Уровневые протоколы и модель взаимодействия открытых систем 6 страница

В 2000 г. был принят стандарт IEEE 802.1Q, который заложил основу для взаимодействия оборудования различных производителей, создал предпосылки к массовому использованию ВЛКС. Каждый кадр в этом стандарте несет информацию о неотъемлемой привязке к определенной ВЛКС. Основные этапы развития ВЛКС пройдены, реализован ряд специфических технологий, которые частично решают задачу расширения потребителей ВЛКС. Однако существует ряд недоработок, которые делают применение технологии ВЛКС неудобным и трудоемким в вопросах администрирования процессом. Очень большая область использования этой технологии отдается на откуп производителю оборудования. Это тормозит процесс внедрения ВЛКС и не дает возможности их использования на том уровне, который теоретически заложен в ВЛКС.

Основным и важным недостатком ВЛКС является то, что для коммутаторов разных фирм возможности поддержки виртуальных сетей существенно отличаются и несовместимы между собой. Это приводит к тому, что при возникновении проблем требуется больше времени для анализа и выявления неисправного участка, уменьшается эффективность в регулировании трафика по физическим каналам.

Можно утверждать, что доработка новых стандартов ВЛКС с возможностью взаимодействия между различными производителями, разработка более эффективного их применения в условиях повышенных требований корпоративных сетей к минимизации затрат на новые технологии при создании эффективных программ администрирования приведет к широкому применению ВЛКС.

 

5. ГЛОБАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

 

5.1. Принципы построения и функции ГКС

 

Глобальные компьютерные сети (их называют также территориальными компьютерными сетями), появление которых обусловлено достижениями научно-технического прогресса и объясняется потребностью в обмене информацией, стали неотъемлемой частью осуществления программ сотрудничества между странами. Типичными абонентами ГКС являются локальные сети организаций (предприятий, компаний и т.д.), расположенных друг от друга на значительных расстояниях и нуждающихся в обмене информацией. Услугами ГКС пользуются и отдельные компьютеры. Созданием глобальных сетей обычно занимаются крупные телекоммуникационные компании и реже - крупные корпорации для своих внутренних потребностей. Компания, поддерживающая нормальную работу сети, называется оператором, а компания, оказывающая платные услуги абонентам сети, - поставщиком услуг, или провайдером. Владелец, оператор и поставщик могут представляться одной компанией. Кроме ГКС функционируют и другие виды территориальных сетей передачи информации - телефонные, телеграфные, телексные.

На характере развития сетевых структур в большой степени отражаются общие мировые тенденции развития КС. Одна из них - тенденция объединения в той или иной форме различных сетевых структур, обусловленная необходимостью предоставления пользователям возможности связи с ЛКС или компьютером, находящимся в любой точке планеты (в современном мире это важное условие конкурентной способности предприятия, оказывающего телекоммуникационные услуги).

Процессу объединения сетей способствует развитие их архитектуры в направлении создания национальных и международных ассоциаций систем компьютерной связи, в которых используются ЭВМ, изготовленные различными производителями и управляемые различными ОС. Это стало возможно, так как в основу моделей и архитектуры сетей положены международные стандарты. В результате в настоящее время во всех странах выпускаются в основном разнообразные аппаратные и программные средства территориальных глобальных и локальных сетей нового типа - открытых сетей, удовлетворяющих требованиям международных стандартов.

В основу архитектуры сетей положен многоуровневый принцип передачи сообщений. Формирование сообщения осуществляется на самом верхнем уровне модели ВОС. Затем (при передаче) оно последовательно проходит все уровни системы до самого нижнего, где и передается по каналу связи адресату. По мере прохождения каждого из уровней системы сообщение трансформируется, разбивается на сравнительно короткие части, которые снабжаются дополнительными заголовками, обеспечивающими информацией аналогичные уровни на узле адресата. В этом узле сообщение проходит от нижнего уровня к верхнему, снимая с себя заголовки. В результате адресат принимает сообщение в первоначальном виде.

В ГКС управление обменом данных осуществляется протоколами верхнего уровня модели ВОС. Независимо от внутренней конструкции каждого конкретного протокола верхнего уровня, для них характерно наличие общих функций: инициализация связи, передача и прием данных, завершение обмена. Каждый протокол имеет средства для идентификации любой рабочей станции сети по имени, сетевому адресу или по обоим этим атрибутам. Активизация обмена информации между взаимодействующими узлами начинается после идентификации узла адресата узлом, инициирующим обмен данными. Инициирующая станция устанавливает один из методов организации обмена данными: метод дейтаграмм или метод сеансов связи. Протокол представляет средства для приема/передачи сообщений адресатом и источником. При этом обычно накладываются ограничения на длину сообщений.

Возможности и конкурентоспособность любой КС определяются прежде всего ее информационными ресурсами - знаниями, данными, программами, которые сеть представляет пользователям. Естественно, что эти ресурсы должны как можно шире охватывать те области, в которых работают пользователи сети. Кроме того, они должны непрерывно обновляться и пополняться.

По мере развития сетей расширяется перечень предоставляемых ими услуг и повышается их интеллектуальный уровень.

К числу наиболее распространенных услуг, предоставляемых современными ГКС, относятся:

- телекоммуникационные (транспортные): обмен сообщениями в режиме "электронная почта" как между пользователями одной сети, так и между пользователями различных сетей; обмен сообщениями между участниками телеконференций и телесеминаров; организация электронных бюллетеней новостей (электронных досок объявлений); организация диалога и обмен сообщениями двух абонентов в режиме "запрос-ответ"; передача больших массивов - файлов; размножение сообщений и передача их по заранее подготовленному списку; приоритетное обслуживание сообщений согласно категориям срочности; организация замкнутых групп абонентов (подсетей) для взаимного обмена информацией только в рамка группы; доставка факсимильных сообщений; переадресация сообщений в случае изменения адреса получателя информации; выдача копий сообщений по запросам абонентов и др.;

- вычислительные: удовлетворение запросов абонентов сети, требующих больших объемов работ по обработке информации;

- информационные: поиск информации по вопросам, интересующим абонентов;

- консультационные: консультации по информационному и программному обеспечению сети, консультации по технологии использования общесетевых ресурсов, обучение навыкам работы с компьютером и другими техническими средствами и др.;

- технические: установка программного обеспечения, установка и тестирование модемов и др.;

- рекламные: размещение рекламы в электронных конференциях и семинарах.

В основном ГКС используется для предоставления транспортных услуг, характерных для трех нижних уровней модели ВОС. Однако по мере развития глобальных сетей удельный вес других услуг, относящихся к верхним уровням этой модели (эти услуги называются высокоуровневыми), имеет устойчивую тенденцию к повышению. Это связано в первую очередь с использованием и развитием сети Internet. Высокоуровневые (прежде всего информационные и вычислительные) услуги этой сети оказывают огромное влияние на работу как предприятий, так и индивидуальных пользователей сети. Технологии Internet все в большей степени проникают в локальные и особенно в корпоративные сети. Появился даже специальный термин - intranet, применяемый в тех случаях, когда технология Internet переносится в корпоративную сеть.

В отличие от локальных сетей, в составе которых имеются свои высокоскоростные каналы передачи информации, глобальная (а также региональная и, как правило, корпоративная) сеть включает подсеть связи (иначе: территориальную сеть связи, систему передачи информации), к которой подключаются локальные сети, отдельные компьютеры и терминалы (средства ввода и отображения информации). Подсеть связи состоит из каналов передачи информации и коммуникационных узлов, которые предназначены для передачи данных по сети, выбора оптимального маршрута передачи информации, коммутации пакетов и реализации ряда других функций с помощью компьютера (одного или нескольких) и соответствующего программного обеспечения, имеющихся в коммуникационном узле. Компьютеры, за которыми работают пользователи-клиенты, называются рабочими станциями, а компьютеры, являющиеся источниками ресурсов сети, предоставляемых пользователям, называются серверами. Такая структура сети получила название узловой.

 

5.2 Типовая структура глобальной сети

 

Приведена на рис.1. Территориальная сеть связи включает ряд коммуникационных узлов (КУ), связанных между собой высокоскоростными магистральными линиями связи - выделенными аналоговыми или цифровыми. Коммуникационные узлы устанавливаются в тех пунктах, где требуются ответвления или слияние потоков данных конечных абонентов. Абоненты обычно подключаются к сети с помощью выделенных каналов связи с меньшей производительностью, чем у магистральных каналов. Допускается использование и коммутируемых каналов, хотя качество транспортных услуг при этом ухудшается.

Глобальные сети отличаются гораздо большим разнообразием конечных узлов по сравнению с ЛКС (основные их типы показаны на рис.1). Конечные узлы вырабатывают данные для передачи в глобальной сети, для которой они являются устройствами типа DTE (Data Terminal Equipment) - портом маршрутизатора или удаленного моста (на рис.1 мосты не показаны). Удаленные мосты строят таблицы МАС-адресов и принимают решение - передавать кадры в ТСС или нет. Маршрутизаторы определяют маршрут для передачи пакета следующему маршрутизатору.

Мультиплексоры обеспечивают совмещение в рамках одной ТСС компьютерного и голосового трафика. При передаче голосовые данные от АТС поступают в мультиплексор, где упаковываются в кадры или пакеты территориальной сети и отправляются в эту сеть. На приемной стороне мультиплексор должен распознать тип данных, находящихся в пакете, - это замеры голоса или компьютерные данные - и отсортировать их по своим выходам. Голосовые данные направляются в АТС, а компьютерные - через маршрутизатор в ЛКС. Если ГКС поддерживают приоритезацию трафика, то кадрам голосового трафика мультиплексор присваивает наивысший приоритет, с тем чтобы эти кадры в коммуникационных узлах обрабатывались в первую очередь.

В глобальной сети строго описан и стандартизован интерфейс "пользователь-сеть" (User-to-Network Interface, UNI), с тем чтобы пользователи могли подключаться к сети с помощью коммуникационного оборудования любого производителя, соблюдающего этот стандарт. Что касается протоколов взаимодействия коммутаторов внутри сети, называемых интерфейсом "сеть-сеть" (Network-to-Network Interface, NNI), то они стандартизуются не всегда. Для подключения сети к устройствам DTE имеется несколько стандартных интерфейсов, представляющих собой стандарты физического уровня. Эти интерфейсы обеспечивают передачу данных со скоростями от 300 бит/с до нескольких мегабит в секунду на небольшие расстояния (15 - 20 м), что вполне достаточно для удобного размещения маршрутизатора или модема. Наиболее популярным низко- и среднескоростным интерфейсом является интерфейс RS-232С/V.24, поддерживающий как асинхронный, так и синхронный режимы работы. Он позволяет подключить к компьютеру не только коммуникационное устройство (модем, маршрутизатор), но и такие периферийные устройства, как мышь, графопостроитель и др.

 

5.3. Типы ГКС

 

Наиболее подходящим режимом работы глобальной сети, приведенной на рис.1, является режим коммутации пакетов. Его предпочтительность для связи локальных сетей подтверждается не только производительностью сети, оцениваемой суммарным трафиком, передаваемым в единицу времени, но и стоимостью предоставляемых услуг: при равенстве скорости доступа в сеть ГКС с коммутацией пакетов в 2 - 3 раза дешевле сети с коммутацией каналов (т.е. публичной телефонной сети). Поэтому при создании корпоративной сети (организации, предприятия) с рассредоточенными элементами, необходимо стремиться к построению или использованию имеющейся ТСС с территориально распределенными коммутаторами пакетов.

В зависимости от того, какие компоненты используются для построения глобальных связей, различают следующие типы сетей:

- глобальные сети с выделенными каналами связи;

- глобальные сети с коммутацией каналов;

- глобальные сети с коммутацией пакетов.

В глобальных сетях с выделенными каналами выделенные (арендуемые) каналы предоставляются телекоммуникационными компаниями, владеющими каналами дальней связи, или телефонными компаниями, которые сдают в аренду каналы обычно в пределах города или района. Выделенные каналы применяются при построении магистральных связей между крупными ЛКС. Однако при большом количестве объединяемых удаленных ЛКС и интенсивном смешанном трафике между ними их применение приводит к большим затратам.

Используется ряд типов выделенных каналов - от аналоговых каналов тональной частоты с полосой пропускания 3,1 кГц до цифровых каналов технологии SDH с пропускной способностью 155 и 622 Мбит/с.

При передаче данных по выделенным аналоговым каналам используются модемы, работающие на основе методов аналоговой модуляции - амплитудной, частотной, фазовой (см. гл. 9). Модемы стандартизированы по скорости передачи данных и методу модуляции, по способам исправления ошибок, по способам сжатия данных. Модемы различаются по реализуемым режимам работы: модемы, работающие только в асинхронном режиме; модемы, работающие только в синхронном режиме; асинхронно-синхронные модемы, являющиеся наиболее универсальными устройствами.

Цифровые выделенные линии образуются путем постоянной коммутации в первичных сетях, построенных на базе аппаратуры, которая реализует принцип разделения канала во времени (TDM). Существуют две технологии передачи данных по таким линиям - североамериканская и европейская, ставшая международной.

В американском стандарте используются цифровые каналы типа Т1, Т2 и Т3 и реализуется идея образования каналов с иерархией скоростей. Аппаратура Т1 позволяет в цифровом виде мультиплексировать, передавать и коммутировать данные по 24 каналам. Каждый канал образует цифровой поток данных 64 кбит/с. Мультиплексоры Т1 сами осуществляют оцифровывание голоса с частотой 8 кГц и кодирование голоса с помощью импульсно-кодовой модуляции. Канал Т2 образуется путем объединения четырех каналов Т1, он обеспечивает передачу данных со скоростью 6,312 Мбит/с. Объединение семи каналов Т2 образует канал Т3, передающий данные со скоростью 44,736 Мбит/с. Взаимодействие аппаратуры Т1, Т2 и Т3 позволяет образовать иерархическую сеть с магистральными и периферийными каналами трех уровней скоростей. При этом передается не только голос, но и любые данные в цифровой форме - компьютерные данные, телевизионное изображение, факсы и т.п.

В международном стандарте аналогом каналов Т являются каналы типа Е1, Е2 и Е3 со скоростями соответственно 2,048 Мбит/с, 8,488 Мбит/с и 34,368 Мбит/с. На практике используются в основном каналы Т1, Е1, Т3 и Е3.

Для передачи компьютерных данных по выделенным аналоговым или цифровым каналам применяются протоколы канального уровня РРР, SLIP, HDLC.

Протокол PPP (Point-to-Point Protocol, протокол "точка-точка") как часть стека TCP/IP применяется для передачи кадров по последовательным каналам связи. Он в наибольшей степени подходит для современных выделенных каналов и стал фактическим стандартом при соединении удаленных пользователей с серверами и для образования соединений между маршрутизаторами в корпоративной сети. Это наиболее распространенный протокол из трех отмеченных протоколов.

Протокол SLIP (Serial Line IP) выполняет единственную функцию: из последовательности передаваемых по последовательному каналу бит выделяет границы IP-пакета. Следовательно, для установления связи по этому протоколу компьютеры должны иметь информацию об IP-адресах друг друга. Протокол не имеет механизмов передачи адресной информации, идентификации, определения и коррекции ошибок.

Протокол HDLC (Highlevel Data Link Control), имеющий статус стандарта, реализует ряд функций: режим логического соединения, контроль искаженных и потерянных кадров и их восстановление, управление потоком кадров. Однако с использованием цифровых каналов и современных модемов протокол HGLC потерял свое значение, и в настоящее время на выделенных каналах вытеснен протокол РРР.

Объединение локальных сетей с помощью выделенных каналов осуществляется маршрутизаторами и удаленными мостами.

Глобальные сети с коммутацией каналов строятся на базе традиционных аналоговых телефонных сетей и цифровых сетей с интеграцией услуг ISDN.

Сети ISDN и телефонные сети, построенные на цифровых коммутаторах, во многом свободны от недостатков традиционных аналоговых телефонных сетей (низкое качество составного канала, большое время установления соединения). Однако по - прежнему оплата за использование сети идет не за объем переданного трафика, а за время соединения. Тем не менее сети с коммутацией каналов остаются широко распространенными. Для массовых абонентов, работающих дома, телефонная связь оказывается единственным подходящим видом глобальной службы связи из соображений доступности и стоимости.

Передача данных по аналоговым коммутируемым телефонным каналам осуществляется с использованием модемов, которые поддерживают процедуру автовызова абонента и работают по 2-проводному окончанию. Используются те же модели модемов, что и для выделенных каналов.

Для сетей ISDN основным режимом коммутации является режим коммутации каналов, а данные обрабатываются в цифровой форме. Абонентами этих сетей обычно являются компьютеры или локальные сети, подключаемые к сети с помощью маршрутизаторов или удаленных мостов. В архитектуре сети ISDN предусмотрен ряд видов служб: передача по выделенным цифровым каналам, передача голоса по коммутируемым каналам, передача данных по коммутируемым каналам, передача данных с коммутацией пакетов, передача данных с трансляцией кадров (Frame Relay), контроль и управление сетью. Стандарты ISDN описывают также ряд услуг прикладного уровня: факсимильная связь, телексная связь, видеотекс и др. Несмотря на такое разнообразие услуг сети ISDN в настоящее время используются в основном как скоростные и надежные сети с коммутацией каналов.

Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов (X.25, Frame Relay, ATM, TCP/IP) являются основным средством для передачи любой информации - компьютерных данных, акустических сигналов, телевизионных видеоданных, факсимильных данных (это утверждение справедливо не для всех типов сетей с коммутацией пакетов).

В глобальных сетях с коммутацией пакетов, кроме TCP/IP, используется оригинальная техника маршрутизации пакетов, основанная на создании виртуальных каналов двух типов, - коммутируемых виртуальных каналов (SVC) и постоянных виртуальных каналов (PVC). Эта техника позволяет реализовать два режима продвижения пакетов - стандартный режим маршрутизации пакета на основании адреса назначения (этот режим используется для маршрутизации только одного, -первого пакета из числа передаваемых, он необходим для установления соединения) и режим коммутации пакетов на основании номера виртуального канала. Таким образом, операции маршрутизации и коммутации пакетов разделяются: первый пакет прокладывает виртуальный канал, настраивая промежуточные коммутаторы, а остальные пакеты проходят по виртуальному каналу в режиме коммутации.

Технология работы сетей связи X.25, Frame Relay и ATM, их оценка и области применения рассмотрены в юните 2. Там же указаны преимущества и недостатки использования виртуальных каналов (каналов с соединением).

 

5.4. Сеть Internet. Семейство протоколов TCP/IP

 

История создания всемирной глобальной сети Internet началась с 1969 года, когда в Калифорнийском университете был установлен первый узел сети, получившей название ARPAnet (по имени компании, финансировавшей проект) и были созданы научно-практические основы для построения сети с коммутацией пакетов.

Перед разработчиками была поставлена задача - создать коммуникационную отказоустойчивую сеть, которая могла бы продолжать работу даже в случае отказа большей ее части. В сети должен быть предусмотрен механизм контроля пакетов и их доставки адресатам. По сути проект был военным, хотя его реализация осуществлялась и научными университетами. В начале 80-х годов к ARPAnet были подключены первые локальные сети, выбран, адаптирован и принят для работы набор протоколов Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP). С этого времени сеть стала называться Internet.

До 1995 г., когда сеть Internet контролировалась компанией National Science Foundation (NSF), она имела строго иерархическую трехуровневую структуру. На верхнем (первом) уровне находилась базовая высокоскоростная магистраль, к которой подключались сети второго уровня - региональные поставщики услуг доступа в Internet. К сетям регионального уровня подключались сети третьего, локального уровня (сети предприятий, учебных заведений, научных учреждений и др.).

По мере развития Internet и особенно с появлением гипертекстовой системы WWW (World Wide Web) она значительно увеличилась, превратилась в коммерческую сеть, и связи перестали представлять трехуровневую иерархическую структуру. Теперь Internet имеет типичную для глобальных сетей узловую структуру. Она представляет собой совокупность взаимосвязанных коммуникационных центров, к которым подключаются региональные поставщики сетевых услуг и через которые осуществляется их взаимодействие. Следовательно, с точки зрения пользователя, в сети Internet выделяются поставщики услуг, поддерживающие необходимую информацию на серверах, и потребители этих услуг - клиенты. Взаимодействие поставщиков и клиентов осуществляется через коммуникационную систему.

В настоящее время темпы роста Internet только увеличились. Сеть насчитывает десятки миллионов подключенных клиентских компьютеров, рассредоточенных по различным континентам и странам.

Протоколы семейства TCP/IP были выбраны за основу сети Internet по ряду причин: возможность работы с этими протоколами как в локальных (LAN), так и в глобальных (WAN) сетях; способность протоколов управлять большим количеством стационарных и мобильных пользователей; удобство для использования пользователями; обеспечение высокого уровня взаимодействия между различными операционными системами; предоставление средств для разработки на их основе приложений и т.д.

В сущности в комплекс протоколов Internet входит множество протоколов (FTP, TELNET, ARP и др.), но наиболее известные из них TCP и IP, поэтому, ссылаясь на этот комплекс протоколов, используют термин TCP/IP - технологию межсетевого взаимодействия. Часть протоколов семейства TCP/IP обеспечивает выполнение низкоуровневых сетевых функций (работа с аппаратными протоколами, поддержка механизма доставки пакетов адресатам, обеспечение достоверности и надежности соединения взаимодействующих узлов и др.), а другая часть - выполнение прикладных задач (передача файлов между компьютерами сети, отправка электронной почты, чтение гипертекстовой страницы WWW-сервера).

Главное отличие сети Internet от других сетей заключается именно в ее протоколах TCP/IP, охватывающих целое семейство протоколов взаимодействия между компьютерами сети. TCP/IP - это технология межсетевого взаимодействия, технология сети Internet. Сеть, реализующая эту технологию, называется "internet". Если же речь идет о глобальной сети, объединяющей множество сетей с технологией "internet", то ее называют "Internet".

Протокол TCP/IP состоит из двух частей - IP и TCP.

Протокол IP (Internet Protocol - межсетевой протокол) является главным протоколом семейства, он реализует распространение информации в IP-сети и выполняется на третьем (сетевом) уровне модели ВОС. Протокол IP обеспечивает дейтаграммную доставку пакетов, его основная задача - маршрутизация пакетов. Он не отвечает за надежность доставки информации, за ее целостность, за сохранение порядка потока пакетов. Сети, в которых используется протокол IP, называются IP-сетями. Они работают в основном по аналоговым каналам (т.е. для подключения компьютера к сети требуется IP-модем) и являются сетями с коммутацией пакетов. Пакет здесь называется дейтаграммой.

Высокоуровневый протокол TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей) работает на транспортном уровне и частично на сеансовом уровне модели ВОС. Это протокол с установлением логического соединения между отправителем и получателем. Он обеспечивает сеансовую связь между двумя узлами с гарантированной доставкой информации, осуществляет контроль целостности передаваемой информации, сохраняет порядок потока пакетов. Протокол ТСР делит поток байт на сегменты и передает их сетевому уровню. На приемной стороне этот протокол снова собирает сегменты в непрерывный поток байт.

Для компьютеров протокол TCP/IP - это как правила разговора для людей. Он принят в качестве официального стандарта в сети Internet, т.е. сетевая технология TCP/IP де-факто стала технологией всемирной сети.

Протокол TCP/IP основывается на концепции одноранговых сетей. Все рабочие станции, соединенные при помощи этого протокола, имеют одинаковый статус. Однако любая из них, располагая соответствующими средствами, может временно выполнять дополнительные функции, связанные, например, с управлением ресурсами сети. Ключевую часть протокола составляет схема маршрутизации пакетов, основанная на уникальных адресах сети Internet. Каждая рабочая станция, входящая в состав локальной или глобальной сети, имеет уникальный адрес, который включает две части, определяющие адрес сети и адрес станции внутри сети. Такая схема позволяет передавать сообщения как внутри данной сети, так и во внешние сети. Часть протокола TCP/IP, отвечающая за распознавание адреса, называется IRP (протокол распознавания адреса).

 

5.5. Многоуровневая структура протоколов TCP/IP

 

Семейство протоколов (или стек протоколов) ТCP/IP имеет четыре ярко выраженных уровня:

I - прикладной уровень;

II - транспортный (основной) уровень;

III - сетевой уровень (уровень межсетевого взаимодействия);

IV - канальный уровень (уровень сетевых интерфейсов).

Каждый уровень выполняет свои функции по решению основной задачи - организации надежной и эффективной работы составной сети, т.е. совокупности нескольких сетей, построенных на основе разных сетевых технологий и соединенных между собой маршрутизаторами. Протокол на более высоком уровне при своей работе использует сервисы, предоставляемые протоколами более низкого уровня.

С помощью многоуровневой модели стека TCP/IP проблема перемещения информации между взаимодействующими компьютерами через среду сети разбивается на более мелкие и более легче разрешимые проблемы. Каждый уровень относительно автономен, т.е. его функции можно представить независимо от других уровней. Многоуровневая модель данной АС исключает прямую связь между соответствующими уровнями модели другой АС. Эта связь осуществляется через услуги, предоставляемые данному уровню модели со стороны смежных уровней.

Модель стека TCP/IP была разработана до появления модели ВОС, поэтому соответствие уровней этого стека уровням модели ВОС (см. рис.2) носит условный характер. В многоуровневой архитектуре TCP/IP можно выделить уровни сетезависимые и независимые от конкретной технической реализации сети. Протоколы прикладного уровня являются сетенезависимыми. Они работают на компьютерах, выполняющих прикладные программы пользователей, и даже полная смена сетевого оборудования в общем случае не влияет на работу приложений. Протоколы транспортного уровня уже зависят от сети, так как они взаимодействуют с уровнями, непосредственно организующими передачу данных по сети. Протоколы двух нижних уровней являются полностью сетезависимыми и программные модули, реализующие эти протоколы, устанавливаются как на конечных узлах составной сети (на РС), так и на маршрутизаторах. Программные модули, реализующие протоколы прикладного и транспортного уровней, устанавливаются только на конечных узлах.

Каждый протокол стека TCP/IP оперирует со своей единицей передаваемых данных, названия которых либо стандартизированы, либо определяются традиционно (см. рис.3). От прикладного уровня к транспортному данные поступают в виде потока. На транспортном уровне протоколами TCP и UDР из потока нарезаются сегменты или дейтаграммы. Под дейтаграммой понимается единица данных, которыми оперируют протоколы без установления соединений (дейтаграммные протоколы). К ним относится и протокол IP сетевого уровня. На сетевом уровне протоколом IP дейтаграмма преобразуется в пакет. Наконец, на канальном уровне пакеты преобразуются в кадры (фреймы). Кадрами принято называть единицы данных, на основе которых IP-пакеты переносятся через подсети составной сети. Каждая единица данных состоит из заголовка и собственно данных. По мере перемещения данных сверху вниз на каждом уровне добавляется свой заголовок, т.е. каждый пакет более высокого уровня вкладывается в "конверт" протокола нижнего уровня (это напоминает вложенные друг в друга матрешки). На приемной стороне, где данные перемещаются снизу вверх, происходят обратные процессы: на каждом последующем уровне пакет освобождается от заголовка предыдущего уровня, так что к пользователю поступают только собственно данные. Таким образом, протокол - это система правил для работы с данными определенного формата, а формат данных определяется их заголовком (именно заголовок пакета данных определяет способ его обработки сетевым программным обеспечением).