitelů může odesílat nebo přijímat provoz ve stejném časovém intervalu.

V následující tabulce je uvedeno číslo portu, který je přiřazen několika protokolům aplikační vrstvy odpovídající protokolu transportní vrstvy.

Více relací pomocí čísla portu

TCP

• Kdykoli aplikační vrstva potřebuje cirkulovat tok obrovského provozu nebo dat, odešle ji do transportní vrstvy, ve které TCP provádí veškerou komunikaci typu end-to-end mezi sítěmi.
• TCP zpočátku nastavuje třícestný proces handshake mezi zdrojem a cílem a poté rozděluje data na malé bloky známé jako segmenty a zahrnuje záhlaví do každého segmentu a poté jej předává internetové vrstvě.

Níže uvedený obrázek ukazuje formát záhlaví TCP.

• Třístranné podání ruky: Jedná se o proces nasazený TCP k navázání spojení mezi zdrojovým a cílovým hostitelem v síti. Používá se k provádění spolehlivého přenosu dat. Při provádění úlohy nasazuje příznaky SYN a ACK kódovacích bitů hlavičky TCP. Poskytuje spolehlivou komunikaci prováděním pozitivního potvrzení s opětovným přenosem a je také známý jako PAR. Systém využívající PAR bude znovu vysílat datový segment, dokud neobdrží ACK. Kdykoli přijímač odhodí data, musí odesílatel znovu odeslat data, dokud od přijímače neobdrží pozitivní ACK.

Existují 3 kroky třícestného podání ruky, které jsou následující:

1. Krok 1: Zdrojový hostitel A chce navázat spojení s cílovým hostitelem B, vysílá segment se SYN a pořadovým číslem, které označuje, že hostitel A chce zahájit relaci komunikace s hostitelem B a s jakým pořadovým číslem je definován v tomto segmentu.
2. Krok 2: Hostitel B odpovídá na požadavek hostitele A s nastavením SYN a ACK v signálním bitu. ACK označuje odpověď přijatého segmentu a SYN označuje pořadové číslo.
3. Krok 3: Hostitel A potvrdí odpověď od hostitele B a oba mezi nimi vytvoří bezpečné spojení a poté zahájí přenos dat přes něj.

Jak je popsáno na následujícím obrázku, v procesu třícestného handshake nejprve zdrojový hostitel odešle záhlaví TCP cílovému hostiteli nastavením příznaku SYN. V odezvě získá zpět nastavený příznak SYN a potvrzení. Cílový hostitel procvičuje přijaté pořadové číslo plus 1 jako potvrzovací číslo.

TCP IP podporuje model klient-server komunikačního systému.

Proces třícestného podání ruky

• Segmentace dat :
  • Toto je jedna z funkcí protokolu TCP. Aplikační vrstva odesílá obrovské množství dat pro přenos do cíle do transportní vrstvy. Transportní vrstva ale omezuje velikost dat, která se mají odeslat najednou. To se děje rozdělením dat na malé segmenty.
  • K rozpoznání sekvence datových segmentů se v hlavičce TCP používá pořadové číslo, které popisuje číslo bajtu celého datového segmentu.
• Řízení toku:
  • Zdrojový hostitel odešle data ve shluku segmentů. Záhlaví TCP s bitem okna se používá ke zjištění počtu segmentů, které lze odeslat v jednom okamžiku. Používá se k vyloučení nevýznamného provozu na konci cíle.
  • Při zahájení relace je velikost okna malá, ale jak se časem zvyšuje provoz, může se velikost okna zvětšit. Cílový hostitel může upravit okno podle řízení toku. Oknu se tedy říká posuvné okno.
  • Zdroj může přenášet pouze počet segmentů, které jsou povoleny oknem. Aby bylo možné poslat více segmentů, nejprve počká na potvrzení od přijímajícího konce, jakmile obdrží ACK, a později může podle potřeby zvětšit velikost okna.
  • Na následujícím obrázku cílový hostitel zvyšuje velikost z 500 na 600 a poté na 800 po odeslání ACK zpět zdrojovému hostiteli.
• Spolehlivé doručení a zotavení po chybě :
  • Poté, co cíl obdrží poslední segment rozhodnutého okna, musí poslat ACK na konec zdroje. V hlavičce TCP je nastaven příznak ACK a číslo ACK je uvedeno jako předpokládané pořadové číslo následujícího bajtu. Pokud cíl nepřijme segmenty ve správném pořadí, nebude vysílat ACK zpět ke zdroji.
  • To vysvětluje zdroj, že několik segmentů je během přenosu ztraceno a bude znovu vysílat všechny segmenty.
  • Na níže uvedeném obrázku bylo ilustrováno, že když zdroj neobdržel ACK pro segment se SEQ číslem 200, pak znovu vysílá data a po přijetí ACK posílá další sekvenci datového segmentu v podle velikosti okna.
• Objednané doručení :
  • TCP zajišťuje postupné doručování dat do cíle. Poskytuje data v pořadí, v jakém je přijímá z aplikační vrstvy pro doručení cílovému hostiteli. Proto pro udržování objednaného doručení používá pořadové číslo během přenosu datových segmentů.
• Ukončení připojení :
  • Když je přenos dat mezi zdrojem a cílem dokončen, TCP uzavře relaci odesláním příznaků FIN a ACK a k uzavření použije čtyřcestný handshake.

Posuvné okno TCP a spolehlivé doručení

Uživatelský datagramový protokol (UDP):

Jedná se o nespolehlivý protokol pro přenos dat bez připojení. V tomto protokolu, na rozdíl od TCP, negeneruje žádný příznak ACK, proto zdrojový hostitel nebude čekat na odpověď z cílového konce a bez prodlení bude přenášet data a čekat na ACK.

Ve scénáři v reálném čase se používá UDP, protože je vybráno vynechání datových paketů před čekáním na pakety pro opětovný přenos. Nejčastěji se tedy používá při hraní her, sledování videa online, chatování atd., Kde potvrzení údajů není problém. V těchto scénářích probíhá kontrola a oprava chyb na aplikační vrstvě.

Záhlaví UDP:

• Zdrojový port: Klasifikuje informace o koncovém zdrojovém paketu o velikosti 16 bitů.
• Cílový port : Má také 16 bitů a používá se ke klasifikaci typu datové služby v cílovém uzlu.
• Délka : Udává celkovou velikost datagramu UDP. Maximální velikost pole délky může být celková velikost samotné hlavičky UDP.
• Kontrolní součet : Uloží hodnotu kontrolního součtu vyhodnocenou na konci zdroje před přenosem. Pokud nedrží žádnou hodnotu, jsou všechny jeho bity nastaveny na nulu.

Aplikace UDP :

• Poskytuje datagram, takže je vhodný pro tunelování IP a síťový souborový systém.
• Jednoduché použití, proto se používá v protokolu DHCP a triviálním přenosu souborů.
• Být bez státní příslušnosti je efektivní pro streamování mediálních aplikací, jako je IPTV.
• Vhodný také pro programy hlasu přes IP a streamování v reálném čase.
• Podporuje vícesměrové vysílání, takže je vhodné pro vysílací služby, jako je Bluetooth a směrovací informační protokol.

Aplikační vrstva

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

(ii) Provádí všechny úkoly relační vrstvy, prezentační vrstvy a aplikační vrstvy modelu TCP / IP.

(iii) Kombinuje funkce rozhraní s různými aplikacemi, kódování dat, překlad dat a přístup k opatřením pro komunikaci uživatelů s různými síťovými systémy.

Níže jsou definovány nejběžnější protokoly aplikační vrstvy:

# 1) TELNET: Je zkratkou pro emulační protokol terminálu. Obecně se praktikuje přístup ke vzdáleným koncovým aplikacím. Server telnet, který funguje jako hostitel, iniciuje aplikaci serveru telnet k navázání spojení se vzdáleným koncovým hostitelem známým jako klient telnet.

Po navázání připojení se zobrazí OS telnet serveru. Lidé na konci serveru používají svou klávesnici a myš k ovládání a přístupu ke vzdálenému hostiteli prostřednictvím TELNETU.

# 2) HTTP: Znamená to hypertextový přenosový protokol. Je základem World Wide Web (WWW). Tento protokol se používá k výměně hypertextu mezi různými systémy. Jedná se o typ protokolu požadavku a odpovědi.

Například, Webový prohlížeč, jako je internetový prohlížeč nebo Mozilla, funguje jako webový klient a aplikace streamovaná v počítači, který hostuje web, bude fungovat jako webový server.

Server, který poskytuje prostředky, jako jsou soubory HTML a další funkce vyžadované klientem, tedy vrací zprávu s odezvou klientovi, který má obsah dat stavu dokončení a požadovaných dat v řádku zprávy.

Prostředky HTTP jsou rozpoznávány a umístěny v síti pomocí jednotných vyhledávačů zdrojů (URL) nasazujících metody identifikátorů jednotných zdrojů (URI) HTTP a https.

# 3) FTP: Znamená to protokol pro přenos souborů. Používá se ke sdílení nebo přenosu souborů mezi dvěma hostiteli. Hostitel, který spouští aplikaci FTP, se chová jako server FTP, zatímco druhý se chová jako klient FTP.

Hostitel klienta požadující sdílení souborů vyžaduje pro přístup k datům ověření ze serveru. Po autorizaci může ze serveru přistupovat k jakémukoli typu souborů, odesílat nebo přijímat soubory.

# 4) SMTP: Jednoduchý protokol přenosu pošty je cvičení k odesílání e-mailů. Když konfigurujeme hostitele pro odesílání e-mailů, používáme SMTP.

# 5) DNS: Každé z hostitelských zařízení v jakékoli síti má jedinečnou logickou adresu, která se nazývá adresa IP. Jak již bylo řečeno, adresy IP jsou skupinou tolika čísel a není snadné si je zapamatovat. Když zadáme libovolnou webovou adresu do webového prohlížeče, jako je Google.com, ve skutečnosti požadujeme hostitele, který má IP adresu.

Ale nemusíme si pamatovat IP adresu webové stránky, kterou požadujeme, protože DNS (server názvů domén) namapuje název na každou logickou IP adresu a uloží ji.

co je prosazovat v C ++

Když tedy zadáme do prohlížeče libovolnou webovou stránku, odešle dotaz DNS na jeho server DNS, aby namapoval IP adresu na název. Jakmile získá adresu, vytvoří se relace HTTP s IP adresou.

# 6) DHCP: Každé z hostitelských zařízení v jakékoli síti vyžaduje pro komunikaci s ostatními zařízeními v síti IP adresu. Tuto adresu získá manuální konfigurací nebo pomocí protokolu dynamické konfigurace hostitele (DHCP). Pokud používáte DHCP, bude hostiteli automaticky přiřazena adresa IP.

Předpokládejme, že síť obsahuje 10 000 hostitelských zařízení. Ruční přidělení adresy IP každému hostiteli je pak velmi obtížné a také časově náročné, proto používáme protokol DHCP pro přidělování adresy IP a dalších informací připojeným hostitelským zařízením, jako je IP maska ​​podsítě nebo IP brány.

Programy pro testování softwaru budou pracovat na této vrstvě modelu TCP / IP, protože poskytuje koncovým uživatelům testování různých služeb a jejich používání.

Závěr

Viděli jsme různé protokoly, které se používají v každé vrstvě modelu TCP / IP k provádění úkolů spojených s vrstvou a jejich výhod v komunikačním systému.

Všechny výše definované protokoly mají svůj vlastní význam a různé role při testování a používání softwarových nástrojů.

Výukový program PREV | DALŠÍ výuka

Doporučené čtení

• Vše o přepínačích vrstvy 2 a vrstvy 3 v síťovém systému
• Kompletní průvodce bránou firewall: Jak vybudovat zabezpečený síťový systém
• Vše o směrovačích: Typy směrovačů, směrovací tabulka a směrování IP
• Co je Wide Area Network (WAN): Live WAN Network examples
• Co jsou protokoly HTTP (Hypertext Transfer Protocol) a DHCP?
• Důležité protokoly aplikační vrstvy: protokoly DNS, FTP, SMTP a MIME
• IPv4 vs IPv6: Jaký je přesný rozdíl
• Jaká je moje IP adresa a umístění (zde zkontrolujte svoji skutečnou IP)