Основы TCP/IP

Интернет-связь не работает за счет одного большого механизма.

Когда вы открываете сайт, отправляете почту или приложение подключается к серверу, вместе работают несколько правил связи.

Базовая идея для этого — TCP/IP.

В названии TCP/IP есть TCP и IP, но на практике это слово не означает только TCP и IP. Оно используется как название набора коммуникационных протоколов интернета, то есть базовых механизмов связи в целом.

В этой статье TCP/IP рассматривается не как подробная спецификация, а как вход в понимание общей картины интернет-связи.

Что такое TCP/IP

TCP/IP — это базовый набор протоколов, используемый для связи в интернете.

Протокол — это правило связи. Нужны правила о том, как указывать назначение, какими единицами отправлять данные, что делать при потере, в каком формате приложения обмениваются данными.

В TCP/IP связь рассматривают по ролям.

Так интернет-связь строится на IP, TCP, UDP и сочетается с DNS, HTTP, TLS и другими механизмами.

IP направляет к назначению

IP означает Internet Protocol.

Центральная роль IP — направлять связь к назначению с помощью IP-адресов. В интернете IP-адреса используются для различения устройств и серверов.

Например, когда браузер связывается с Web-сервером, пакеты в итоге отправляются к IP-адресу назначения. Промежуточные роутеры смотрят, в частности, на IP-адрес назначения и решают, куда отправить пакет дальше.

Однако IP — механизм для направления к назначению, и сам по себе он не гарантирует надежность всей связи.

Один IP недостаточно обрабатывает такие вопросы:

• дошли ли данные
• пришли ли данные в правильном порядке
• нужно ли повторно отправлять потерянные данные
• какому приложению внутри одного устройства передать данные

Для этого участвуют TCP, UDP, номера портов и протоколы верхнего уровня.

TCP делает акцент на надежности

TCP означает Transmission Control Protocol.

TCP — механизм, который облегчает точную обработку данных. Он устанавливает соединение с другой стороной, проверяет, дошли ли отправленные данные, повторно отправляет потерянные данные и выстраивает данные в правильном порядке.

Поэтому TCP подходит для связи, где проблема возникает при потере или нарушении порядка данных.

Однако TCP — не механизм, который делает все быстрее. Из-за подтверждений и повторных отправок задержка может увеличиваться в зависимости от состояния сети.

TCP важен там, где надежность важнее минимальной задержки.

UDP делает акцент на легкости и гибкости

UDP означает User Datagram Protocol.

UDP не выполняет на уровне самого протокола установление соединения, подтверждение доставки, управление порядком и повторную отправку так, как TCP. За счет этого он легче и дает приложению больше свободы проектировать нужное управление.

UDP используется там, где важны реальное время и гибкое управление.

UDP не означает «плохая связь, потому что ей нельзя доверять». UDP сам по себе уменьшает число гарантий и оставляет нужное управление приложению или верхнему механизму.

Существуют механизмы вроде QUIC, которые используют UDP как основу, но самостоятельно реализуют надежность и шифрование.

Номер порта различает приложения

IP-адрес показывает положение другой стороны в сети. Но внутри одного устройства или сервера одновременно работают несколько приложений и сервисов.

Поэтому одного IP-адреса недостаточно, чтобы понять, какому приложению передать связь.

Для этого используются номера портов.

Например, если на одном сервере работают Web, DNS и почта, их можно различать разными номерами портов.

Даже если TCP и UDP используют один и тот же номер, это разные виды связи. То есть TCP 443 и UDP 443 используют одно число «443», но это не одна и та же связь.

DNS, HTTP и TLS тоже работают поверх TCP/IP

При просмотре сайта связь не завершается только IP, TCP и UDP.

Люди обычно указывают сайт не IP-адресом, а доменным именем. Поэтому сначала DNS ищет IP-адрес, соответствующий доменному имени.

Когда IP-адрес известен, браузер подключается к назначению. Для получения Web-страницы используется HTTP. В HTTPS HTTP-связь защищается TLS.

Важно, что эти механизмы не конкурируют, а делят роли.

Например, HTTPS — это HTTP, защищенный TLS. И чаще всего ниже него используются TCP или UDP и IP.

Поток при открытии Web-страницы

С точки зрения TCP/IP открытие Web-страницы можно кратко разложить так:

На практике участвуют кэш, CDN, балансировщики нагрузки, повторное использование существующих соединений и другое. Поэтому не каждый раз все происходит полностью с нуля и строго в одинаковом порядке.

Но как основа полезно думать, что DNS, IP, TCP/UDP, TLS и HTTP выполняют разные роли.

TCP/IP и анонимность

TCP/IP — не механизм анонимизации. Это основа, которая позволяет связи работать в интернете.

Поэтому информация, необходимая для связи, может быть видна на маршруте или стороне назначения.

HTTPS и TLS помогают защищать содержимое связи. Но IP-адрес, объем связи, время связи и отношения с назначением не исчезают полностью.

При размышлении об анонимности нужно разделять содержание связи и внешнюю информацию, необходимую для ее работы.

Итоги

TCP/IP — базовый набор протоколов, благодаря которому работает интернет-связь.

IP направляет связь к назначению с помощью IP-адресов. TCP устанавливает соединение и делает акцент на надежности через подтверждения, повторную отправку и управление порядком. UDP уменьшает число гарантий и делает акцент на легкости и гибкости.

Номера портов используются, чтобы различать, какому приложению или сервису внутри одного устройства или сервера передать связь.

DNS, HTTP и TLS тоже работают поверх TCP/IP и делят роли. При открытии Web-страницы DNS ищет IP-адрес, IP направляет к назначению, TCP или UDP обрабатывает доставку, в HTTPS TLS защищает связь, а HTTP передает содержимое страницы.

TCP/IP — не технология анонимизации. Для работы связи обрабатываются IP-адреса, номера портов, протоколы связи, объем, время и другая информация.

Если понимать эту основу, легче изучать DNS, HTTP/HTTPS, TLS, VPN, Tor, журналы связи и понимать, о каком уровне и о какой информации идет речь.

Связанные инструменты

Связанные статьи