Глобальные сети (Wide Area Networks, WAN), которые также называют территориальными
компьютерными сетями, служат для того, чтобы предоставлять свои сервисы
большому количеству конечных абонентов, разбросанных по большой территории - в
пределах области, региона, страны, континента или всего земного шара. Ввиду
большой протяженности каналов связи построение глобальной сети требует очень
больших затрат, в которые входит стоимость кабелей и работ по их прокладке,
затраты на коммутационное оборудование и промежуточную усилительную аппаратуру,
обеспечивающую необходимую полосу пропускания канала, а также эксплуатационные
затраты на постоянное поддержание в работоспособном состоянии разбросанной по
большой территории аппаратуры сети.
Стек протоколов TCP/IP (англ. Transmission Control
Protocol/Internet Protocol — протокол управления передачей) — набор сетевых
протоколов разных уровней модели сетевого взаимодействия DOD, используемых в
сетях. Протоколы работают друг с другом в стеке (англ. stack, стопка) — это
означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх»
нижнего, используя механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает
поверх протокола IP.
Стек протоколов TCP/IP основан на модели сетевого взаимодействия UDOD и включает в себя протоколы четырёх уровней:
- прикладного (application),
- транспортного (transport),
- сетевого (network);
- канального (data link).
Протоколы этих уровней полностью реализуют функциональные
возможности модели OSI. На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие
пользователей в IP-сетях. Стек является независимым от физической среды
передачи данных.
Физический
уровень описывает среду передачи данных (будь то коаксиальный кабель,
витая пара, оптическое волокно или радиоканал), физические характеристики такой
среды и принцип передачи данных (разделение каналов, модуляцию, амплитуду
сигналов, частоту сигналов, способ синхронизации передачи, время ожидания
ответа и максимальное расстояние).
Канальный
уровень описывает, каким образом передаются пакеты данных через
физический уровень, включая кодирование (то есть специальные последовательности
бит, определяющих начало и конец пакета данных). Ethernet, например, в полях
заголовка пакета содержит указание того, какой машине или машинам в сети
предназначен этот пакет.
Примеры протоколов канального уровня — Ethernet, IEEE 802.11
Wireless Ethernet, SLIP, Token Ring, ATM и MPLS.
PPP не совсем вписывается в такое определение, поэтому обычно
описывается в виде пары протоколов HDLC/SDLC.
MPLS занимает промежуточное положение между канальным и сетевым
уровнем и, строго говоря, его нельзя отнести ни к одному из них.
Сетевой
уровень изначально разработан для передачи данных из одной (под)сети в
другую. Примерами такого протокола является X.25 и IPC в сети ARPANET.
С развитием концепции глобальной сети в уровень были внесены
дополнительные возможности по передаче из любой сети в любую сеть, независимо
от протоколов нижнего уровня, а также возможность запрашивать данные от
удалённой стороны, например в протоколе ICMP (используется для передачи
диагностической информации IP-соединения) и IGMP (используется для управления
multicast-потоками).
ICMP и IGMP расположены над IP и должны попасть на следующий —
транспортный — уровень, но функционально являются протоколами сетевого уровня,
и поэтому их невозможно вписать в модель OSI.
Пакеты сетевого протокола IP могут содержать код, указывающий,
какой именно протокол следующего уровня нужно использовать, чтобы извлечь
данные из пакета. Это число — уникальный IP-номер протокола. ICMP и IGMP имеют
номера, соответственно, 1 и 2.
Транспортный уровень
Протоколы
транспортного уровня могут решать проблему негарантированной доставки сообщений
(«дошло ли сообщение до адресата?»), а также гарантировать правильную
последовательность прихода данных. В стеке TCP/IP транспортные протоколы
определяют, для какого именно приложения предназначены эти данные.
Протоколы автоматической маршрутизации, логически представленные
на этом уровне (поскольку работают поверх IP), на самом деле являются частью
протоколов сетевого уровня; например OSPF (IP идентификатор 89).
На
прикладном уровне работает большинство сетевых приложений.
Эти программы имеют свои собственные протоколы обмена информацией,
например, HTTP для WWW, FTP (передача файлов), SMTP (электронная почта), SSH
(безопасное соединение с удалённой машиной), DNS (преобразование символьных
имён в IP-адреса) и многие другие.
В массе своей эти протоколы работают поверх TCP или UDP и
привязаны к определённому порту, например:
- HTTP на TCP-порт 80 или 8080,
- FTP на TCP-порт 20 (для передачи данных) и 21 (для управляющих команд),
- SSH на TCP-порт 22,
- запросы DNS на порт UDP (реже TCP) 53,
- обновление маршрутов по протоколу RIP на UDP-порт 520.