Δίκτυα Υπολογιστών ΕΠΑΛ

Ενότητα 1.2.2

Το μοντέλο δικτύωσης TCP/IP

1.2.2 Το μοντέλο δικτύωσης TCP/IP

Από πού προήλθε

Το δίκτυο ARPANET ήταν ένα δίκτυο μεταγωγής πακέτων που χρηματοδοτήθηκε από το υπουργείο άμυνας των Η.Π.Α. στα τέλη της δεκαετίας του '60. Από την αρχή κύριος στόχος του ήταν η δυνατότητα να συνδέονται μαζί πολλαπλά διαφορετικά συστήματα και δίκτυα με διαφανή τρόπο. Έμφαση δόθηκε επίσης στη δυνατότητα του δικτύου να παραμένει λειτουργικό ακόμη κι αν μεγάλα τμήματά του έβγαιναν εκτός λειτουργίας. Το 1983 χρησιμοποίησε τα πρωτόκολλα TCP/IP ως βασικά και σταδιακά εξελίχθηκε στο γνωστό μας Internet.

Επειδή τα σημαντικότερα πρωτόκολλα είναι το TCP στο επίπεδο Μεταφοράς και το IP στο επίπεδο Διαδικτύου, το μοντέλο ονομάστηκε TCP/IP και περιγράφεται στα έγγραφα RFC1122 και RFC1123. Μερικές φορές αναφέρεται και ως μοντέλο DoD (Department of Defence).

Τα τέσσερα επίπεδα και η αντιστοιχία με το OSI

Το TCP/IP χρησιμοποίησε διαστρωματωμένη αρχιτεκτονική καθορίζοντας μόνο τέσσερα (4) επίπεδα-στρώματα, περιγράφοντας με λεπτομέρεια και αναπτύσσοντας πρωτόκολλα για τα τρία ανώτερα:

  • Εφαρμογής — αντιστοιχεί στα Εφαρμογής, Παρουσίασης και Συνόδου του OSI
  • Μεταφοράς — αντιστοιχεί στο Μεταφοράς του OSI
  • Διαδικτύου — αντιστοιχεί στο Δικτύου του OSI
  • Ζεύξης ή πρόσβασης δικτύου ή διεπαφή δικτύου

Προσοχή στη διατύπωση: «Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η προαναφερθείσα αντιστοίχιση των επίπεδων του TCP/IP με αυτά του μοντέλου OSI ισχύει σε γενικές γραμμές και όχι απολύτως.» Είναι σημείο που ζητείται συχνά ως σχόλιο.

Μοντέλο OSI (7 επίπεδα)Μοντέλο TCP/IP (4 επίπεδα)
7. Εφαρμογής
6. Παρουσίασης
5. Συνόδου
Εφαρμογής
4. ΜεταφοράςΜεταφοράς
3. ΔικτύουΔιαδικτύου
2. Ζεύξης Δεδομένων
1. Φυσικό
Πρόσβασης (Διεπαφής) Δικτύου

Παρότι το RFC1122 προδιαγράφει τέσσερα (4) επίπεδα, στη βιβλιογραφία χρησιμοποιούνται από τους περισσότερους ειδικούς πέντε (4+1) στρώματα: στη θέση του στρώματος Διεπαφής Δικτύου του TCP/IP χρησιμοποιούνται τα δύο πρώτα στρώματα του OSI, το επίπεδο Ζεύξης Δεδομένων και το Φυσικό.

Τι κάνει το καθένα

Ορισμός όπως στο βιβλίο 1. Επίπεδο Πρόσβασης (Διεπαφής) Δικτύου (Network Access ή link layer)

Το μοντέλο TCP/IP δεν αναφέρει πολλά για το τι συμβαίνει εδώ, εκτός από το ότι ο υπολογιστής (host) πρέπει να συνδεθεί με το δίκτυο χρησιμοποιώντας κάποιο πρωτόκολλο ώστε να μπορεί να στέλνει πακέτα IP σε αυτό. Έτσι συνηθίζεται στη θέση του να χρησιμοποιούνται τα δυο κατώτερα επίπεδα του μοντέλου OSI, το a) Φυσικό και το b) Ζεύξης Δεδομένων.

Ορισμός όπως στο βιβλίο 2. Επίπεδο Διαδικτύου

Ισχύει ό,τι και στο 3ο επίπεδο του OSI (Δικτύου) με τη διαφορά ότι το επίπεδο Διαδικτύου του TCP/IP παρέχει μόνο υπηρεσία χωρίς σύνδεση. Έτσι δρομολογεί ανεξάρτητα πακέτα στον προορισμό τους και η παράδοση των πακέτων στο επίπεδο Διαδικτύου δεν είναι εγγυημένα αξιόπιστη. Μπορεί να φτάσουν στον προορισμό με διαφορετική σειρά, με λάθη, ή το ίδιο πακέτο περισσότερες φορές. Είναι δουλειά των ανώτερων επιπέδων να μεριμνήσουν για αυτά τα ζητήματα. Το βασικό πρωτόκολλο αυτού του επιπέδου είναι το πρωτόκολλο Διαδικτύου (Internet Protocol) IP.

Ορισμός όπως στο βιβλίο 3. Επίπεδο Μεταφοράς (Transport layer)

Ισχύει γενικά ό,τι και στο 4ο επίπεδο του OSI (Μεταφοράς). Το επίπεδο μεταφοράς του TCP/IP μπορεί να παρέχει, μέσω διαφορετικών πρωτοκόλλων, υπηρεσίες προσανατολισμένες σε σύνδεση (connection oriented) ή χωρίς σύνδεση (connectionless). Οι υπηρεσίες με σύνδεση βασίζονται σε λογικές συνδέσεις οι οποίες αποκαθίστανται, διατηρούνται μεταφέροντας δεδομένα και τερματίζονται. Σε αυτές τις συνδέσεις παρέχεται αξιοπιστία στην επικοινωνία με τον έλεγχο ροής, τον τεμαχισμό, αρίθμηση και την επανασύνθεση των μηνυμάτων με τη σωστή σειρά και τον έλεγχο/διόρθωση των σφαλμάτων. Υπηρεσίες με σύνδεση παρέχει το πρωτόκολλο ελέγχου μετάδοσης (Transmission Control Protocol) TCP. Στις υπηρεσίες χωρίς σύνδεση ή ασυνδεσμικές, δεν υπάρχει η έννοια της λογικής σύνδεσης ούτε παρέχεται αξιοπιστία. Είναι όμως απλούστερες και χωρίς πολλές καθυστερήσεις. Τέτοιες υπηρεσίες παρέχει το πρωτόκολλο αυτοδύναμων πακέτων χρήστη (User Datagram Protocol) UDP.

Ορισμός όπως στο βιβλίο 4. Επίπεδο Εφαρμογής (Application layer)

Περιλαμβάνει όλα τα πρωτόκολλα των γνωστών υπηρεσιών του Διαδικτύου όπως απομακρυσμένη σύνδεση τερματικού (TELNET), μεταφορά αρχείων (FTP), ηλεκτρονικό ταχυδρομείο (SMTP/POP3/IMAP), τα νεώτερα DNS για την αντιστοίχηση ονομάτων υπολογιστών με τις διευθύνσεις τους στο δίκτυο, HTTP, το πρωτόκολλο μεταφοράς ιστοσελίδων του World Wide Web και πολλά άλλα.

Πού «κάθεται» το υλικό και πού το λογισμικό

Σε ένα τοπικό δίκτυο τεχνολογίας Ethernet – TCP/IP:

Φυσικό επίπεδο

Ό,τι έχει να κάνει με σήματα, καλώδια, συνδετήρες (connectors) ανήκει σαφώς στο φυσικό επίπεδο.

Κάρτα δικτύου

Επειδή είναι σύνθετο υλικό και ενσωματώνει κυκλώματα με «στοιχειώδη εξυπνάδα», μπορεί να δημιουργεί και να αντιλαμβάνεται πλαίσια. Μαζί με τον οδηγό της καλύπτει το φυσικό και το επίπεδο ζεύξης δεδομένων του OSI.

Λειτουργικό σύστημα

Τα επίπεδα Διαδικτύου και Μεταφοράς αποτελούν μέρος του λειτουργικού συστήματος, κυρίως του πυρήνα.

Εφαρμογές

Όλες οι δικτυακές εφαρμογές (ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, πλοήγηση ιστοτόπων, μεταφορά αρχείων κ.λπ.) ανήκουν στο επίπεδο εφαρμογής.

Το επίπεδο πρόσβασης δικτύου περιλαμβάνει: τα καλώδια διασύνδεσης, τους συνδετήρες (connectors), υποδοχές (πρίζες δικτύου), κάρτες δικτύου, παθητικό δικτυακό εξοπλισμό όπως υλικό διαχείρισης και συγκέντρωσης καλωδίων, επαναλήπτες (repeater hubs), μεταγωγείς (switching hubs) κτλ, όχι όμως δρομολογητές (routers). Επιπλέον, και οι οδηγοί (drivers) των καρτών/ελεγκτών δικτύου εντάσσονται στο ίδιο επίπεδο, το 2ο του OSI.

Κλασική ερώτηση εξετάσεων: «Σε ποιο επίπεδο λειτουργεί η κάρτα δικτύου;» → Φυσικό και ζεύξης δεδομένων (μαζί με τον οδηγό της). «Οι πρίζες δικτύου;» → Φυσικό επίπεδο. «Ο δρομολογητής;» → Επίπεδο Δικτύου/Διαδικτύου, δεν ανήκει στο επίπεδο πρόσβασης δικτύου.

Το TCP/IP έχει 4 επίπεδα: Πρόσβασης Δικτύου, Διαδικτύου, Μεταφοράς, Εφαρμογής.

Το επίπεδο Διαδικτύου παρέχει μόνο υπηρεσία χωρίς σύνδεση — βασικό πρωτόκολλο το IP.

Το επίπεδο Μεταφοράς παρέχει και τα δύο: με σύνδεση (TCP) και χωρίς σύνδεση (UDP).

Η αντιστοίχιση με το OSI ισχύει σε γενικές γραμμές και όχι απολύτως.