TCP / IP-modell med olika lager

tcp ip model with different layers

En komplett guide till lager av TCP / IP-modell:

Vi lärde oss allt om Brandväggssäkerhet i vår tidigare handledning. Här, i denna handledning, lär vi oss om TCP / IP-modell.

TCP / IP-modellen hänvisar till överföringsstyrprotokoll och internetprotokoll.

Den nuvarande internetmodellen använder denna nätverksmodell för kommunikationsändamål. Läs igenom Utbildningshandledning om nätverkande för tydlig förståelse av konceptet.

Dessa protokoll är helt enkelt en kombination av de regler som reglerar varje kommunikation via nätverket. Dessa bestämmer i sin tur vägen som ska följas för kommunikation mellan källan och destinationen eller internet.

TCP / IP-modellen består av fyra lager som avslutar den övergripande kommunikationsprocessen. I den här handledningen tar vi en djupgående titt på funktionerna i varje lager.

Som mjukvarutestare är det nödvändigt att ha empati med TCP / IP-modellen, eftersom mjukvaruapplikationerna fungerar på det övre lagret, dvs. applikationslagret för denna modell.

Vad du kommer att lära dig:

• Nätverksarkitektur
• Funktioner för varje lager i TCP / IP-modell
  • Nätverksåtkomstlager
  • Internet-lager
    • internet protokoll
    • IPV4-rubrik
  • Transportskikt
    • TCP
    • User Datagram Protocol (UDP):
  • Applikationsskikt
  • Slutsats
  • Rekommenderad läsning

Nätverksarkitektur

Fyrlagersarkitekturen är som följer:

Protokoll och nätverk som används i denna nätverksmodell visas i figuren nedan:

Låt oss sammanfatta protokollen och huvudsakliga användningar av varje lager i TCP / IP-modellen med hjälp av nedanstående diagram.

Funktioner för varje lager i TCP / IP-modell

Nedan listas de olika funktionerna för varje lager i TCP / IP-modellen.

Nätverksåtkomstlager

Nätverksåtkomstfunktionens funktioner ges nedan:

• Detta är det nedre lagret av TCP / IP-modellen och det innehåller all funktionalitet i det fysiska lagret och datalänkskiktet i OSI-referensmodellen.
• Således karakteriserar det protokoll, hårdvara och media som ska användas för kommunikation.
• Datapaket från internetlagret skickas till detta lager för att skickas till destinationen via ett fysiskt media.
• Huvuduppgiften för detta lager är att kombinera databytes i ramar och tillhandahålla någon mekanism för överföring av IP-dataram över det fysiska mediet.
• Punkt till punkt (PPP) är det protokoll som används för att göra en punkt-till-punkt-länk över de hyrda linjerna. Den används också för att tillhandahålla anslutning mellan slutanvändaren och internetleverantörer via modem. Det stöder också för tilldelning av IP-adresser via PPP-länkar.
• De flesta slutanvändare föredrar en Ethernet-länk som endast fungerar på Ethernet-datalänkprotokollet. Sålunda skapas PPP över Ethernet som tillåter att de inkapslade dataramar skickas in i Ethernet-ramar.
• PPPoE bygger initialt en tunnel mellan slutanvändarnätverksenheterna som router och ISP-router. Sedan skickar routern PPP-ramar över den tunneln eftersom tunneln fungerar som en punkt-till-punkt-länk mellan routrarna. Nu överförs också data över WAN-nätverk på grund av denna teknik.
• PPP använder också autentiseringsprocessen för att kontrollera ansvarsskyldigheten för användning av data med ISP. Metoderna inkluderar lösenordsautentiseringsprotokoll (PAP) och kanalhandskakningsautentiseringsprotokoll (CHAP).

Internet-lager

• Det andra lagret från botten är internetlagret.
• När data har segmenterats av TCP eller UDP genom att lägga till motsvarande rubriker i datapaketet skickas den ner till det nedre lagret för vidare kommunikation.
• Destinationsvärden till vilken datapaketet är avsedd kan ligga i något annat nätverk vars väg kan nås genom att gå igenom olika routrar. Det är Internetlagrets plikt att tilldela de logiska adresserna och dirigera datapaketet effektivt till destinationsnätverket.
• Internetlager (IP) är det mest populära protokollet som används för att utföra denna uppgift.

internet protokoll

Syftet med detta protokoll är att dirigera datapaket till destinationen enligt informationen i pakethuvudet genom att följa en uppsättning protokoll.

Genom att lägga till en rubrik som har IP-adressen för källan och destinationen, omvandlas det segment som tas emot från TCP eller UDP till PDU, känt som ett paket. När paketet anländer till routern tittar det på destinationsadressen i rubriken och vidarebefordrar sedan paketet i enlighet därmed till nästa router för att nå målet.

Låt oss förstå detta med ett exempel:

I figuren nedan, när värd A vill kommunicera med värd B, kommer den inte att använda något routningsprotokoll eftersom båda är i samma nätverksintervall med IP-adresser av samma uppsättning.

Men om värd A vill skicka ett paket till värd C, upptäcker det med hjälp av protokollet att destinationsvärden är av något annat nätverk. Således kommer ovanstående format att titta upp i routingtabellen för att ta reda på nästa hoppadress för att nå ut till destinationen.

I detta fall når värd A värd C via router A, B och C. Eftersom router C är direkt ansluten till ett destinationsnätverk via en omkopplare levereras paketet till värd C.

Routern får all routningsrelaterad information från IP-rubrikfälten. Nätverksskiktet av TCP / IP (datalänkskikt) ansvarar för leverans av datapaket till slut.

Paketflöde i Internetprotokoll

IPV4-rubrik

• Version: IPV4 har version nummer 4.
• Huvudlängd: Den visar storleken på rubriken.
• DS-fält: DS-fält står för differentierade tjänstefält och distribueras för att konstruera paket.
• Total längd: Det anger rubrikens storlek plus datapaketets storlek.
• Identifiering: Detta fält används för fragmentering av datapaket och för allokering av varje fält och hjälper därmed till att konstruera det ursprungliga datapaketet.
• Flaggor: Används för att beteckna fragmenteringsförfarandet.
• Fragmentförskjutning: Det anger fragmentnummer och källvärd som använder dem för att ordna om den fragmenterade data i rätt ordning.
• Dags att gå: Detta ställs in vid källvärdsänden.
• Protokoll: Det anger protokollet som det använder för överföring av data. TCP har protokollnummer som 6 och UDP har protokollnummer som 17.
• Huvudkontrollsumma: Detta fält används för feldetektering.
• Källa IP-adress: Det sparar IP-adressen för källslutvärden.
• Destinationens IP-adress: Det sparar målvärdens IP-adress.

Vi kommer att diskutera detta i detalj i våra kommande handledning.

Transportskikt

• Detta är det tredje lagret från botten som ansvarar för den övergripande överföringen av data och är till hjälp för att skapa en slut-till-slut-logisk anslutning mellan käll- och destinationsvärden och enheterna i ett nätverk.
• Två protokoll används för att utföra dessa uppgifter:
  • Först är Transmission Control Protocol (TCP), som är ett anslutningsbaserat och tillförlitligt protokoll.
  • För det andra är User datagram protocol (UDP), vilket är ett anslutningsfritt protokoll.
• Innan vi utforskar dessa två protokoll djupt kommer vi att diskutera begreppet PORT NUMBER som används av båda dessa protokoll.

Portnummer:

I ett nätverk kan en värdenhet skicka eller ta emot trafik från flera källor samtidigt.

I en sådan situation kommer systemet inte att känna igen vilken av applikationerna data tillhör. TCP- och UDP-protokoll löser dessa problem genom att placera ett portnummer i rubrikerna. De välkända applikationslagerprotokollen tilldelas portnumret i intervallet 1 till 1024.

Vid källslutet tilldelas varje TCP- eller UDP-session ett slumpmässigt portnummer. IP-adressen, portnumret och typen av protokoll som används i kombination reformerar ett uttag både vid källans och destinationsänden. Eftersom varje uttag är exklusivt kan flera värdar skicka eller ta emot trafik vid samma tidsintervall.

Tabellen nedan visar portnumret som tilldelats flera applikationslagerprotokoll som motsvarar transportlagerprotokollet.

Flera sessioner med portnummer

TCP

• När applikationslagret behöver cirkulera flödet av enorm trafik eller data skickar det det till transportlagret där TCP utför hela änden till slut-kommunikationen mellan nätverk.
• TCP ställde initialt in en trevägs handskakningsprocess mellan källan och destinationen och delade sedan upp data i små bitar som kallas segment, och inkluderar en rubrik i varje segment och vidarebefordrar den sedan till internetlagret.

Figuren nedan visar TCP-rubrikens format.

• Trevägs handslag: Det är den process som används av TCP för att upprätta en anslutning mellan källan och destinationsvärd i nätverket. Den används för att utföra tillförlitlig dataöverföring. Den distribuerar SYN- och ACK-flaggor med kodbitar i TCP-rubriken för att utföra uppgiften. Den tillhandahåller tillförlitlig kommunikation genom att utföra positiv bekräftelse med återöverföring och kallas även PAR. Systemet som använder PAR överför datasegmentet igen tills det tar emot ACK. När mottagaren kasserar data måste avsändaren sända igen data tills den mottar den positiva ACK från mottagaren.

Det finns tre steg med trevägs handskakning, som är följande:

1. Steg 1: Källvärden A vill upprätta en anslutning med destinationsvärden B, den sänder ett segment med SYN och sekvensnummer, vilket indikerar att värden A vill initiera en kommunikationssession med värd B och med vilket sekvensnummer det definieras i det segmentet.
2. Steg 2: Värden B svarar på begäran från värd A med SYN och ACK inställda i signalbiten. ACK betecknar svaret från det mottagna segmentet och SYN betecknar sekvensnumret.
3. Steg 3: Värd A bekräftar svaret från Värd B och båda upprättar en säker anslutning mellan dem och börjar sedan dataöverföring över den.

Som beskrivs i figuren nedan skickar källvärden i trevägs handskakningsprocessen först en TCP-rubrik till destinationsvärden genom att ställa in SYN-flaggan. Som svar får den tillbaka SYN- och bekräftelseflagguppsättningen. Destinationsvärden övar det mottagna sekvensnumret plus 1 som kvittensnummer.

TCP IP stöder klientservermodellen för kommunikationssystemet.

Trevägs handskakningsprocess

• Datasegmentering :
  • Detta är en av funktionerna i TCP-protokollet. Applikationslagret skickar ett enormt antal data för överföring till destinationen till transportlagret. Men transportskiktet begränsar storleken på data som ska skickas på en gång. Detta görs genom att dela upp data i små segment.
  • För att känna igen sekvensen för datasegment används ett sekvensnummer i TCP-rubriken och som beskriver bytesnumret för hela datasegmentet.
• Flödeskontroll:
  • Källvärden skickar data i ett kluster av segment. TCP-rubriken med en fönsterbit används för att ta reda på antalet segment som kan skickas vid en gång. Den används för att undvika den obetydliga trafiken vid destinationsänden.
  • När sessionen startas är fönstrets storlek liten men när trafiken ökar med tiden kan fönstrets storlek bli enorm. Destinationsvärd kan justera fönstret i enlighet med flödet. Fönstret kallas således ett skjutfönster.
  • Källan kan bara överföra antalet segment som fönstret tillåter. För att skicka fler segment kommer det först att vänta på en bekräftelse från den mottagande änden när det tar emot ACK, och senare kan det förbättra fönstrets storlek efter dess behov.
  • I figuren nedan förbättrar destinationsvärden storleken från 500 till 600 och sedan till 800 efter att ACK har skickats tillbaka till källvärden.
• Pålitlig leverans och felåterställning :
  • När det sista segmentet i det beslutade fönstret har mottagits av destinationen måste det skicka en ACK till källänden. ACK-flaggan ställs in i TCP-rubriken och ACK-numret anges som sekvensnumret för den efterföljande byten som antas. Om destinationen inte tar emot segmenten i rätt ordning skickar den inte ACK tillbaka till källan.
  • Detta förklarar källan till att få av segmenten är felplacerade under överföringen och att det kommer att överföra alla segment igen.
  • I figuren nedan har det illustrerats att när källan inte har tagit emot ACK för segmentet med SEQ-nummer 200, så överför det data igen och efter att ha mottagit ACK skickar det nästa sekvens av datasegmentet i i enlighet med fönsterstorleken.
• Beställd leverans :
  • TCP säkerställer sekventiell leverans av data till destinationen. Den levererar data i den ordning som den tar emot den från applikationslagret för leverans till destinationsvärden. Således för att upprätthålla beställd leverans använder den sekvensnummer under överföring av datasegment.
• Anslutningsterminering :
  • När dataöverföringen mellan källa och destination är klar avslutar TCP sessionen med att skicka FIN- och ACK-flaggor och använder ett fyrvägshandskakning för att stänga den.

TCP-skjutfönster och pålitlig leverans

User Datagram Protocol (UDP):

Det är det opålitliga och anslutningsfria protokollet för dataöverföring. I det här protokollet genererar, till skillnad från TCP, ingen ACK-flagga, därför kommer källvärden inte att vänta på ett svar från destinationsänden och den kommer att överföra data utan fördröjning och vänta på ACK.

vad är den bästa gratis datorrengöraren?

I ett realtidsscenario används UDP när släpp av datapaket väljs framför att vänta på paket för återöverföring. Således används den mest i spel, titta på video online, chatta etc där bekräftelse av data inte är ett problem. I dessa scenarier sker felkontroll och korrigering vid applikationslagret.

UDP-rubrik:

• Källport: Det klassificerar källändspaketinformationen som är 16 bitar stor.
• Destinationshamn : Den har också 16 bitar i storlek och används för att klassificera typen av datatjänst vid destinationsnoden.
• Längd : Det anger UDP-datagrammets totala storlek. Den maximala storleken på längdfältet kan vara den totala storleken på själva UDP-rubriken.
• Kontrollsumma : Det sparar kontrollsummavärdet som utvärderas av källänden före överföring. Om den inte innehåller något värde, är alla dess bitar inställda på noll.

UDP-applikationer :

• Det tillhandahåller datagram, så det är lämpligt för IP-tunnlar och nätverksfilsystem.
• Enkel att använda, därför används den i DHCP och trivialt filöverföringsprotokoll.
• Att vara statslös gör det effektivt för direktuppspelning av medieapplikationer som IPTV.
• Passar även för röst-över-IP och streamingprogram i realtid.
• Det säkerhetskopierar multicast, så det är lämpligt för sändningstjänster som Bluetooth och routningsinformationsprotokoll.

Applikationsskikt

(i) Detta är det översta lagret i TCP / IP-modellen.

(ii) Den utför alla uppgifter för ett sessionskikt, presentationslager och applikationslager av TCP / IP-modellen.

(iii) Den kombinerar funktionerna för gränssnitt med olika applikationer, datakodning, dataöversättning och tillhandahållande av åtkomst för användarna att kommunicera med olika nätverkssystem.

De vanligaste applikationslagerprotokollen definieras nedan:

# 1) TELNET: Det står för terminalemuleringsprotokoll. Det brukar vanligtvis komma åt fjärranslutapplikationer. Telnet-servern som fungerar som värden initierar en telnet-serverapplikation för att upprätta en anslutning med den fjärrändvärden som kallas telnet-klienten.

När anslutningen har upprättats presenteras den för telnet-serverns operativsystem. Folket på serveränden använder tangentbordet och musen för att hantera och komma åt fjärrvärden via TELNET.

# 2) HTTP: Det står för hypertextöverföringsprotokoll. Det är basen för World Wide Web (WWW). Detta protokoll används för att utbyta hypertext mellan olika system. Det är en typ av begäran-svar-protokoll.

Till exempel, Webbläsare som Internet Explorer eller Mozilla fungerar som en webbklient och applikationsströmningen på PC: n som är värd för webbplatsen fungerar som en webbserver.

Således returnerar servern som tillhandahåller resurserna som HTML-filer och andra funktioner som begärs av klienten ett svarsmeddelande till klienten som har innehållet i kompletteringsstatusdata och begärda data i meddelanderaden.

HTTP-resurser känns igen och placeras i nätverket av URL: er (uniform resource locators) som använder URI-metoder (HTTP och https) för enhetliga resursidentifierare.

# 3) FTP: Det står för protokoll för filöverföring. Den används för att dela eller överföra filerna mellan två värdar. Värden som kör FTP-applikationen beter sig som FTP-servern medan den andra beter sig som FTP-klienten.

Klientvärden som begär fildelning kräver autentisering från servern för att få åtkomst till data. När den är auktoriserad kan den komma åt alla typer av filer från servern, skicka eller ta emot filer.

# 4) SMTP: Enkelt posttransportprotokoll är en övning för att skicka e-post. När vi konfigurerar värden för att skicka e-post använder vi SMTP.

# 5) DNS: Var och en av värdenheterna i vilket nätverk som helst har en unik logisk adress som kallas IP-adressen. Som redan diskuterats är IP-adresserna en grupp med så många siffror och det är inte lätt att memorera. När vi skriver någon webbadress i en webbläsare som Google.com så ber vi faktiskt om en värd som har en IP-adress.

Men vi behöver inte komma ihåg IP-adressen till den webbsida som vi begär, eftersom DNS (domännamnsserver) kartlägger ett namn mot varje logisk IP-adress och lagrar det.

När vi skriver in webbläsaren för vilken webbsida som helst, skickar den DNS-frågan till sin DNS-server för att mappa IP-adressen mot namnet. När den har fått adressen byggs en HTTP-session med IP-adressen.

# 6) DHCP: Var och en av värdenheterna i vilket nätverk som helst kräver en IP-adress för kommunikation med de andra enheterna i nätverket. Den får den här adressen genom manuell konfiguration eller med hjälp av ett dynamiskt värdkonfigurationsprotokoll (DHCP). Om du använder DHCP tilldelas värden automatiskt en IP-adress.

Antag att ett nätverk består av 10 000 värdsenheter. Att allokera IP-adress manuellt till varje värd är mycket svårt och det tar också tid att ta, därför använder vi DHCP-protokoll för att tilldela en IP-adress och annan information till de anslutna värdenheterna, såsom subnätmask IP eller gateway IP.

Programvarutestningsprogram fungerar på detta lager av TCP / IP-modellen, eftersom det ger slutanvändarna möjlighet att testa de olika tjänsterna och använda dessa tjänster.

Slutsats

Vi har sett de olika protokollen som används i varje lager i TCP / IP-modellen för att utföra de uppgifter som är associerade med lagret och deras fördelar i ett kommunikationssystem.

Alla ovan definierade protokoll har sin egen betydelse och olika roller vid testning och tillämpning av programvaruverktygen.

PREV-handledning | NÄSTA självstudie

Rekommenderad läsning

• Allt om Layer 2 och Layer 3 Switches i Networking System
• En komplett guide till brandvägg: Hur man bygger ett säkert nätverkssystem
• Allt om routrar: Typer av routrar, Routing Table och IP Routing
• Vad är Wide Area Network (WAN): Live WAN Network Exempel
• Vad är HTTP (Hypertext Transfer Protocol) och DHCP-protokoll?
• Viktiga applikationslagerprotokoll: DNS-, FTP-, SMTP- och MIME-protokoll
• IPv4 vs IPv6: Vad är den exakta skillnaden?
• Vad är min IP-adress och plats (kontrollera din riktiga IP här)