Модель TCP/IP: передающая среда, канальный и сетевой уровень. Адресация, передача и маршрутизация пакетов.
TCP/IP — это сетевая модель передачи цифровых данных, описывающая способ передачи информации от источника к получателю:
Передающая среда (Физический уровень) — это среда, по которой передаются биты. Основные типы:
| Тип среды | Характеристики |
|---|---|
| Коаксиальный кабель (устарел) | «Толстый» 10Base-5 — до 500 м; «тонкий» 10Base-2 — до 50 м |
| Витая пара (UTP) | Кат.3: до 100 Мбит/с (100 м); Кат.5е: 100 Мбит/с (2 пары), 1 Гбит/с (4 пары); Кат.6: 10 Гбит/с (55 м); Кат.7а: 40 Гбит/с (50 м), 100 Гбит/с (15 м) |
| Оптоволокно | ST, SC, LC (лазер в SFP). Многомодовое (MMF) — ~500 м, одномодовое (SMF) — до 80 км |
| Беспроводные (Wireless) | Wi-Fi (802.11), WiMAX (802.16), 3G, 4G. Частоты 2.4, 5, 60 ГГц, скорость до 15 Гбит/с |
Физический уровень описывает электромеханические параметры: уровни напряжений, типы разъемов, спецификации кабелей.
Адресация — это присвоение каждому устройству в сети уникального идентификатора, по которому его можно найти. Два типа: MAC-адрес, IP-адрес
Передача — это процесс отправки данных от источника к получателю. Данные проходят через уровни модели TCP/IP, на каждом уровне добавляется свой заголовок (инкапсуляция). На приёмной стороне происходит обратный процесс — деинкапсуляция.
Канальный уровень
Главная задача — передавать данные внутри одной локальной сети (LAN). Он работает с MAC-адресами — это уникальные номера, которые находятся в сетевой карте каждого устройства на заводе.
Задачи:
- Управляет доступом к физической среде (кабелю или радиоканалу) — чтобы устройства не «мешали» друг другу при передаче.
- Использует MAC-адреса для определения, кому именно отправить данные.
- Проверяет, не испортились ли данные при передаче.
- Разбивает поток данных на кадры и собирает их обратно, буферизует при необходимости.
- Учитывает топологию сети.
- Регулирует скорость потока, чтобы приёмник успевал обрабатывать данные.
Как выглядит кадр Ethernet (основные поля):
| Поле | Размер | Для чего нужно |
|---|---|---|
| Преамбула | 7 байт | Сигнал для синхронизации приёмника |
| SFD | 1 байт | Отмечает точное начало кадра, ( конец преамбулы/ начало полезной части) |
| MAC-адрес получателя | 6 байт | Кому. Уникальный адрес сетевой карты |
| MAC-адрес отправителя | 6 байт | Кто |
| Тип | 2 байта | Указывает, какой протокол используется внутри кадра (например, IP) |
| Данные | 46–1500 байт | Информация |
| Контрольная сумма | 4 байта | Проверка, на ошибки при передаче |
MAC-адресация
- Длина: 48 бит (6 байт), записывается в 16CC виде (XX:XX:XX:XX:XX:XX).
- Структура:
- OUI (22 бита) — уникальный идентификатор производителя, выделяется IEEE.
- OUA (24 бита) — уникальный номер устройства, присваивается производителем (серийный номер платы).
- Управляющие биты:
- I/G (Individual/Group): 0 — индивидуальный адрес, 1 — групповой/
- U/L (Universal/Local): 0 — универсальный (заводской), 1 — локальный (задан администратором).
- Гарантия уникальности: достигается за счет того, что IEEE регистрирует каждого производителя и выделяет ему свой OUI, а производитель сам обеспечивает уникальность младших 24 бит.
Сетевой уровень IP
Отвечает за логическую адресацию (IP-адреса) и маршрутизацию — доставку пакетов между разными сетями через маршрутизаторы.
Задачи:
- Работа с логическими адресами (IP-адресами).
- Объединение разнородных локальных сетей в единую составную сеть.
- Протокол ненадёжный (не гарантирует доставку, не проверяет ошибки, не сохраняет порядок пакетов).
- Основные протоколы: IP (передача дейтаграмм) и ICMP (диагностика, сообщения об ошибках).
Маршрутизация (Routing) — это процесс определения/вычисления наилучшего пути для передачи данных в сетях связи. Другое определение — это передача пакетов от отправителя к получателю. Бывает: Прямая (Direct delivery) — внутри LAN. Косвенная (Indirect delivery) — получатель в другой сети.
Ф-цию роутинга могут выполнять:
- Аппаратные маршрутизаторы — оптимальный вариант, позволяют обрабатывать большие потоки данных, работают быстрее.
- Настроенные компьютеры с несколькими сетевыми интерфейсами и специализированным ПО. Используется, если конфигурация не слишком сложная.
Маршрутизатор — устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и пересылает пакеты в сеть назначения, выбирая оптимальный маршрут.
Таблица маршрутизации — это файл, электронная таблица или база данных, которая располагается на маршрутизаторе или специально настроенном компьютере. В ней описывается соответствие адресов назначения с интерфейсами, через которые нужно отправлять данные до следующего маршрутизатора.
Содержит:
- Адрес сети или узла
- Маску подсети назначения
- Сетевой шлюз — адрес маршрутизатора, на который будут направлены данные
- Интерфейс, через который можно связаться со шлюзом
- Метрика (не всегда) — показатель, задающий предпочтительность пути.