Model TCP / IP amb diferents capes

tcp ip model with different layers

Una guia completa de capes del model TCP / IP:

Ho vam saber tot Seguretat del tallafoc al nostre tutorial anterior. Aquí, en aquest tutorial, aprendrem sobre el model TCP / IP.

El model TCP / IP fa referència al protocol de control de transmissió i al protocol d’Internet.

El model d’Internet actual utilitza aquest model de xarxa amb finalitats de comunicació. Llegiu el document Tutorials de formació sobre xarxes per a una comprensió clara del concepte.

utilitat per controlar la temperatura de la CPU i la velocitat del ventilador

Aquests protocols són simplement una combinació de les normes que regulen cada comunicació a través de la xarxa. Aquests, al seu torn, decideixen el camí a seguir per a la comunicació entre la font i la destinació o Internet.

El model TCP / IP consta de quatre capes que conclouen el procés global de comunicació. En aquest tutorial, analitzarem en profunditat la funcionalitat de cada capa.

Com a provador de programari, cal empatitzar amb el model TCP / IP, ja que les aplicacions de programari funcionen a la capa superior, és a dir, a la capa d’aplicació d’aquest model.

Què aprendreu:

• Arquitectura de xarxes
• Funcions de cada capa en el model TCP / IP
  • Capa d'accés a la xarxa
  • Capa d’Internet
    • Protocol d'Internet
    • Capçalera IPV4
  • Capa de transport
    • TCP
    • Protocol de datagrames d’usuari (UDP):
  • Capa d'aplicació
  • Conclusió
  • Lectura recomanada

Arquitectura de xarxes

L’arquitectura de quatre capes és la següent:

Els protocols i les xarxes utilitzats en aquest model de xarxa es mostren a la figura següent:

Resumim els protocols i els usos principals de cada capa al model TCP / IP amb l’ajuda del diagrama següent.

Funcions de cada capa en el model TCP / IP

A continuació es detallen les diverses funcions de cada capa del model TCP / IP.

Capa d'accés a la xarxa

A continuació es detallen les funcions de la capa d’accés a la xarxa:

• Aquesta és la capa inferior del model TCP / IP i inclou totes les funcionalitats de la capa física i la capa d'enllaç de dades del model de referència OSI.
• Així, caracteritza els protocols, el maquinari i els suports que s’utilitzaran per a la comunicació.
• Els paquets de dades de la capa d’Internet es passen a aquesta capa per enviar-los a la destinació a través d’un suport físic.
• La tasca principal d’aquesta capa és combinar els bytes de dades en fotogrames i proporcionar algun mecanisme per a la transmissió de fotogrames de dades IP pel mitjà físic.
• Punt a punt (PPP) és el protocol que s’utilitza per fer un punt a punt per enllaçar les línies més arrendades. També es desplega per proporcionar connectivitat entre l'usuari final i els proveïdors de serveis d'Internet mitjançant mòdems. També és compatible amb el subministrament d’adreces IP a través d’enllaços PPP.
• La majoria dels usuaris finals prefereixen un enllaç Ethernet que només funcioni amb el protocol d’enllaç de dades Ethernet. Així es crea PPP sobre Ethernet que permet enviar els marcs de dades encapsulats dins dels marcs Ethernet.
• PPPoE crea inicialment un túnel entre els dispositius de xarxa de l’usuari final com l’encaminador i l’encaminador ISP. A continuació, el router envia marcs PPP sobre aquest túnel, ja que el túnel funciona com a enllaç punt a punt entre els routers. Ara també es transmeten dades a través de xarxes WAN gràcies a aquesta tecnologia.
• PPP també utilitza el procés d’autenticació per comprovar la responsabilitat de l’ús de dades amb els ISP. Els mètodes inclouen el protocol d’autenticació de contrasenya (PAP) i el protocol d’autenticació d’enllaç de mà de canal (CHAP).

Capa d’Internet

• La segona capa de la part inferior és la capa d’Internet.
• Un cop segmentades les dades per TCP o UDP, afegint les capçaleres corresponents al paquet de dades, les enviarà cap avall a la capa inferior per a més comunicació.
• L'amfitrió de destinació al qual està destinat el paquet de dades pot residir en alguna altra xarxa a la qual es pugui accedir al camí passant per diversos enrutadors. És deure de la capa d’Internet assignar les adreces lògiques i encaminar els paquets de dades de manera eficient a la xarxa de destinació.
• La capa d'Internet (IP) és el protocol més popular que s'utilitza per realitzar aquesta tasca.

Protocol d'Internet

L’objectiu d’aquest protocol és encaminar els paquets de dades cap a la destinació segons la informació de la capçalera dels paquets seguint un conjunt de protocols.

En afegir una capçalera que té l'adreça IP de la font i la destinació, el segment rebut de TCP o UDP es converteix en PDU coneguda com a paquet. Quan el paquet arriba al router, mira l'adreça de destinació a la capçalera i, a continuació, reenvia el paquet en conseqüència al següent router per arribar a la destinació.

Entenguem això amb un exemple:

A la figura següent, quan l’amfitrió A vol comunicar-se amb l’amfitrió B, no utilitzarà cap protocol d’encaminament ja que tots dos es troben al mateix rang de xarxa amb les adreces IP del mateix conjunt.

Però si l'amfitrió A vol enviar un paquet a l'amfitrió C, amb l'ajut del protocol descobreix que l'amfitrió de destinació és d'alguna altra xarxa. Per tant, el format anterior buscarà a la taula d’encaminament per esbrinar la següent adreça de salt per arribar a la destinació.

En aquest cas, l'amfitrió A arribarà a l'amfitrió C a través de l'encaminador A, B i C. Com que l'encaminador C està directament connectat a una xarxa de destinació mitjançant un commutador, el paquet es lliura a l'amfitrió C.

El router obté tota la informació relacionada amb l'encaminament dels camps de capçalera IP. La capa de xarxa de TCP / IP (capa d’enllaç de dades) serà responsable del lliurament de paquets de dades de punta a punta.

Flux de paquets al protocol d’Internet

Capçalera IPV4

• Versió: L'IPV4 té la versió número 4.
• Longitud de la capçalera: Mostra la mida de la capçalera.
• Camp DS: El camp DS significa camp de serveis diferenciats i es desplega per construir paquets.
• Longitud total: Denota la mida de la capçalera més la mida del paquet de dades.
• Identificació: Aquest camp s'utilitza per a la fragmentació de paquets de dades i per assignar cada camp i, per tant, ajuda a construir el paquet de dades original.
• Banderes: S'utilitza per indicar el procediment de fragmentació.
• Compensació del fragment: Indica el nombre de fragments i l'amfitrió font que els utilitza per reordenar les dades fragmentades en l'ordre correcte.
• Hora de marxar: Això es defineix al final de l'amfitrió d'origen.
• Protocol: Denota el protocol que utilitza per transmetre dades. TCP té el número de protocol 6 i UDP el número de protocol 17.
• Suma de comprovació de capçalera: Aquest camp s'utilitza per a la detecció d'errors.
• Adreça IP d'origen: Desa l'adreça IP de l'amfitrió final d'origen.
• Adreça IP de destinació: Desa l'adreça IP de l'amfitrió de destinació.

En parlarem detalladament als nostres propers tutorials.

Capa de transport

• Aquesta és la tercera capa des de la part inferior, ja que és la responsable de la transferència global de dades i és útil per establir una connectivitat lògica d’extrem a extrem entre l’amfitrió d’origen i de destinació i els dispositius d’una xarxa.
• S'utilitzen dos protocols per realitzar aquestes tasques:
  • El primer és el protocol de control de transmissió (TCP), que és un protocol fiable i basat en la connexió.
  • El segon és el protocol de datagrames d’usuari (UDP), que és un protocol sense connexió.
• Abans d’explorar aquests dos protocols en profunditat, parlarem del concepte de NOMBRE DE PORT que fan servir aquests dos protocols.

Número de port:

En una xarxa, un dispositiu amfitrió pot enviar o rebre trànsit de diverses fonts alhora.

En aquesta situació, el sistema no reconeixerà a quina de les aplicacions pertanyen les dades. Els protocols TCP i UDP resolen aquests problemes posant un número de port a les seves capçaleres. Els protocols de capa d'aplicació coneguts s'assignen amb el número de port de l'interval d'1 a 1024.

Al final de la font, cada sessió TCP o UDP s’assigna amb un número de port aleatori. L'adreça IP, el número de port i el tipus de protocol utilitzat en combinació reforma un sòcol tant al final de la font com al de destinació. Com que cada sòcol és exclusiu, diversos amfitrions poden enviar o rebre trànsit al mateix interval de temps.

La taula següent mostra el número de port assignat a diversos protocols de capa d'aplicació corresponents al protocol de capa de transport.

Sessió múltiple mitjançant el número de port

TCP

• Sempre que la capa d'aplicació necessita circular el flux de trànsit o dades enormes, l'envia a la capa de transport en què el TCP realitza la comunicació final a final entre xarxes.
• TCP inicialment va configurar un procés d’enllaç de mans de tres vies entre la font i la destinació i després divideix les dades en petits trossos coneguts com a segments, i inclou una capçalera a cada segment i després la reenvia a la capa d’Internet.

La figura següent mostra el format de la capçalera TCP.

• Encaix de mans a tres bandes: És el procés desplegat per TCP per establir una connexió entre l'amfitrió d'origen i de destinació de la xarxa. S'utilitza per realitzar transmissions de dades fiables. Desplega els senyaladors SYN i ACK dels bits de codi de la capçalera TCP per realitzar la tasca. Subministra comunicacions fiables realitzant un reconeixement positiu amb la retransmissió i també es coneix com PAR. El sistema que utilitza PAR tornarà a transmetre el segment de dades fins que rep l'ACK. Sempre que el receptor descarta les dades, l’emissor ha de tornar a transmetre les dades fins que rep l’ACK positiu del receptor.

Hi ha tres passos d’aplicació de mans a tres bandes, que són els següents:

1. Pas 1: L’amfitrió font A vol establir una connexió amb l’amfitrió de destinació B, transmet un segment amb el número SYN i de seqüència, que denota que l’amfitrió A vol iniciar una sessió de comunicació amb l’amfitrió B i amb quin número de seqüència es defineix en aquest segment.
2. Pas 2: L'amfitrió B respon a la sol·licitud de l'amfitrió A amb SYN i ACK configurats al bit de senyal. ACK indica la resposta del segment rebut i SYN el número de seqüència.
3. Pas 3: L’amfitrió A reconeix la resposta de l’amfitrió B i estableix una connexió segura entre ells i, a continuació, comença la transmissió de dades per ell.

Tal com es descriu a la figura següent, en el procés d’estrenyiment de mans de tres vies, en primer lloc l’amfitrió font envia una capçalera TCP a l’amfitrió de destinació establint el senyalador SYN. Com a resposta, torna el SYN i el senyal de reconeixement establert. L'amfitrió de destinació practica el número de seqüència rebut més 1 com a número de confirmació.

TCP IP admet el model client-servidor del sistema de comunicació.

Procés de tres encaixades de mans

• Segmentació de dades :
  • Aquesta és una de les característiques del protocol TCP. La capa d'aplicació envia un gran nombre de dades per transmetre-les a la capa de destinació a la capa de transport. Però la capa de transport limita la mida de les dades que s’enviaran d’una sola vegada. Això es fa dividint les dades en petits segments.
  • Per reconèixer la seqüència de segments de dades, s'utilitza un número de seqüència a la capçalera TCP que descriu el nombre de bytes de tot el segment de dades.
• Control de cabal:
  • L'amfitrió d'origen enviarà les dades en un grup de segments. La capçalera TCP que té un bit de finestra s'utilitza per esbrinar el recompte dels segments que es poden enviar en un moment. S'utilitza per eludir el trànsit insignificant a l'extrem de destinació.
  • Quan s’inicia la sessió, la mida de la finestra és petita, però a mesura que el trànsit augmenta amb el temps, la mida de la finestra pot arribar a ser enorme. L'amfitrió de destinació pot ajustar la finestra d'acord per controlar el flux. Així, la finestra s'anomena finestra corredissa.
  • La font només pot transmetre el nombre de segments que la finestra permet. Per tal d’enviar més segments, en primer lloc esperarà un avís de recepció un cop rebi l’ACK i, posteriorment, pot millorar la mida de la finestra segons la seva necessitat.
  • A la figura següent, l'amfitrió de destinació millora la mida de 500 a 600 i després a 800 després d'enviar l'ACK a l'amfitrió d'origen.
• Lliurament fiable i recuperació d'errors :
  • Quan el destí ha rebut l’últim segment de la finestra decidida, ha d’enviar un ACK al final de la font. El senyalador ACK s'estableix a la capçalera TCP i el número ACK es posa com a número de seqüència del byte posterior presumpte. Si la destinació no rep els segments en l'ordre adequat, no transmetrà l'ACK de nou a la font.
  • Això explica la font que pocs dels segments es perden durant la transmissió i retransmetrà tots els segments.
  • A la figura següent, s’il·lustra que quan la font no ha rebut l’ACK del segment amb el número 200 de la SEQ, torna a transmetre les dades i, després de rebre l’ACK, envia la següent seqüència del segment de dades a d'acord amb la mida de la finestra.
• Lliurament ordenat :
  • El TCP garanteix l’enviament seqüencial de dades a la destinació. Ofereix les dades en l’ordre en què les rep de la capa d’aplicació per lliurar-les a l’amfitrió de destinació. Per tant, per mantenir el lliurament ordenat, utilitza el número de seqüència durant la transmissió de segments de dades.
• Finalització de la connexió :
  • Quan es completi la transmissió de dades entre origen i destinació, el TCP conclourà la sessió enviant els senyaladors FIN i ACK i utilitzarà un encaix de mans de quatre vies per tancar-la.

Finestra corredissa TCP i lliurament fiable

tipus de funcions en c ++

Protocol de datagrames d’usuari (UDP):

És el protocol poc fiable i sense connexió per a la transmissió de dades. En aquest protocol, a diferència de TCP, no genera cap indicador ACK, per tant l’amfitrió d’origen no esperarà cap resposta del final de destinació i transmetrà les dades sense demora i esperarà ACK.

En un escenari en temps real, s’utilitza UDP ja que es tria la caiguda dels paquets de dades per sobre de l’espera de paquets per a la seva nova transmissió. Per tant, s'utilitza més àmpliament en jocs, en veure vídeos en línia, en xatejar, etc., on el reconeixement de dades no preocupa. En aquests casos, la comprovació i correcció d'errors es realitza a la capa d'aplicació.

Capçalera UDP:

preguntes i respostes d’entrevistes d’analistes de garantia de qualitat

• Port font: Classifica la informació del paquet final d'origen que té una mida de 16 bits.
• Port de destinació : També té una mida de 16 bits i s’utilitza per classificar el tipus de servei de dades al node de destinació.
• Llargada : Indica la mida global del datagrama UDP. La mida màxima del camp de longitud pot ser la mida global de la pròpia capçalera UDP.
• Suma de control : Desa el valor de suma de comprovació avaluat pel final de la font abans de la transmissió. Si no té cap valor, tots els seus bits es posaran a zero.

Aplicacions UDP :

• Subministra datagrames, per tant és adequat per al túnel IP i el sistema de fitxers de xarxa.
• D'ús senzill, per tant, s'utilitza en DHCP i en protocols de transferència de fitxers trivials.
• Ser apàtrida fa que sigui eficient per transmetre aplicacions multimèdia com IPTV.
• També és adequat per a programes de transmissió de veu sobre IP i en temps real.
• Dóna suport al multidifusió, per tant és adequat per a serveis de difusió com ara Bluetooth i el protocol d'informació d'encaminament.

Capa d'aplicació

(i) Aquesta és la capa superior del model TCP / IP.

(ii) Realitza totes les tasques d'una capa de sessió, de presentació i d'aplicació del model TCP / IP.

(iii) Combina les funcions d'interfície amb diverses aplicacions, codificació de dades, traducció de dades i accés a disposicions perquè els usuaris es comuniquin amb diversos sistemes de xarxa.

A continuació es defineixen els protocols de capa d’aplicació més habituals:

# 1) TELNET: Significa protocol d'emulació de terminal. Generalment es practica l'accés a les aplicacions finals remotes. El servidor telnet que actua com a amfitrió inicia una aplicació de servidor telnet per establir una connexió amb l'amfitrió final remot conegut com a client telnet.

Un cop establerta la connexió, es presenta al sistema operatiu del servidor telnet. Les persones del servidor fan servir el teclat i el ratolí per operar i accedir a l'amfitrió final a través de TELNET.

# 2) HTTP: Significa protocol de transferència d’hipertext. És la base de la World Wide Web (WWW). Aquest protocol s’utilitza per intercanviar l’hipertext entre diferents sistemes. És un tipus de protocol de sol·licitud-resposta.

Per exemple, El navegador web, com Internet Explorer o Mozilla, actua com a client web i l’aplicació que es transmet al PC que allotja el lloc web actuarà com a servidor web.

Per tant, el servidor que subministra recursos, com ara fitxers HTML i altres funcions sol·licitades pel client, retorna un missatge de resposta al client que té el contingut de les dades d'estat de finalització i les dades sol·licitades a la línia de missatges.

Els recursos HTTP es reconeixen i es posicionen a la xarxa mitjançant localitzadors de recursos uniformes (URL) que desplegen mètodes HTTP i https d’identificadors de recursos uniformes (URI).

# 3) FTP: Significa protocol de transferència de fitxers. S'utilitza per compartir o transferir fitxers entre dos amfitrions. L'amfitrió que executa l'aplicació FTP es comporta com a servidor FTP mentre que l'altre es comporta com a client FTP.

L'amfitrió client que sol·licita l'intercanvi de fitxers requereix l'autenticació del servidor per accedir a les dades. Un cop autoritzat, pot accedir a qualsevol tipus de fitxers des del servidor, enviar o rebre fitxers.

# 4) SMTP: El protocol simple de transport de correu electrònic és un exercici per enviar correus electrònics. Quan configurem l'amfitrió per enviar correus electrònics, fem servir SMTP.

# 5) DNS: Cadascun dels dispositius amfitrions de qualsevol xarxa té una adreça lògica única anomenada adreça IP. Com ja s'ha comentat, les adreces IP són un grup de tants números i no és fàcil memoritzar-les. Quan escrivim qualsevol adreça web en un navegador web com Google.com, realment sol·licitem un amfitrió que tingui una adreça IP.

Però no cal que memoritzem l’adreça IP de la pàgina web que sol·licitem ja que el DNS (servidor de noms de domini) assigna un nom a cada adreça IP lògica i l’emmagatzema.

Així, quan escrivim el navegador per a qualsevol pàgina web, envia la consulta DNS al seu servidor DNS per assignar l'adreça IP al nom. Un cop obtinguda l'adreça, es crea una sessió HTTP amb l'adreça IP.

# 6) DHCP: Cadascun dels dispositius amfitrions de qualsevol xarxa requereix una adreça IP per a la comunicació amb els altres dispositius de la xarxa. Obté aquesta adreça mitjançant la configuració manual o mitjançant un protocol de configuració d’amfitrió dinàmic (DHCP). Si utilitzeu DHCP, l’amfitrió s’assignarà automàticament amb una adreça IP.

Suposem que una xarxa està formada per 10.000 dispositius host. Llavors, assignar l'adreça IP manualment a cada host és molt difícil i és massa llarg, de manera que fem servir el protocol DHCP per assignar una adreça IP i altra informació als dispositius host connectats, com ara IP de màscara de subxarxa o IP de passarel·la.

Els programes de prova de programari funcionaran en aquesta capa del model TCP / IP, ja que subministra als usuaris finals per provar els diferents serveis i utilitzar-los.

Conclusió

Hem vist els diferents protocols que s’utilitzen a cada capa del model TCP / IP per realitzar les tasques associades a la capa i els seus avantatges en un sistema de comunicació.

Tots els protocols definits anteriorment tenen la seva pròpia importància i diferents rols en la prova i aplicació de les eines de programari.

PREV Tutorial | NEXT Tutorial

Lectura recomanada

• Tot sobre els commutadors de capa 2 i capa 3 al sistema de xarxa
• Una guia completa de tallafocs: com construir un sistema de xarxa segur
• Tot sobre els encaminadors: tipus d’encaminadors, taula d’encaminament i encaminament IP
• Què és la xarxa d’àrea ampla (WAN): exemples de xarxes WAN en directe
• Què són els protocols HTTP (Hypertext Transfer Protocol) i DHCP?
• Protocols importants de la capa d’aplicació: protocols DNS, FTP, SMTP i MIME
• IPv4 vs IPv6: quina és la diferència exacta?
• Quina és la meva adreça IP i ubicació (Consulteu la vostra IP real aquí)