TCP/IP協(xié)議,TCP/IP協(xié)議內(nèi)容和作用是什么?

　　TCP/IP是一組協(xié)議的代名詞,它還包括許多別的協(xié)議,組成了TCP/IP協(xié)議簇。一般來說,TCP/IP提供運(yùn)輸層服務(wù),而IP提供網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)。TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)與ISO的OSI層參考模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

　　在TCP/IP層次模型中,第二層為TCP/IP的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ),其中可包含MENETIEEF802.3的CSMA/CD、IEEEJ802.4的Token Bus以及EEE802.5的Token Ring。

　　在第三層網(wǎng)絡(luò)層中,IP為網(wǎng)際協(xié)議(Internet Pmtocol)、ICMP為網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議.(Internet Control Message Protocol)、ARP為地址轉(zhuǎn)換協(xié)議(Address Resolution Protocol)RARP為反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議(Reverse ARP)。

　　第四層為運(yùn)輸層,TCP/IP為傳輸控制協(xié)議、UDP為用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(User Datagram Pro-toed)。

　　第五~七層中,SlMTP為簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議(Simple Mail Transfer Protocol)、DNS為域名服務(wù)(Domain Name Service)、FTP為文件傳輸協(xié)議(File Transfer Protocol)、為遠(yuǎn)程終端訪問協(xié)議。

　　TCP/IP協(xié)議本身的分層模型如圖3.21所示。以下各節(jié)側(cè)重從體系結(jié)構(gòu)的角度分層介紹TCP/IP的協(xié)議組。

　　TCP/IP協(xié)議,TCP/IP協(xié)議內(nèi)容和作用是什么?

　　數(shù)據(jù)鏈路層

　　數(shù)據(jù)鏈路層不是TCP/IP協(xié)議的一部分,但它是TCP/IP賴以存在的各種通信網(wǎng)和TCP/IP之間的接口,這些通信網(wǎng)包括多種廣域網(wǎng)，如ARPANET、MILNET和X.25公用數(shù)據(jù)網(wǎng),以及各種局域網(wǎng),如Ethernet、IEEE的各種標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)等。IP層提供了專門的功能,解決與各種網(wǎng)絡(luò)物理地址的轉(zhuǎn)換。

　　一般情況下,各物理網(wǎng)絡(luò)可以使用自己的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和物理層協(xié)議,不需要在數(shù)據(jù)鏈路層上設(shè)置專門的TCPAP協(xié)議。但是,當(dāng)使用串行線路連接主機(jī)與網(wǎng)絡(luò),或連接網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)時(shí),例如用戶使用電話線和MODEM接入網(wǎng)絡(luò),或兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的網(wǎng)絡(luò)通過數(shù)據(jù)專線互連時(shí),則需要在數(shù)據(jù)鏈路層運(yùn)行專門的SLIP (Serial Line IP)協(xié)議或PPP(Point to Pointprotoed)協(xié)議。

　　1.SLE協(xié)議

　　SLIP提供在串行通信線路上封裝IP分組的簡(jiǎn)單方法,用以使遠(yuǎn)程用戶通過電話線和MODEM能方便地接人TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。SLIP是一種簡(jiǎn)單的組幀方式,使用時(shí)還存在一些問題。首先,SLIP不支持在連接過程中的動(dòng)態(tài)IP地址分配,通信雙方必須事先告知對(duì)方IP地址,這給沒有固定IP地址的個(gè)人用戶上Internet網(wǎng)帶來了很大的不便;其次,SLIP幀中元協(xié)議類型字段,因此它只能支持IP協(xié)議;再有,SLIP幀中無校驗(yàn)字段,因此鏈路層上無法檢測(cè)出傳輸差錯(cuò),必須由上層實(shí)體或具有糾錯(cuò)能力的MODEM來解決傳輸差錯(cuò)問題。

　　2.PPP協(xié)議

　　為了解決SLIP存在的問題,在串行通信應(yīng)用中又開發(fā)了PPP協(xié)議。PPP協(xié)議是一種有效的點(diǎn)一點(diǎn)通信協(xié)議,它由串行通信線路上的組幀方式,用于建立、配制、測(cè)試和拆除數(shù)據(jù)鏈路的鏈路控制協(xié)議LCP及一組用以支持不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCPs三部分組成。

　　由于PPP幀中設(shè)置了校驗(yàn)字段,因而PPP在鏈路層上具有差錯(cuò)檢測(cè)的功能。 PPP中的協(xié)議提供了通信雙方進(jìn)行參數(shù)協(xié)商的手段,并且提供了一組NCPs協(xié)議,使得PPP可以支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議,如IP、IPX、OSI等。另外,支持IP的NCP提供了在建立連接時(shí)動(dòng)態(tài)分配IP地址的功能,解決了個(gè)人用戶上Internet網(wǎng)的問題。

　　TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)層

　　網(wǎng)絡(luò)層中含有四個(gè)重要的協(xié)議:互連網(wǎng)協(xié)議IP、互連網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議ICMP、地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP和反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議RARR。

　　網(wǎng)絡(luò)層的功能主要由IP來提供。除了提供端到端的分組分發(fā)功能外,IP還提供了很多擴(kuò)充功能。例如,為了克服數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)幀大小的限制,網(wǎng)絡(luò)層提供了數(shù)據(jù)分塊和重組功能,這使得很大的IP數(shù)據(jù)報(bào)能以較小的分組在網(wǎng)上傳輸。

　　網(wǎng)絡(luò)層的另一個(gè)重要服務(wù)是在互相獨(dú)立的局域網(wǎng)上建立互連網(wǎng)絡(luò),即網(wǎng)際網(wǎng)。網(wǎng)間的報(bào)文來往根據(jù)它的目的IP地址通過路由器傳到另一網(wǎng)絡(luò)。

　　1.互連網(wǎng)協(xié)議IP(Internet Protocol)

　　網(wǎng)絡(luò)層最重要的協(xié)議是IP,它將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)成一個(gè)互連網(wǎng),可以把高層的數(shù)據(jù)以多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的形式通過互連網(wǎng)分發(fā)出去。

　　IP的基本任務(wù)是通過互連網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)報(bào),各個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)之間是相互獨(dú)立的。主機(jī)上的IP層向運(yùn)輸層提供服務(wù)。 IP從源運(yùn)輸實(shí)體取得數(shù)據(jù),通過它的數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)傳給目的主機(jī)的I層。IP不保證服務(wù)的可靠性,在主機(jī)資源不足的情況下,它可能丟棄某些數(shù)據(jù)報(bào),同時(shí)IP也不檢查被數(shù)據(jù)鏈路層丟棄的報(bào)文。

　　在傳送時(shí),高層協(xié)議將數(shù)據(jù)傳給IP,IP再將數(shù)據(jù)封裝為互連網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào),并交給數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議通過局域網(wǎng)傳送。若目的主機(jī)直接連在本網(wǎng)中,IP可直接通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)報(bào)傳給目的主機(jī);若目的主機(jī)在遠(yuǎn)地網(wǎng)絡(luò)中,則IP路由器傳送數(shù)據(jù)報(bào),而路由器則依次通過下一網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)報(bào)傳送到目的主機(jī)或再下一個(gè)路由器。也即一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)是通過互連網(wǎng)絡(luò),從一個(gè)IP模塊傳到另一個(gè)IP模塊,直到終點(diǎn)為止。

　　需要連接獨(dú)立管理的網(wǎng)絡(luò)的路由器,可以選擇它所需的任何協(xié)議,這樣的協(xié)議稱為內(nèi)部網(wǎng)間連接器協(xié)議IGP (Interior Geteway Pmtocol)。在IP環(huán)境中,一個(gè)獨(dú)立管理的系統(tǒng)稱為自治系統(tǒng)。

　　跨越不同的理域的路由器(如從專用網(wǎng)到PDN)所使用的協(xié)議,稱為外部網(wǎng)間連接器協(xié)議EGP(Exterior Gateway Protocol),EGP是一組簡(jiǎn)單的定義完備的正式協(xié)議。

　　2.互連網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議ICMP

　　從IP互連網(wǎng)協(xié)議的功能,可以知道IP提供的是一種不可靠的元連接報(bào)文分組傳送服務(wù)。若路由器或主機(jī)故障使網(wǎng)絡(luò)阻塞,就需要通知發(fā)送主機(jī)采取相應(yīng)措施。

　　為了使互連網(wǎng)能報(bào)告差錯(cuò),或提供有關(guān)意外情況的信息,在IP層加入了一類特殊用途的報(bào)文機(jī)制,即互連網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議ICMP。

　　分組接收方利用ICMP來通知IP模塊發(fā)送方某些方面所需的修改。 ICMP通常是由發(fā)現(xiàn)別的站發(fā)來的報(bào)文有問題的站產(chǎn)生的,例如可由目的主機(jī)或中繼路由器來發(fā)現(xiàn)問題并產(chǎn)生有關(guān)的ICMP。如果一個(gè)分組不能傳送,ICMP便可以被用來警告分組源,說明有網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)或端口不可達(dá)。ICMP在P也可以用來報(bào)告網(wǎng)絡(luò)阻塞。ICMP是IP正式協(xié)議的一部分,ICMP數(shù)據(jù)報(bào)通過IP送出,因此它在功能上屬于網(wǎng)絡(luò)第三層,但實(shí)際上它是像第四層協(xié)議一樣被編碼的。

　　3.地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP

　　在TCPAP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,每個(gè)主機(jī)都分配了一個(gè)32位的IP地址,這種互連網(wǎng)地址是在網(wǎng)際范圍標(biāo)識(shí)主機(jī)的一種邏輯地址。為了讓報(bào)文在物理網(wǎng)上傳送,必須知道彼此的物理地址。這樣就存在把互連網(wǎng)地址變換為物理地址的地址轉(zhuǎn)換問題。以以太網(wǎng)(Ethernet)環(huán)境為例,為了正確地向目的站傳送報(bào)文,必須把目的站的32位IP地址轉(zhuǎn)換成48位以太網(wǎng)目的地址DAo這就需要在網(wǎng)絡(luò)層有一組服務(wù)將IP地址轉(zhuǎn)換為相應(yīng)物理網(wǎng)絡(luò)地址,這組協(xié)議即是成P。

　　在進(jìn)行報(bào)文發(fā)送時(shí),如果源網(wǎng)絡(luò)層所給的報(bào)文只有IP地址,而沒有對(duì)應(yīng)的以太網(wǎng)地址,則網(wǎng)絡(luò)層廣播ARP請(qǐng)求以獲取目的站信息,而目的站必須回答該AP請(qǐng)求。這樣源站點(diǎn)可以收到以太網(wǎng)48位地址,并將地址放入相應(yīng)的高速緩存(Cache)。下一次源站點(diǎn)對(duì)同一目的站點(diǎn)的地址轉(zhuǎn)換可直接引用高速緩存中的地址內(nèi)容。地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP使主機(jī)可以找出同一物理網(wǎng)絡(luò)中任一個(gè)物理主機(jī)的物理地址,只需給出目的主機(jī)的IP地址即可。這樣,網(wǎng)絡(luò)的物理編址可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)透明。

　　在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,為了將報(bào)文送到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī),數(shù)據(jù)報(bào)先定向發(fā)送到發(fā)送方所在網(wǎng)絡(luò)的IP路由器。因此,發(fā)送主機(jī)首先必須確定路由器的物理地址,然后依次將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)往接收端。除基本AP機(jī)制外,有時(shí)還需在路由器上設(shè)置代理ARP,其目的是由IP路由器代替目的站對(duì)發(fā)送方ARP請(qǐng)求做出響應(yīng)。

　　4.反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議RAPP

　　反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議用于一種特殊情況,如果站點(diǎn)初始化以后,只有自己的物理網(wǎng)絡(luò)地址而沒有IP地址,則它可以通過隊(duì)RP協(xié)議,發(fā)出廣播請(qǐng)求,征求自己的IP地址,而RARP服務(wù)器則負(fù)責(zé)回答。這樣,無IP地址的站點(diǎn)可以通過RARP協(xié)議取得自己的IP地址,這個(gè)地址在下一次系統(tǒng)重新開始以前都有效,不用連續(xù)廣播請(qǐng)求。RARP廣泛用于獲取元盤工作站的IP地址。

　　TCP/IP的傳輸層

　　TCP/IP這一層提供了兩個(gè)主要的協(xié)議:傳輸控制協(xié)議(冗P)和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP),另外還有一些別的協(xié)議,例如用于傳送數(shù)字化語音的NVP協(xié)議。

　　1.傳輸控制協(xié)議TCP

　　TCP提供的是一種可靠的數(shù)據(jù)流服務(wù)。當(dāng)傳送受差錯(cuò)干擾的數(shù)據(jù),或基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)故障,或網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷太重而使網(wǎng)際基本傳輸系統(tǒng)(元連接報(bào)文遞交系統(tǒng))不能正常工作時(shí),就需要通過其它的協(xié)議來保證通信的可靠。TCP就是這樣的協(xié)議,它對(duì)應(yīng)于OSI模型的運(yùn)輸層,它在IP協(xié)議的基礎(chǔ)上,提供端到端的面向連接的可靠傳輸。

　　TCP采用"帶重傳的肯定確認(rèn)"技術(shù)來實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)目煽啃?。?jiǎn)單的"帶重傳的肯定確認(rèn)"是指與發(fā)送方通信的接收者,每接收一次數(shù)據(jù),就送回一個(gè)確認(rèn)報(bào)文,發(fā)送者對(duì)每個(gè)發(fā)出去的報(bào)文分組都留一份記錄,等到收到確認(rèn)之后再發(fā)出下一個(gè)報(bào)文分組。發(fā)送者發(fā)出一個(gè)報(bào)文分組時(shí),啟動(dòng)一個(gè)計(jì)時(shí)器,若計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)完畢,確認(rèn)還未到達(dá),則發(fā)送者重新發(fā)送該報(bào)文分組。

　　簡(jiǎn)單的確認(rèn)重傳嚴(yán)重浪費(fèi)帶寬,TCP還采用一種稱之為"滑動(dòng)窗口"的流量控制機(jī)制來提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量,窗口的范圍決定了發(fā)送方發(fā)送的但未被接收方確認(rèn)的數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)量。每當(dāng)接收方正確收到一則報(bào)文時(shí),窗口便向前滑動(dòng),這種機(jī)制使網(wǎng)絡(luò)中未被確認(rèn)的數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)量增加,提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。

　　TCP通信建立在面向連接的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了一種"虛電路"的概念。雙方通信之前,/IP在先建立一條連接,然后雙方就可以在其上發(fā)送數(shù)據(jù)流。這種數(shù)據(jù)交換方式能提高效率,但事先建立連接和事后拆除連接需要開銷。TCP連接的建立采用三次握手的過程,整個(gè)過程由發(fā)送方請(qǐng)求建立連接、接收方確認(rèn)、發(fā)送方再發(fā)送一則關(guān)于確認(rèn)的確認(rèn)三個(gè)過程組成。

　　2.用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議mp

　　用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議是對(duì)IP協(xié)議組的擴(kuò)充,它增加了一種機(jī)制,發(fā)送方使用這種機(jī)制可以區(qū)分一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的多個(gè)接收者。每個(gè)UDP報(bào)文除了包含某用戶進(jìn)程發(fā)送的數(shù)據(jù)外,還有報(bào)文目的端口的編號(hào)和報(bào)文源端口的編號(hào),從而使UDP軟件可以把報(bào)文遞送給正確的接收者,然后接收者要發(fā)出一個(gè)應(yīng)答。由于UDP的這種擴(kuò)充,使得在兩個(gè)用戶進(jìn)程之間遞送數(shù)據(jù)報(bào)成為可能。

　　UDP是依靠IP協(xié)議來傳送報(bào)文的,因而它的服務(wù)和IP一樣是不可靠的。這種服務(wù)不用確認(rèn)、不對(duì)報(bào)文排序、也不進(jìn)行流量控制,UDP報(bào)文可能會(huì)出現(xiàn)丟失、重復(fù)、失序等現(xiàn)象。

　　TCP/IP的會(huì)話層至應(yīng)用層

　　TCP/IP的上三層與OSI參考模型有較大區(qū)別,也沒有非常明確的層次劃分。其中FTP、TELNET、SMTP DNS是幾個(gè)在各種不同機(jī)型上廣泛實(shí)現(xiàn)的協(xié)議,TCP/IP中還定義了許多別的高層協(xié)議。

　　1.文件傳輸協(xié)議FTP

　　文件傳輸協(xié)議是網(wǎng)際提供的用于訪問遠(yuǎn)程機(jī)器的一個(gè)協(xié)議,它使用戶可以在本地機(jī)與遠(yuǎn)程機(jī)之間進(jìn)行有關(guān)文件的操作。 FTP工作時(shí)建立兩條TCP連接,一條用于傳送文件,另一條用于傳送控制。FTP采用客戶/服務(wù)器模式,它包含客戶Frp和服務(wù)器FTP?？蛻鬎TP啟動(dòng)傳送過程,而服務(wù)器FTP對(duì)其做出應(yīng)答?？蛻鬎TP大多有一個(gè)交互式界面,使客戶可以靈活地向遠(yuǎn)地傳文件或從遠(yuǎn)地取文件。

　　2.遠(yuǎn)程終端訪問IELNET

　　TELNET的連接是一個(gè)TCP連接,用于傳送具有TELNET控制信息的數(shù)據(jù)。它提供了與終端設(shè)備或終端進(jìn)程交互的標(biāo)準(zhǔn)方法,支持終端到終端的連接及進(jìn)程到進(jìn)程分布式計(jì)算的通信。

　　3.域名服務(wù)DNS

　　DNS是一個(gè)域名服務(wù)的協(xié)議,提供域名到IP地址的轉(zhuǎn)換,允許對(duì)域名資源進(jìn)行分散管理。DNS最初設(shè)計(jì)的目的是使郵件發(fā)送方知道郵件接收主機(jī)及郵件發(fā)送主機(jī)的IP地址。

　　4.簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議SMTP

　　互連網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中的電子郵件是一個(gè)簡(jiǎn)單的基于文本的協(xié)議,用于可靠、有效的數(shù)據(jù)傳輸。MTP作為應(yīng)用層的服務(wù),并不關(guān)心它下面采用的是何種傳輸服務(wù),它可通過網(wǎng)絡(luò)在TCP連接上傳送郵件,或者簡(jiǎn)單地在同一機(jī)器的進(jìn)程之間通過進(jìn)程通信的通道來傳送郵件。這樣,郵件傳輸就獨(dú)立于傳輸子系統(tǒng),可在TCP/IP環(huán)境、OSI運(yùn)輸層或X.25協(xié)議環(huán)境中傳輸郵件。

　　郵件發(fā)送之前必須協(xié)商好發(fā)送者、接收者。SMTP服務(wù)進(jìn)程同意為某個(gè)接收方發(fā)送郵件時(shí),它將郵件直接交給接收方用戶或?qū)⑧]件逐個(gè)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)連接器,直到郵件交給接收方用戶。在郵件傳輸過程中,所經(jīng)過的路由被記錄下來。這樣,當(dāng)郵件不能正常傳輸時(shí)可按原路由找到發(fā)送者。

　　在當(dāng)前的UNIX版本中,已將TCP/IP協(xié)議融入其中,使之成為UNIX操作系統(tǒng)的一個(gè)部分。DOS上也推出了相應(yīng)的TCP/IP軟件產(chǎn)品。SUN公司則將TCP/IP廣泛推向商務(wù)系統(tǒng),它在所有的工作站系統(tǒng)中都預(yù)先安裝了ICP/IP網(wǎng)絡(luò)軟件及網(wǎng)絡(luò)硬件,使網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)成為一體,同時(shí)也使TCP/IP網(wǎng)絡(luò)軟件及其客戶/服務(wù)器的工作方式為廣大用戶所接受。