Транспортный уровень (transport layer) обеспечивает приложениям и верхним уровням прикладному, представления и сеансовому передачу данных с соответствующей степенью надежности. Единицей нагрузки транспортного уровня является сегмент (segment) / датаграмма (datagram). Все протоколы, начиная с транспортного уровня, реализуются уже программными средствами устройств сети компонентами их операционных систем. К транспортным протоколам относятся TCP и UDP, о которых речь пойдет далее.
Следующие три уровня работают одновременно на нескольких уровнях модели OSI, поэтому нет четкого разделения, в частности, на сеансовый и представительский уровни.
Сеансовый уровень (session layer) управляет взаимодействием участников сети, в том числе фиксирует активность каждой из сторон и предоставляет средства синхронизации сеанса. Благодаря этому протоколу в ходе передач данных стало возможным сохранять информацию о состоянии этих передач, чтобы в случае отказа можно было вернуться к передаче данных с прерванного момента, а не начинать сначала. Единицей нагрузки сеансового уровня являются данные (data).
Уровень представления (presentation layer) обеспечивает представление передаваемой по сети информации без изменения ее содержания. За счет этого уровня передаваемая прикладным уровнем одной системы информация всегда понятна прикладному уровню другой системы. На этом уровне также выполняется шифрование и дешифрование данных, например, посредством протокола SSL (Secure Socket Layer). Единицей нагрузки уровня представления являются данные (data).
Прикладной уровень (application layer) представляет собой набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к общим ресурсам файлам, принтерам, сайтам. Единицей нагрузки прикладного уровня являются данные (data). Это самый многочисленный и разнообразный уровень, в рамках которого выполняются все высокоуровневые протоколы. Самыми распространенными протоколами этого уровня являются почтовые протоколы (SMTP, IMAO, POP3), протоколы доступа к файлам (FTP, NFS) и протокол передачи гипертекстовых сообщений (HTTP).
Основой работы Интернета и обеспечения взаимодействия различных устройств являются протоколы адресации это «клей, который скрепляет всю сеть Интернет»[10]. В настоящее время стандартной технологией в этой сфере является стек[11] протоколов TCP/ IP. Этот протокол выполняет три основные функции согласование использования адресов различных типов, т. е. отображение адресов различных типов друг на друга (например, доменного имени на IP-адрес или локального адреса на глобальный); обеспечение уникальности адресов в сети Интернет (обеспечивается однозначность адресации в пределах Интернета, сети, подсети и т. д.); и конфигурирование сетевых интерфейсов и сетевых приложений.
Следует отметить, что в рамках стека протоколов TCP/IP любая сеть, входящая в составную сеть, рассматривается как средство транспортировки пакетов данных между двумя соседними сетями. Каждый протокол оперирует определенной единицей передаваемых данных, названия которых, как правило, закрепляются в существующих стандартах (см. рис. 1).
Рис. 1. Протокольные единицы данных в TCP/IP
Стек протоколов TCP/IP состоит из 4 основных уровней прикладного, транспортного, сетевого и уровня сетевых интерфейсов. Каждый из этих уровней соответствует уровням модели OSI (см. рис. 2).
Следует отметить, что в рамках стека протоколов TCP/IP любая сеть, входящая в составную сеть, рассматривается как средство транспортировки пакетов данных между двумя соседними сетями. Каждый протокол оперирует определенной единицей передаваемых данных, названия которых, как правило, закрепляются в существующих стандартах (см. рис. 1).
Рис. 1. Протокольные единицы данных в TCP/IP
Стек протоколов TCP/IP состоит из 4 основных уровней прикладного, транспортного, сетевого и уровня сетевых интерфейсов. Каждый из этих уровней соответствует уровням модели OSI (см. рис. 2).
Рис. 2. Соотношение уровней модели OSI и TCP/IP
Прикладной уровень TCP/IP соответствует трем верхним уровням модели OSI (прикладному, представления и сеансовому) и состоит, в частности, из протоколов передачи данных (File Transfer Protocol, FTP), передачи почты (Simple Mail Transferring Protocol, SMTP), передачи гипертекста (Hypertext Transfer Protocol, HTTP).
Транспортный уровень, соотносящийся с транспортным уровнем модели OSI, представлен двумя важнейшими для функционирования сети, в том числе блокчейн, протоколами протоколом управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP) и протоколом пользовательских дейтаграмм (Usar Datagram Protocol, UDP). Для обеспечения надежной доставки данных от пользователя к пользователю протокол TCP предусматривает установление логического соединения, что позволяет ему нумеровать пакеты, подтверждать их прием, в случае потери организовывать повторные передачи, распознавать и уничтожать дубликаты, доставлять на прикладной уровень (например, при использовании FTP) пакеты в том порядке, в котором они были отправлены, что обеспечивает целостность и машиночитае-мость отправляемых данных.
Сетевой уровень, или уровень Интернета, является основным элементом архитектуры TCP/IP. Именно этот уровень обеспечивает перемещение пакетов в пределах составной сети, образованной объединением нескольких подсетей. Основным протоколом сетевого уровня является межсетевой протокол (Internet Protocol, IP). В его задачу входит передвижение пакетов данных между сетями от одного узла к другому до тех пор, пока данные не попадут в сеть назначения.
Задача уровня сетевых интерфейсов достаточно проста он отвечает только за организацию взаимодействия с подсетями, входящими в составную сеть TCP/IP это протоколы Ethernet, FDDI, ATM, 802.11 (отвечающий за работу Wi-Fi) и другие.
В рамках TCP/IP для идентификации сетевых интерфейсов используются три типа адресов локальные (аппаратные) адреса, сетевые адреса (IP-адреса) и символьные (доменные) имена. В большинстве сетевых технологий LAN (таких как Ethernet, FDDI) для однозначной[12] адресации интерфейсов используются MAC-адреса. Локальный в данном случае означает действующий не во всей составной сети, а лишь в пределах подсети. Для объединения сетей в глобальную сеть технология TCP/IP использует глобальную систему адресации, которая не зависит от способов адресации элементов отдельных сетей. Для ее реализации формируется пара из номера сети и номера узла, которая в совокупности составляет сетевой адрес IP-адрес, который идентифицирует не отдельный узел сети (компьютер или маршрутизатор), а одно сетевое соединение (сетевой интерфейс). При этом каждый раз, когда пакет данных отправляется адресату через составную сеть (Интернет), в его заголовке указывается IP-адрес узла назначения. Перед тем как отправить пакет в следующую сеть, маршрутизатор должен определить на основании найденного IP-адреса следующего маршрутизатора его локальный адрес. Поскольку между IP-адресом и локальным адресом узла не существует функциональной взаимосвязи, для их соотношения используется протокол разрешения адресов ARP (см. рис. 3).
Рис. 3. Процедура преобразования адресов
При этом для упрощения адресации в сети используются символьные имена соответствующих узлов. Составляющие полного символьного (или доменного) имени разделяются точкой и перечисляются в следующем порядке: простое имя хоста, имя группы хостов, имя более крупной группы (домена) и так до имени домена самого высокого уровня (например, ru, us).
Основы построения сетей в целом и сети Интернет в частности оказали существенное влияние на возникновение и развитие применения технологии блокчейн. Блокчейн-системы в своей работе используют TCP/IP протоколы и могут рассматриваться в качестве приложения прикладного уровня.
Основы построения сетей в целом и сети Интернет в частности оказали существенное влияние на возникновение и развитие применения технологии блокчейн. Блокчейн-системы в своей работе используют TCP/IP протоколы и могут рассматриваться в качестве приложения прикладного уровня.
Блокчейн представляет собой базу данных, распределенную между всеми включенными в сеть блокчейн (Blockchain Network) устройствами, с использованием которой пользователи осуществляют передачу информации. Блокчейн-технология не является каким-либо единым явлением, именем собственным, в настоящее время это собирательное название для всевозможных способов реализации идеи, лежащей в блокчейн-технологии. Для того чтобы полноправно относиться к блокчейн-технологии в том смысле, в котором она изначально была отражена в работе Сатоши Накамото, блокчейн-структура должна удовлетворять следующим критериям.
Иметь децентрализованную технологическую основу, то есть информация должна быть распределенной между всеми узлами сети и должна поддерживаться в актуальном состоянии через процессы репликации и синхронизации.
Поддерживать неразрывную связь между блоками данных путем формирования в каждом новом блоке ссылки на предыдущий по отношению к нему блок.
Эффективно кодировать массивы данных в уникальные информационные блоки стандартного размера, т. е. хешировать данные.
Применять в своей работе стойкие к взлому криптографические алгоритмы для защиты содержащейся в блоках информации.
Использовать элементы специального подраздела математики теории игр для обеспечения соблюдения правил сети и достижения консенсуса при создании новых блоков[13].
Как известно, любая информация, в том числе информация о транзакциях, может быть представлена объемом данных, который в ней содержится. Так и информация о транзакциях в системе блокчейн представляет объем данных, объединенных в своего рода звенья, которые в свою очередь объединены в хронологическом порядке в цепочку блоков, в которой каждый предыдущий блок подтверждает действительность последующего путем включения информации о предыдущих транзакциях в виде особого криптографического ключа в заголовок каждого последующего блока транзакций (см. рис. 4)[14]. При этом каждый из участников сети (так называемые ноды[15]) хранит как минимум часть всей базы данных, что обеспечивает ее устойчивость к противоправным действиям со стороны как третьих лиц, так и самих участников. Под транзакцией в случае с блокчейн-технологией подразумевается любое взаимодействие между участниками блокчейн-системы будь то передача какого-либо актива (например, криптовалюты) или передача информации каждое из этих взаимодействий фиксируется в блоке системы.