Что такое TCP/IP и зачем они нужны

Что такое TCP/IP и зачем они нужны

Рассказ о протоколе, на котором работает весь интернет

В одной из предыдущих статей мы выяснили, что такое как таковой протокол в ИТ и зачем он нужен. Кратко так: 

  • Компьютеры могут общаться между собой.
  • Для этого им нужно договориться о языке общения — это и есть протокол.
  • Протоколы бывают физическими — какие вольты, амперы, радиочастоты и модуляции использовать оборудованию.
  • Протоколы бывают логическими — как понимать сигналы, закодированные в этих вольтах и модуляциях.
  • Существует целый стек протоколов — как многослойный пирог. В фундаменте там вольты и амперы, потом основы языка, потом сложные конструкции языка и на самой верхушке — как должны общаться приложения. Этот стек (или модель) называют OSI — Open Systems Interconnection Model.

Сегодня поговорим о протоколах TCP/IP — именно они отвечают за работу всего интернета и позволяют нам отправлять запросы на сервер в другой стране и получать в ответ гифки, музыку и всё остальное.

Коротко: что такое и зачем нужны TCP/IP

  1. TCP/IP — это названия протоколов, которые лежат в основе интернета. Благодаря им компьютеры обмениваются данными, не мешая друг другу.
  2. Оба протокола отвечают за передачу данных, но IP просто отправляет их в сеть, а TCP ещё следит за тем, чтобы эти данные попали по нужному адресу.
  3. В TCP встроено подтверждение получения, поэтому при хорошей связи данные точно дойдут до получателя.

Что такое TCP/IP

TCP/IP — общее стандартное название двух протоколов, TCP и IP. Они стоят рядом потому, что протокол TCP работает поверх IP, а вместе эти протоколы образуют универсальный стек протоколов передачи данных.

TCP — это протокол управления передачей (Transmission Control Protocol). Его задача — управлять отправкой данных и следить за тем, чтобы они были гарантированно приняты получателем. Именно гарантия получения данных и сделала этот протокол таким востребованным. Про гарантированную доставку расскажем чуть позже.

IP — протокол, который отвечает за адресацию: чтобы нужные данные долетели до нужного компьютера. Его основная задача — логически соединить компьютеры между собой, чтобы можно было отправлять данные от одного к другому. Для этого он выделяет IP-адреса, строит маршруты доставки пакетов, а главное — умеет организовать передачу данных с помощью пакетов. 

Получается так: 

  • IP-протокол знает, ЧТО нужно сделать, чтобы доставить данные от одного компьютера к другому; 
  • а TCP-протокол знает, КАК это сделать и при этом убедиться, что получатель точно получил все свои пакеты.

Что такое TCP/IP и зачем они нужны
Кто за что отвечает в связке TCP/IP

Пакетная передача данных

Когда один компьютер хочет передать что-то другому, то он не отправляет байт за байтом по очереди. Вместо этого он отправляет данные мелкими порциями, а получатель собирает из них исходные данные. Этим как раз занимаются протоколы — разбивают всё на части и склеивает заново, потому что каждый пакет пронумерован.

Пакет может быть размером от 1 до 64 килобайт, но в нём всегда есть несколько обязательных полей — по ним протокол понимает, кому какие данные нужно передать.

Что такое TCP/IP и зачем они нужны
Протокол IP разбивает исходные данные на пронумерованные пакеты
Что такое TCP/IP и зачем они нужны
В каждом пакете: адреса отправителя и получателя, служебная информация, номер пакета и сами данные. Так получатель сможет собрать исходные данные и ответить, что они дошли без потерь

Гарантированная доставка пакетов

Протокол TCP следит за тем, пришли к получателю отправленные данные или нет и нужно ли их отправить заново. Для этого в нём есть механизм подтверждения: после очередной порции данных получатель отправляет сигнал, что данные получены, а отправитель дожидается этого сигнала.

Если сигнала подтверждения нет, то протокол отправляет этот же пакет данных ещё раз — мало ли что. Если подтверждения нет несколько раз подряд, то протокол выдаёт сообщение об ошибке и закрывает соединение.

Что такое TCP/IP и зачем они нужны
Тут всё прошло удачно: получатель подтвердил доставку пакетов
Что такое TCP/IP и зачем они нужны
Тут получатель не принимает пакеты. Хорошо, что отправитель это вовремя понял

Но если подтверждать получение каждого пакета, то на это будет уходить очень много времени: при скорости сети в 100 мегабит в секунду реальная скорость передачи данных будет около 50 килобит в секунду. А всё потому, что отправитель не будет передавать новые данные, пока не получит подтверждение по предыдущему пакету. В итоге почти всё время сеть будет занята не передачей данных, а подтверждениями и подтверждениями подтверждений. 

Чтобы не было таких задержек, в протоколе предусмотрели кумулятивное и выборочное подтверждение:

  • В кумулятивном получатель подтверждает приём последнего пакета и всех предыдущих.
  • В выборочном — подтверждает диапазон пакетов, которые он получил. Если какого-то пакета нет в подтверждении, отправитель посылает его заново. Это одна из оптимизаций работы протокола, и в TCP таких оптимизаций много — благодаря им у нас шустрый интернет с быстрыми подтверждениями.

По умолчанию используется кумулятивное подтверждение, например, каждых 100 пакетов:

Что такое TCP/IP и зачем они нужны
Пример кумулятивного подтверждения отправки 100 пакетов

И что с того?

Связка протоколов TCP/IP делает так, чтобы мы могли отправить данные куда-то в интернет и они точно дошли. Всё это происходит быстро, незаметно для нас, где-то в глубинах наших компьютеров и телефонов. 

При этом связка TCP/IP — не единственная, которая бывает. Например, есть ещё UDP/IP, которая чаще используется в онлайн-играх и видеосозвонах — там нет подтверждения получения пакетов, просто данные льются без конца. 

Если вы не инженер или не разработчик сетевых систем, вам не нужно в этом разбираться — вы просто пользуетесь этим каждый день. Но зато теперь вы знаете, как это работает. 

Текст:

Михаил Полянин

Редактор:

Максим Ильяхов

Художник:

Алексей Сухов

Корректор:

Ирина Михеева

Вёрстка:

Кирилл Климентьев

Соцсети:

Виталий Вебер

Курс «C++ для бэкенда»
Если интересно делать быстрые высоконагруженные системы, посмотрите на программу курса «Яндекс Практикума». Понятная теория, тренажеры, поддержка ревьюеров и обучение в группе, всё как надо.
Посмотреть
Курс «C++ для бэкенда»
Курс «C++ для бэкенда»
Курс «C++ для бэкенда»
Курс «C++ для бэкенда»
Получите ИТ-профессию
В «Яндекс Практикуме» можно стать разработчиком, тестировщиком, аналитиком и менеджером цифровых продуктов. Первая часть обучения всегда бесплатная, чтобы попробовать и найти то, что вам по душе. Дальше — программы трудоустройства.
Начать карьеру в ИТ
Получите ИТ-профессию Получите ИТ-профессию Получите ИТ-профессию Получите ИТ-профессию
Еще по теме
Тысячи пользователей онлайн: как работать, когда у тебя высоконагруженный проект
Тысячи пользователей онлайн: как работать, когда у тебя высоконагруженный проект

Скорость решает.

easy
7 признаков хорошей ИТ-компании
7 признаков хорошей ИТ-компании

Это не гарантия, но надежда есть

easy
Как работает сортировка слиянием
Как работает сортировка слиянием

Одна из самых стабильных сортировок

medium
Компьютерная лингвистика. Как машины учатся понимать людей
Компьютерная лингвистика. Как машины учатся понимать людей

Конспект подкаста «Запуск завтра»

easy
Visual Studio Code: кому и зачем он нужен
Visual Studio Code: кому и зачем он нужен

Любимый редактор кода.

easy
Карьера в Selectel: приходите строить большие российские облака
Карьера в Selectel: приходите строить большие российские облака

Кто нужен, чтобы развивать российскую ИТ-инфраструктуру

easy
Что такое UNIX и зачем он нужен
Что такое UNIX и зачем он нужен

Операционная система, которая изменила мир, хотя в ней почти никто не работал

medium
Объясни мне: зачем нужен хостинг

Все говорят про какой-то хостинг. Что это вообще такое?

easy
4 виртуальные машины на любой случай
4 виртуальные машины на любой случай

Машин нет, но они как бы есть

medium
Что такое кэш и зачем его чистить
Что такое кэш и зачем его чистить

Это старые данные, которые уже могут быть неактуальны

easy
medium