Модель TCP/IP

Ежедневно по всему миру в сети интернет передаётся невероятное количество контента: миллиарды изображений, видео, текстовых сообщений и пр. Контент преодолевает тысячи километров за секунды, но почему это вообще возможно? За это стоит поблагодарить протоколы TCP и IP. Подробнее о том, что это такое и как работает, рассказали в статье ниже. 

TCP/IP – что это

TCP/IP — это набор сетевых протоколов, который используется для передачи данных в интернете и других компьютерных сетях. Название расшифровывается как Transmission Control Protocol/Internet Protocol (Протокол управления передачей/Интернет-протокол). Этот стек протоколов лежит в основе взаимодействия устройств в глобальной сети.

Transmission Control Protocol (TCP) — это транспортный протокол из стека TCP/IP, отвечающий за надёжную передачу данных между устройствами в сети. TCP обеспечивает корректную доставку пакетов, гарантируя, что данные поступят к получателю в полном объёме, в правильной последовательности и без ошибок.

Internet Protocol (IP) — это сетевой протокол из стека TCP/IP, отвечающий за доставку данных между устройствами в сети. Основная задача IP — обеспечение маршрутизации и адресации данных, чтобы информация могла быть передана от отправителя к получателю через сеть, включая интернет.

Оба протокола играют важную роль и работают совместно, тем самым обеспечивают корректную передачу данных: IP выступает в роли навигатора, который строит маршрут передачи, а TCP контролирует корректность передаваемых данных. Разумеется, в модели есть и другие протоколы, например HTTP, UDP и др.

История

Сетевая модель TCP/IP была изобретена достаточно давно по меркам современных технологий, ещё в 70-х годах прошлого века. Так, в 1973 году два американских учёных, Винтон Серф и Роберт Кан, предложили протокол для унифицированного обмена данными между системами. В 1974 году Серф и Кан опубликовали описание протокола Transmission Control Protocol (TCP), который сначала включал функции и транспортного, и сетевого уровней.

К концу 70-х, в 1978 году, TPC был разделён на одноимённый протокол и IP, Internet Protocol. Первое внедрение данных протоколов начались уж в следующем году, а стандарт принят в 80-х.

Всемирная паутина, то есть WWW, была создана также на базе TCP/IP. То есть можно сказать, что протокол TCP/IP был создан даже раньше привычного нам интернета.

Разумеется, за такой большой период времени протоколы были изменены, оптимизированы и адаптированы под современную реальность и технологии, однако принцип работы, заложенный ещё в 70-х, сохранился и работает до сих пор.

Как работает сетевая модель TCP/IP

Сетевая модель TCP/IP — основа взаимодействия устройств в интернете и локальных сетях. Она определяет стандарты передачи данных, обеспечивая надежное и масштабируемое соединение между компьютерами. Эта модель, разработанная в 1970-х годах, остаётся ключевым элементом сетевых технологий благодаря своей гибкости и универсальности.

Структура модели TCP/IP состоит из 4-х уровней, каждый из которых играет важную роль и выполняет свою функцию. Вместе все 4 уровня помогают достигать одну из главных задач интернета — быструю и корректную передачу данных. Ниже посмотрим, за что отвечает каждый уровень.

Уровни TCP/IP

Модель TCP/IP состоит из четырёх уровней:

• Транспортный уровень — передаёт данные по маршруту, который строится на межсетевом уровне. Самые распространённые протоколы на данном уровне — это TCP и UDP:
• TCP (Transmission Control Protocol) — гарантирует доставку данных в нужном порядке.
• UDP (User Datagram Protocol) быстрый, но менее надёжный (подходит, например, для стриминга или другого видеоконтента).
• Межсетевой уровень — определяет маршрут передачи данных между устройствами, находя их по IP-адресам. Основной протокол — IP (Internet Protocol), который отвечает за адресацию. То есть, сначала производится определение местонахождения получателя, затем строится самый короткий маршрут, после чего передаваемый файл разбирается на небольшие части и проводится отправка.
• Канальный уровень — отвечает за физическую передачу данных по сети (например, через кабели Ethernet, Wi-Fi и т. д.). При передаче данные разделяется на фреймы и передаются от устройства к устройству. Один фрейм состоит из части передаваемой информации и служебных данных.
• Прикладной уровень — обеспечивает взаимодействие приложений между собой при помощи интерфейсов или API. Для настройки связи в основном используются такие протоколы, как HTTP, FTP, SMTP.

Сетевое программирование

Сетевое программирование, или программирование сетевых задач, включает в себя написание компьютерных программ, которые взаимодействуют с другими программами через компьютерную сеть. Оно охватывает создание клиент-серверных приложений, протоколов передачи данных и сетевых сервисов. Сетевое программирование играет ключевую роль в разработке веб-приложений, мессенджеров, онлайн-игр и многих других современных технологий.

Основами сетевого программирования служат модель TCP/IP, UDP, HTTP/HTTPS.

Данные отправляются через сеть при помощи сокетов, программных интерфейсов, которые можно разделить на две категории:

• TCP-сокеты — для надежной передачи данных.
• UDP-сокеты — для быстрой, но менее надежной передачи.

Сетевое программирование применяется в:

• Веб-разработке.
• Создании мессенджеров.
• Онлайн-игр.
• Систем мониторинга и управления.

Примеры кода

Рассмотрим примеры кода для сервера и клиента:

import socket
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(('localhost', 8080))
server_socket.listen(5)
print("Сервер запущен. Ожидание подключения...")
while True:
client_socket, addr = server_socket.accept()
print(f"Подключение от {addr}")
client_socket.send(b"Добро пожаловать!")
client_socket.close()

import socket
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect(('localhost', 8080))
response = client_socket.recv(1024)
print(response.decode('utf-8'))
client_socket.close()

FAQ

Что такое TCP/IP простыми словами?

Модель TCP/IP — это сетевая модель, которая описывает, каким образом передаются данные в интернете. 

Какова структура TCP/IP?

Модель TCP/IP имеет свою структуру из 4-х уровней: канального, межсетевого, транспортного и прикладного.

Вывод

• Модель TCP/IP — это набор сетевых протоколов, который используется для передачи данных в интернете и других компьютерных сетях.
• Модель TCP/IP состоит из 4-х уровней: транспортного, межсетевого, канального и прикладного.
• Несмотря на то, что данная сетевая модель была придумана еще в 70-х годах прошлого века, она остаётся актуальной по сей день.