İnternete bağlı tüm Şeyler iletişim kurmak için aynı “Uygulama - TCP - IP - Donanım” yığınını kullanıyor mu?

Özellikle internet konusunda bilgili değilim ve IoT teknolojileri özellikle benim için kafa karıştırıcı. Bu Stanford tanıtım belgesini internet yapısı üzerine okuyordum . Diyagram 2'de, bir bilgisayarın (PC) internette bir mesaj oluşturmak, işlemek ve başka bir bilgisayara göndermek için kullanacağı "yığın" yazılımının bir gösterimini gösterir.

• Her türlü bilgisayar - akıllı telefonlar / televizyonlar / oyun konsolları vb. Bu biçimi kullanıyor mu?

• İşletim sistemi önemli mi?

• (Bu bakımdan) hücresel internet ile Wifi / Ethernet arasında herhangi bir fark var mı?

• "Uygulama" katmanı gibi görünmeyen tek işlevli cihazlara ne dersiniz - ör. Web bağlantılı kamera, ışık anahtarları veya termostatlar.

Soruda bu yayında ele alınacak bazı olası yanlış anlaşılmalar veya yanlış anlaşılmalar var.

• Diyagram 2'de, bir bilgisayarın (PC) internette başka bir bilgisayara mesaj oluşturmak, işlemek ve göndermek için kullanacağı "yığın" yazılımının bir gösterimini gösterir

• Her türlü bilgisayar - akıllı telefonlar / televizyonlar / oyun konsolları vb. Bu biçimi kullanıyor mu?

• (Bu bakımdan) hücresel internet ile Wifi / Ethernet arasında herhangi bir fark var mı?

• "Uygulama" katmanı gibi görünmeyen tek işlevli cihazlara - ör. Web bağlantılı kamera, ışık anahtarları veya termostatlar.

Bu kavram yanılgılarının varlığı, aşağıdakilerin bir açıklamasının dahil edilmesini gerektirir (sonraki tartışma için bağlam sağlamak amacıyla):

• İnternet nedir
• TCP / IP protokol paketi nedir
• Uygulama nedir

Daha sonra sorular doğrudan ele alınacaktır.

Önemleri ve karmaşıklıkları göz önüne alındığında, tüm kitap serileri TCP / IP protokol paketine yazılmıştır. Buradaki tanımlar ve açıklamalar öncelikle Wikipedia, TCP / IP Illustrated Cilt 1 İkinci baskı: Stevens ve Fall Protokolleri ve IBM'in TCP / IP Eğitimi ve Teknik Genel Bakış'tan alınacaktır .

1. İnternet

İnternet teknik olarak bir Geniş Alan Ağıdır (WAN) , ancak bunu düşünmenin daha yararlı bir yolu, bir tür kablosuz ağ (bir ağ ağı) veya birçok farklı birbirine bağlı ağ çalışmasının bir toplamıdır . İşte İnternet'in bir bölümündeki yönlendirme yollarının bir resmi:

• İnternet birçok bağlı ağdan oluşur
• Bir ağ 1 veya daha fazla sistemden ( ana bilgisayar ) oluşabilir
• Bağlı bir sistem genellikle bir tür donanım platformunda çalışır
• ağlara bağlı sistem türleri ve üzerinde çalıştıkları donanım arasında önemli farklılıklar vardır

İnternetin nasıl çalıştığı hakkında eğlenceli bir okuma Arstechnica'nın İnternet nasıl çalışır makalesinde bulunabilir : Denizaltı lifi, kavanozlardaki beyinler ve koaksiyel kablolar .

Farklı ağlara bağlı farklı donanım platformlarında çalışan farklı sistemler birbirleriyle nasıl iletişim kurabilir? Bu kadar geniş, heterojen bir sistem ve ağ dizisi arasındaki iletişim nasıl mümkün olabilir? Bütün bunlar aynı anda nasıl gerçekleşebilir?

2. İnternet Protokol Paketi

Yanıt, TCP / IP protokol paketi olan İnternet protokol paketi tarafından sağlanır. Bu sorular İnternet mimarisinin tasarım sürecinde dikkate alınmıştır (TCP / IP Illustrated, Bölüm 1.1: Mimari Prensipler):

Birkaç hedef, İnternet mimarisinin yaratılmasına rehberlik etti. [C88] 'de Clark birincil amacın “mevcut birbirine bağlı ağların çoğullamalı kullanımı için etkili bir teknik geliştirmek” olduğunu belirtmektedir. Bu ifadenin özü , İnternet mimarisinin çok sayıda farklı ağı birbirine bağlayabilmesi ve birden fazla faaliyetin elde edilen birbirine bağlı ağ üzerinde aynı anda çalışabilme .

Gönderen Internet Protokolü Suite (Vikipedi):

Internet protokol paketi, Internet ve benzeri bilgisayar ağlarında kullanılan kavramsal iletişim modeli ve kavramsal modelidir.

Internet protokol paketi, verilerin nasıl paketlenmesi, adreslenmesi, iletilmesi, yönlendirilmesi ve alınması gerektiğini belirten uçtan uca veri iletişimi sağlar . Bu işlevsellik, ilgili tüm protokolleri ilgili ağın kapsamına göre sıralamak için kullanılan dört soyutlama katmanında düzenlenmiştir.

TCP / IP protokol paketini düşünmenin bir yolu, farklı sistemlerde ve farklı ağlarda çalışan işlemlerin birbirleriyle nasıl iletişim kurabileceğinin bir belirtisidir. Esasen, TCP / IP protokol paketi süreçler arası iletişim için bir standart sağlar.

TCP / IP protokol paketini doğru şekilde uygulayan herhangi bir sistem, işlemlerinin Internet üzerinden iletişim kurmasına izin vermek için sağladığı işlevselliği kullanabilir. Aslında, işlemlerin Internet üzerinden diğer ağlardaki uzak sistemlerde çalışan diğer işlemlerle iletişim kurabilmesi için bir sistemin standartlara uygun TCP / IP paketi protokollerini kullanması gerekir .

3. Uygulamalar

Gönderen Uygulama Yazılımı (Wikipedia):

Bir uygulama programı (kısaca uygulama veya kısaca uygulama), kullanıcının yararına bir grup koordineli işlev, görev veya etkinlik gerçekleştirmek için tasarlanmış bir bilgisayar programıdır. Uygulama örnekleri arasında kelime işlemci, elektronik tablo, muhasebe uygulaması, web tarayıcısı, medya oynatıcı, havacılık uçuş simülatörü, konsol oyunu veya fotoğraf düzenleyici sayılabilir. Toplu isim uygulama yazılımı, tüm uygulamaları toplu olarak ifade eder. Bu, esas olarak bilgisayarı çalıştırmakla ilgili olan sistem yazılımı ile çelişir.

Bir uygulama , bir sistem üzerinde çalışan bir kullanıcı-alan süreci olarak düşünülebilir . Yukarıda listelenen örneklere ek olarak, bu, (çekirdek modu olmayan) bilgisayar virüsleri, web sunucuları, kamera uygulamaları ve sensör veri toplama programları gibi programları içerebilir.

Bir uygulama iletir ve internet üzerinden veri aldığında, gerekir onun konak sistemin TCP / IP protokol takımı uygulamasını kullanmaktadır. Gönderen Uygulama katmanında (Vikipedi):

TCP / IP'de, uygulama katmanı, bir Internet Protokolü (IP) bilgisayar ağı üzerinden süreçler arası iletişimde kullanılan iletişim protokollerini ve arabirim yöntemlerini içerir. Uygulama katmanı yalnızca iletişimi standartlaştırır ve ana bilgisayardan ana bilgisayara veri aktarım kanalları oluşturmak ve bir istemci-sunucu veya eşler arası ağ modelinde veri alışverişini yönetmek için temeldeki taşıma katmanı protokollerine bağlıdır.

TCP / IP protokol paketinin uygulama katmanı, Dosya Aktarım Protokolü (FTP), Etki Alanı Adı Sistemi (DNS) ve muhtemelen en ünlüsü, Köprü Metni Aktarım Protokolü (HTTP) gibi protokolleri içerir.

Örnek olarak, uygulama katmanı protokolü HTTP, verilerin (genellikle) farklı sistemlerde çalışan 2 işlem arasında nasıl aktarılacağını belirtir: istemci uygulaması, bir web tarayıcısı ve sunucu uygulaması, web sunucusu işlemi.

Potansiyel Yanılgıların Netleştirilmesi

1. Diyagram 2'de, bir bilgisayarın (PC) internette bir mesaj oluşturmak, işlemek ve başka bir bilgisayara göndermek için kullanacağı "yığın" yazılımının bir gösterimini gösterir .

TCP / IP protokol paketi bir yazılım yığını değildir. Gönderen Technopedia :

Yazılım yığını, bir sonuç üretmek veya ortak bir hedefe ulaşmak için birlikte çalışan bir grup programdır. Yazılım yığını ayrıca, ortak bir hedefe yönelik belirli ve tanımlanmış bir sırayla çalışan herhangi bir uygulama grubunu veya küme olarak çalışan herhangi bir yardımcı program veya rutin uygulama grubunu ifade eder. Yüklenebilir dosyalar, ürünlerin yazılım tanımları ve yamalar bir yazılım yığınına dahil edilebilir. Popüler Linux tabanlı yazılım yığınlarından biri LAMP (Linux, Apache, MYSQL, Perl veya PHP veya Python) .WINS (Windows Server, Internet Explorer, .NET, SQL Server) popüler bir Windows tabanlı yazılım yığınıdır.

Aksine, genellikle çekirdek ( Technopedia'dan ) tarafından uygulanan bir protokol yığınıdır :

Bir protokol yığını, ağ protokolü paketinin uygulanması için kullanılan eşzamanlı olarak çalışan bir grup protokol anlamına gelir.

Bir yığındaki protokoller, OSI veya TCP / IP modelleri gibi katmanlı bir ağ modeli için bağlantı kuralı kurallarını belirler. Bir yığın haline gelmek için protokoller, hem ağ katmanları arasında hem dikey olarak hem de her iletim bölümünün uç noktaları arasında yatay olarak bağlanabilecek şekilde birlikte çalışabilir olmalıdır.

2. Her türlü bilgisayar - akıllı telefonlar / televizyonlar / oyun konsolları vb. Bu biçimi kullanıyor mu?

TCP / IP protokol paketi, bir biçim değil, donanım ve işletim sisteminden bağımsız iletişim belirtimidir . Bir donanım platformunda çalışan bir işlemin farklı bir donanım platformundaki uzak bir sistemde çalışan bir işlemle iletişim kurması gerekiyorsa ve İnternet üzerinden iletişim gerçekleşiyorsa, sistemler

• TCP / IP protokol paketini doğru şekilde uygulayın ve
• Bu paketi içinde uygun protokoller gereken süreç-arası iletişim gerçekleştirmek için kullanılabilir

3. (Bu bakımdan) hücresel internet ile Wifi / Ethernet arasında herhangi bir fark var mı?

Bu soruya ilişkin yorumum, "Bir mobil cihazın bir GSM şebekesine bağlanma şekli ile bir mobil cihazın bir WiFi ağına bağlanma şekli arasında bir fark var mı?"

Fark ağ arayüz katmanındadır.

Bu soru, TCP / IP protokol paketinin, soruyla bağlantılı makaledeki şemada yetersiz tasvirini ortaya koymaktadır. Referans için şema şöyledir:

"Donanım" olarak adlandırılan en alt katman, bağlantı katmanı , ortam erişim kontrolü (MAC) katmanı veya ağ arabirim katmanı olarak adlandırılmalıdır .

IBM'in "TCP / IP Eğitimi ve Teknik Genel Bakışı" sayfa 34:

Bağlantı katmanı veya veri bağlantı katmanı olarak da adlandırılan ağ arabirimi katmanı, gerçek ağ donanımının arabirimidir. Bu arayüz güvenilir teslimat sağlayabilir veya sağlamayabilir ve paket veya akış yönelimli olabilir. Aslında, TCP / IP burada herhangi bir protokol belirtmez, ancak IP katmanının esnekliğini gösteren hemen hemen her ağ arabirimini kullanabilir. Örnekler IEEE 802.2, X.25 (kendi başına güvenilirdir), ATM, FDDI ve hatta SNA'dır.

İşte doğru ve üstün bir tasvir ( TCP / IP Kılavuzu'ndan ):

Ağ arayüz katmanının tartışılmasının uygun olmasının nedeni, bu katmanda bir hücresel / mobil cihazın bir GSM ağına kıyasla bir WiFi ağına bağlanma biçiminde bir fark olmasıdır.

• bir GSM şebekesine bağlanırken, mobil cihaz ve baz alıcı-verici istasyonu (BTS) arasındaki bağlantıyı işlemek için kullanılan ağ arabirim katmanı protokolü tipik olarak 3G tarafından belirlenir

• bir WiFi kablosuz erişim noktasına (WAP) bağlanırken, kullanılan protokol IEEE 802.11 standardı tarafından belirlenir .

4. "Uygulama" katmanı gibi görünmeyen tek işlevli cihazlara ne dersiniz - ör. Web bağlantılı kamera, ışık anahtarları veya termostatlar

Daha önce açıklandığı gibi, TCP / IP protokol paketinin uygulama katmanındaki protokoller, uygulama verilerinin süreçler arasında nasıl değiştirildiği konusunda bir standart sağlar.

Katmanlar kavramsaldır. Bir sistemde veya donanım platformunda bulunmazlar.

Web bağlantılı kameralar, ışık anahtarları ve termostatlar, uzaktan sistemlerde çalışan işlemlerle (ürün yazılımı güncellemelerini kontrol etme, bir sunucu ile veri alışverişi vb.) İnternet üzerinden iletişim kuran üzerlerinde çalışan işlemlere sahip olabilir. Bu işlemler veya uygulamalar, bu süreçler arası iletişimi gerçekleştirmek için TCP / IP protokol paketinin uygulanmasını kullanacaktır.

TCP / IP protokol paketi ve Gömülü Sistemler ("IoT")

Geleneksel PC'lerde veya sunucularda çalışan farklı uygulama katmanı protokolleri kullanan çeşitli farklı uygulamalar olsa da, donanım platformlarının ilgili erişim noktalarına (ağ arabirimi / veri bağlantı katmanı) nasıl bağlandığı konusunda çok fazla farklılık yoktur. Öncelikle Ethernet üzerinden kablolu veya kablosuz olarak gerçekleştirilir.

TCP / IP üzerinden iletişim kuran çok çeşitli gömülü sistem söz konusu olduğunda durum biraz farklıdır. İşte bunun bir resmi ( Postscapes'den ):

Daha fazla bilgi için şu makalelere bakın:

Nesnelerin İnterneti Arkasındaki Protokolleri Anlamak

IoT Standartları ve Protokolleri

IoT Teknoloji Kılavuzu

Her türlü bilgisayar - akıllı telefonlar / televizyonlar / oyun konsolları vb. Bu biçimi kullanıyor mu?

İnternette bir şeyin değiş tokuş edilmesi için, bir yerlerde bir IP yığınından geçmesi gerekecektir.

İşletim sistemi önemli mi?

IP protokolü bir RFC 791 tarafından tanımlanır , bu nedenle OS / Bellenim ne olursa olsun ona uymak zorundadır.

(Bu bakımdan) hücresel internet ile Wifi / Ethernet arasında herhangi bir fark var mı?

Biraz basitleştirmek gerekirse, buradaki fark, kablolardaki elektrik sinyaline karşı katman 1 (Fiziksel) radyo sinyalinde olacaktır. Açık Sistemler Bağlantısı modeli (OSI modeli) wikipedia sayfası hakkında daha fazla bilgi .

Hepsi buradaki durumda katman 3'ü (Ağ), IP'yi kendi ortamlarına aktarmaya yarar.

"Uygulama" katmanı gibi görünmeyen tek işlevli cihazlara - ör. Web bağlantılı kamera, ışık anahtarları veya termostatlar.

Uygulama Katmanı belirli bir iletişim protokolüyle (HTTP, SSH vb.) İlgilidir, örneğin Chrome veya Firefox olarak bir uygulama olması gerekmez.
Genellikle bu protokoller TCP'nin üstüne uygulanır , bazıları beklemeyi engellememek istemediğinde veya eski bir paket almak mantıklı olmadığında (sesli aramalar, akış) UDP'nin üstündedir. Başka katman 4 protokolleri var, ancak genellikle ICMP için gibi belirli kullanımlar için ping. Bazı verilerin hedefe ulaşmasını sağlamak istediğinizde TCP tercih edilen protokoldür.

Örneğinizdeki termostat gibi bir 'uzak cihaz' için, HTTP gibi zaten var olan protokolleri kullanabilir veya verilerini göndermek için özel bir protokol kullanabilir, bu genellikle Uygulama katmanında olacaktır, çünkü bu yalnızca bir aktarım olmayacaktır. protokol.
Sadece 4. katmanda yapılabilir, ancak bu yeni bir protokol oluşturmaya ihtiyaç duyar ve ek yük genellikle buna değmez ve sistemi diğerleriyle uyumsuz hale getirir, açık standartları kullanmak mütevazi görüşüme göre daha iyi bir yaklaşımdır.

İnternete bağlı herhangi bir cihazın iletişim için TCP / IP (veya UDP) kullanacağı doğru olsa da, gerçekten işlerin ilginçleştiği bir sonraki seviye.

Herhangi bir modern IoT cihazı, şifreleme ve kimlik doğrulama için TLS kullanacaktır. Bu, (teoride) başkalarının iletilen mesajları gözlemlemesini veya bunlara müdahale etmesini önler. TCP / IP yığınının önemli bir değerlendirmesi, iletilen bilgilerin çoğunun önemsiz bir şekilde gözlemlenebilmesidir - ve bu genellikle çok kolay bir şekilde güvenlik hatalarına yol açar.

Cihazların internete 'kaynakta' bağlanması gerekmez, bu nedenle Bluetooth üzerinden TCP uygulamak gerekmez (örnek olarak). Ayrıca cep telefonu protokollerini (normal SMS veya metinler gibi) kullanan IoT cihazlarını son atlamaları olarak görebilirsiniz. Sonunda bu protokollerin (kurulu ortam için bir şekilde seçilmesi) bir hub cihazı tarafından 'internet'e' bağlanması muhtemeldir.

IP üzerinden TCP kullanmak isteyen tüm aygıtlar için bir TCP / IP yığını gerekir.

Protokol standartlaştırılmıştır, böylece farklı üreticilerin aygıtları veya farklı işletim sistemleri kullanan birbirlerini anlayabilir.

TCP'nin veri paketlerinin gelmesini sağladığını veya göndericinin kayıpları konusunda bilgilendirileceğini unutmayın. TCP, farkında olmadan herhangi bir veri kaybetmeyi göze alamazsanız kullanılır (örneğin, bankanızla iletişim).

Paketler gönderen ve “oraya ulaşmalarını ümit eden” UDP de var. Bu, örneğin, birkaç karenin kaybının ölümcül olmadığı müzik veya video akışı için kullanılabilir.

Önemli olan standardizasyon.

Yığın kendisi sanal bir kavramdır. Yığındaki her katman, fiziksel ortam (radyo dalgaları veya diğer elektronik sinyaller) boyunca gönderilen son bitleri değiştirir. Yığındaki her katmanın tek bir ayrı kod veya donanım biriminde tasarlanması gerektiğini söyleyen bir kural yoktur. Örneğin, iEthernet Yongaları TCP, IP, MAC ve PHY katmanlarını birleştirerek geliştiricilere TLS ve Uygulama katmanı yazılımlarını uygulama görevini bırakır.

Bununla birlikte, tüm bitlerin ilgili çeşitli protokollere uyması gerekir ve bu nedenle, her katmanı ayrı bir varlık olarak tasarlamak genellikle daha kolaydır, böylece bağımsız olarak test edilebilir ve doğrulanabilirler. Akıllı telefonlar, akıllı TV'ler ve oyun konsolları dahil çoğu cihaz, fişlerini genellikle belirli bir alanda uzmanlaşmış üçüncü taraflardan satın alır. Örneğin, çoğu telefon birkaç farklı bluetooth çipinden sadece birini kullanır; bu, üreticinin her yeni ürünle tekerleği yeniden keşfetme konusunda endişelenmesi gerekmediği anlamına gelir.

Teorik olarak, bazı küçük, özel aygıtlar, tüm ağ katmanlarını (uygulama, TLS, TCP, IP, PHY) tek bir kod birimi olarak işleyen yerleşik SoC'ye (Chip on Software) sahip tek bir işlemciye sahip olabilir. Şu anda somut örnekler bulamıyorum, ancak bazı küçük, düşük güçlü veya özel işlevli cihazların, güç tüketimini azaltmak (pil ömrünü uzatmak) için yığının tüm katmanlarını tek bir ünitede birleştirmesi beni şaşırtmaz. Televizyonlar, telefonlar ve oyun sistemleri gibi daha büyük, daha karmaşık ürünler muhtemelen en az 3 katmana (uygulama, işletim sistemi ve donanım parçaları) sahipken, bir ekmek kızartma makinesinin sadece 1 veya 2 katmanı olabilir.

Not: Bağladığım belirli ekmek kızartma makinesinin 1 veya 2 katmanı olduğunu söylemiyorum, sadece bu şekilde tasarlanmış olmasının mantıklı olacağını, tek amaçlı bir cihaz olduğunu söylemiyorum.