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TCP/IP協(xié)議，TCP/IP協(xié)議的內(nèi)容和功能是什么？

TCP/IP是一組協(xié)議的同義詞，它還包括許多其他協(xié)議，這些協(xié)議構(gòu)成了TCP/IP協(xié)議簇。一般來說，TCP/IP提供傳輸層服務(wù)，IP提供網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)。TCP/IP架構(gòu)和ISO OSI層參考模型之間的對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

在TCP/IP分層模型中，第二層是TCP/IP的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，可以包括MENETIEEF802.3的CSMA/CD、IEEEJ802.4的令牌總線和IEEEJ802.4的令牌環(huán)

在第三個(gè)網(wǎng)絡(luò)層，IP是Internet Pmtocol，ICMP是Internet控制消息協(xié)議，ARP是地址解析協(xié)議)RARP RARP是反向ARP。

第四層是傳輸層，TCP/IP是傳輸控制協(xié)議，UDP是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議。

第五層到第七層，SlMTP是簡單郵件傳輸協(xié)議，DNS是域名服務(wù)，F(xiàn)TP是文件傳輸協(xié)議和遠(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。以下部分從體系結(jié)構(gòu)的角度重點(diǎn)介紹TCP/IP協(xié)議組的分層介紹。

TCP/IP協(xié)議，TCP/IP協(xié)議的內(nèi)容和功能是什么？

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所依賴的各種通信網(wǎng)絡(luò)之間的接口。這些通信網(wǎng)絡(luò)包括各種廣域網(wǎng)，例如ARPANET、MILNET和X.25公共數(shù)據(jù)網(wǎng)，以及各種局域網(wǎng)，例如以太網(wǎng)和IEEE標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)。IP層提供了特殊的功能來解決與各種網(wǎng)絡(luò)物理地址的轉(zhuǎn)換。

一般來說，每個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)都可以使用自己的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和物理層協(xié)議，而無需在數(shù)據(jù)鏈路層上設(shè)置專門的TCPAP協(xié)議。然而，當(dāng)使用串行線將主機(jī)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)連接，或者將網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，例如，當(dāng)用戶使用電話線和調(diào)制解調(diào)器訪問網(wǎng)絡(luò)時(shí)，或者當(dāng)兩個(gè)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通過數(shù)據(jù)專用線路互連時(shí)，有必要在數(shù)據(jù)鏈路層運(yùn)行特殊的SLIP(串行線IP)協(xié)議或PPP(點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議)。

1.SLE協(xié)議

SLIP提供了一種簡單的方法來封裝串行通信線路上的IP數(shù)據(jù)包，以便遠(yuǎn)程用戶可以通過電話線和調(diào)制解調(diào)器輕松連接到TCP/IP網(wǎng)絡(luò)?；剖且环N簡單的分幅方式，但在使用中仍存在一些問題。首先，SLIP不支持連接過程中的動(dòng)態(tài)IP地址分配，通信雙方必須提前告知對方自己的IP地址，這給沒有固定IP地址上網(wǎng)的個(gè)人用戶帶來了極大的不便。其次，SLIP幀中的元協(xié)議類型字段，所以只能支持IP協(xié)議；此外，SLIP幀中沒有校驗(yàn)字段，因此無法在鏈路層檢測到傳輸錯(cuò)誤，傳輸錯(cuò)誤問題必須由上層實(shí)體或具有糾錯(cuò)能力的調(diào)制解調(diào)器來解決。

2.PPP協(xié)議

為了解決滑動(dòng)問題，在串行通信應(yīng)用中開發(fā)了PPP協(xié)議。PPP是一種有效的點(diǎn)對點(diǎn)通信協(xié)議，它由三部分組成：串行通信線路上的成幀模式，用于建立、配置、測試和拆除數(shù)據(jù)鏈路的鏈路控制協(xié)議LCP，以及一套支持不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP。

因?yàn)镻PP幀中設(shè)置了校驗(yàn)字段，所以PPP具有鏈路層錯(cuò)誤檢測的功能。PPP中的協(xié)議提供了通信雙方協(xié)商參數(shù)的手段，還提供了一套NCPs協(xié)議，使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)人用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)的問題。

TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層有四個(gè)重要的協(xié)議：互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP、互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(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提供。除了提供端到端的數(shù)據(jù)包分發(fā)，IP還提供許多擴(kuò)展功能。例如，為了克服數(shù)據(jù)鏈路層的幀大小限制，網(wǎng)絡(luò)層提供了數(shù)據(jù)分塊和重組功能，使大型IP數(shù)據(jù)報(bào)能夠以較小的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。

網(wǎng)絡(luò)層的另一個(gè)重要服務(wù)是在一個(gè)獨(dú)立的局域網(wǎng)上建立一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，即互聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)其目的IP地址，網(wǎng)絡(luò)間的消息通過路由器傳輸?shù)搅硪粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)。

1.互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)

網(wǎng)絡(luò)層中最重要的協(xié)議是IP，它將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接成一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)，并可以通過互聯(lián)網(wǎng)以多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的形式分發(fā)高層數(shù)據(jù)。

IP的基本任務(wù)是通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)報(bào)，所有的IP數(shù)據(jù)報(bào)都是相互獨(dú)立的。主機(jī)上的IP層為傳輸層提供服務(wù)。從源傳輸實(shí)體獲取數(shù)據(jù)，并通過其數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)將其傳輸?shù)侥康闹鳈C(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，它可能會(huì)丟棄一些數(shù)據(jù)報(bào)，而IP不會(huì)檢查數(shù)據(jù)鏈路層丟棄的數(shù)據(jù)報(bào)。

在傳輸過程中，高層協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀P，然后IP將數(shù)據(jù)封裝到互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)中，并將其發(fā)送到數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，以便通過局域網(wǎng)傳輸。如果目的主機(jī)直接連接到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，IP可以通過網(wǎng)絡(luò)直接將數(shù)據(jù)報(bào)傳輸?shù)侥康闹鳈C(jī)；如果目的主機(jī)在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，IP路由器傳輸數(shù)據(jù)報(bào)，路由器依次通過下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)報(bào)傳輸?shù)侥康闹鳈C(jī)或下一個(gè)路由器。也就是說，IP數(shù)據(jù)報(bào)通過互聯(lián)網(wǎng)從一個(gè)IP模塊傳輸?shù)搅硪粋€(gè)IP模塊，直到目的地。

需要連接到獨(dú)立管理的網(wǎng)絡(luò)的路由器可以選擇它們需要的任何協(xié)議。這種協(xié)議被稱為室內(nèi)逃生協(xié)議。在IP環(huán)境中，獨(dú)立管理的系統(tǒng)稱為自治系統(tǒng)。

跨不同域(如從私有網(wǎng)絡(luò)到PDN)的路由器使用的協(xié)議稱為外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(EGP)，這是一組簡單且定義明確的正式協(xié)議。

2.互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議

從IP互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的功能可以知道，IP提供了一種不可靠的元連接包傳輸服務(wù)。如果路由器或主機(jī)故障阻塞了網(wǎng)絡(luò)，就要通知發(fā)送主機(jī)采取相應(yīng)的措施。

為了使互聯(lián)網(wǎng)能夠報(bào)告錯(cuò)誤或提供有關(guān)意外情況的信息，在IP層添加了一種特殊的消息機(jī)制，即互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議ICMP。

數(shù)據(jù)包的接收方使用ICMP通知IP模塊的發(fā)送方一些必需的修改。ICMP通常是由發(fā)現(xiàn)其他站發(fā)送的消息有問題的站生成的。例如，目的主機(jī)或中繼路由器可以發(fā)現(xiàn)問題并生成相關(guān)的ICMP。如果數(shù)據(jù)包無法傳送，ICMP可用于警告數(shù)據(jù)包來源，表明網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)或端口不可達(dá)。ICMP也可以在P中用來報(bào)告網(wǎng)絡(luò)擁塞。ICMP是正式IP協(xié)議的一部分。ICMP數(shù)據(jù)報(bào)是通過IP發(fā)送的，所以在功能上屬于網(wǎng)絡(luò)的第三層，但實(shí)際上是像第四層協(xié)議一樣編碼的。

3.地址轉(zhuǎn)換協(xié)議

在TCP/AP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，每臺(tái)主機(jī)都分配有一個(gè)32位IP地址，這是一個(gè)在互聯(lián)網(wǎng)中標(biāo)識(shí)主機(jī)的邏輯地址。為了在物理網(wǎng)絡(luò)上傳輸消息，我們必須知道彼此的物理地址。因此，存在地址轉(zhuǎn)換的問題，即把互聯(lián)網(wǎng)地址轉(zhuǎn)換成物理地址。以以太網(wǎng)環(huán)境為例，為了正確地將報(bào)文傳送到目的站，目的站的32位IP地址必須轉(zhuǎn)換成48位以太網(wǎng)目的地址DAo。這就需要網(wǎng)絡(luò)層的一組服務(wù)將IP地址轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的物理網(wǎng)絡(luò)地址，這組協(xié)議稱為p。

發(fā)送報(bào)文時(shí)，如果源網(wǎng)絡(luò)層給出的報(bào)文只有一個(gè)IP地址而沒有對應(yīng)的以太網(wǎng)地址，網(wǎng)絡(luò)層廣播一個(gè)ARP請求獲取目的站的信息，目的站必須應(yīng)答AP請求。這樣，源站點(diǎn)可以接收48位以太網(wǎng)地址，并將其放入相應(yīng)的緩存中。從源站點(diǎn)到同一目的站點(diǎn)的下一次地址轉(zhuǎn)換可以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)能夠找到同一物理網(wǎng)絡(luò)中任意物理主機(jī)的物理地址，只需要給出目的主機(jī)的IP地址。這樣，網(wǎng)絡(luò)的物理尋址對于網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)來說是透明的。

在Internet環(huán)境中，為了將消息發(fā)送到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)，首先將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到發(fā)送方網(wǎng)絡(luò)的IP路由器。因此，發(fā)送主機(jī)必須首先確定路由器的物理地址，然后依次向接收端發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)。除了基本的AP機(jī)制，有時(shí)還需要在路由器上設(shè)置代理ARP，讓IP路由器代替目的站響應(yīng)發(fā)送方的ARP請求。

4.反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議RAPP

反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議用于特殊情況。如果站點(diǎn)初始化后只有自己的物理網(wǎng)絡(luò)地址而沒有IP地址，可以通過隊(duì)列RP協(xié)議發(fā)出廣播請求索要自己的IP地址，由RARP服務(wù)器負(fù)責(zé)回答。這樣，沒有IP地址的站點(diǎn)就可以通過RARP協(xié)議獲得自己的IP地址，直到下一次系統(tǒng)重啟都是有效的，不需要連續(xù)的廣播請求。RARP廣泛用于獲取元磁盤工作站的IP地址。

TCP/IP的傳輸層

TCP/IP層提供了兩個(gè)主要的協(xié)議：傳輸控制協(xié)議(冗余P)和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)，還有一些其他的協(xié)議，比如傳輸數(shù)字語音的NVP協(xié)議。

1.傳輸控制協(xié)議

TCP提供可靠的數(shù)據(jù)流服務(wù)。當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)受到錯(cuò)誤干擾，或者基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)故障，或者網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過重，以至于互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)傳輸系統(tǒng)(元連接消息傳遞系統(tǒng))無法正常工作時(shí)，就需要其他協(xié)議來保證通信的可靠性。TCP就是這樣一種協(xié)議，它對應(yīng)于OSI模型的傳輸層，提供基于IP協(xié)議的端到端可靠的面向連接的傳輸。

采用TCP“肯定確認(rèn)重傳”技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)目煽啃?。簡單的“帶重傳的肯定確認(rèn)”意味著與發(fā)送方通信的接收方在每次接收數(shù)據(jù)時(shí)都會(huì)發(fā)回一條確認(rèn)消息。發(fā)送方保留每個(gè)傳出數(shù)據(jù)包的記錄，然后在收到確認(rèn)后發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)包。當(dāng)發(fā)送者發(fā)出一個(gè)包時(shí)，啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器。如果計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，而確認(rèn)信息尚未到達(dá)，發(fā)送方將重新發(fā)送數(shù)據(jù)包。

簡單的確認(rèn)重傳嚴(yán)重浪費(fèi)帶寬。TCP還使用一種稱為“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)接收者正確接收到信息時(shí)，窗口向前滑動(dòng)。這種機(jī)制增加了網(wǎng)絡(luò)中未確認(rèn)數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)量，提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。

TCP通信是基于面向連接的，實(shí)現(xiàn)了“虛電路”的概念。雙方通信前，/IP先建立連接，然后雙方可以在上面發(fā)送數(shù)據(jù)流。這種數(shù)據(jù)交換的方法可以提高效率，但是事先建立連接，事后拆除連接是要花錢的。TCP連接的建立采用三次握手的過程，整個(gè)過程由三個(gè)過程組成：發(fā)送方請求建立連接，接收方確認(rèn)，發(fā)送方再發(fā)送一次關(guān)于確認(rèn)的確認(rèn)。

2.用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議

用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議是IP協(xié)議族的擴(kuò)展。它添加了一種機(jī)制，通過這種機(jī)制，發(fā)送方可以在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上區(qū)分多個(gè)接收方。每個(gè)UDP消息不僅包含用戶進(jìn)程發(fā)送的數(shù)據(jù)，還包含消息的目的端口號(hào)和源端口號(hào)，這樣UDP軟件就可以將消息傳遞給正確的接收方，然后接收方就會(huì)發(fā)送應(yīng)答。由于UDP的這種擴(kuò)展，可以在兩個(gè)用戶進(jìn)程之間傳遞數(shù)據(jù)報(bào)。

UDP依靠IP協(xié)議傳輸消息，所以它的服務(wù)和IP一樣不可靠。此服務(wù)不需要確認(rèn)、分類或控制消息流，UDP消息可能會(huì)丟失、重復(fù)或無序。

TCP/IP的會(huì)話層到應(yīng)用層

TCP/IP的上面三層與OSI參考模型有很大不同，沒有明確的層次結(jié)構(gòu)。其中FTP、TELNET、SMTP DNS是在不同機(jī)型上廣泛實(shí)現(xiàn)的幾種協(xié)議，其他很多高層協(xié)議都是在TCP/IP中定義的。

1.文件傳輸協(xié)議

文件傳輸協(xié)議(FTP)是互聯(lián)網(wǎng)提供的訪問遠(yuǎn)程機(jī)器的協(xié)議，使用戶能夠在本地機(jī)器和遠(yuǎn)程機(jī)器之間操作文件。FTP工作時(shí)，建立兩個(gè)TCP連接，一個(gè)用于文件傳輸，另一個(gè)用于傳輸控制。采用FTP客戶端/服務(wù)器模式，包括客戶端Frp和服務(wù)器FTP?？蛻舳薋TP發(fā)起傳輸過程，服務(wù)器FTP對其進(jìn)行響應(yīng)。大多數(shù)FTP客戶端都有一個(gè)交互式界面，使客戶端能夠靈活地將文件傳輸?shù)竭h(yuǎn)程位置或從遠(yuǎn)程位置獲取文件。

2.遠(yuǎn)程終端訪問IELNET

TELNET連接是一種TCP連接，用于傳輸帶有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和進(jìn)程到進(jìn)程的分布式計(jì)算通信。

3.域名服務(wù)DNS

DNS是一種域名服務(wù)協(xié)議，它提供域名到IP地址的轉(zhuǎn)換，并允許對域名資源進(jìn)行分散管理。DNS最初的設(shè)計(jì)是讓發(fā)送方知道接收和發(fā)送主機(jī)的IP地址。

4.簡單郵件傳輸協(xié)議

因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中的電子郵件是一種簡單的基于文本的協(xié)議，用于可靠和有效的數(shù)據(jù)傳輸。MTP作為應(yīng)用層的服務(wù)，并不關(guān)心下面使用什么樣的傳輸服務(wù)。它可以通過網(wǎng)絡(luò)在TCP連接上發(fā)送郵件，或者只是通過進(jìn)程通信的通道在同一臺(tái)機(jī)器的進(jìn)程之間發(fā)送郵件。這樣，郵件傳輸獨(dú)立于傳輸子系統(tǒng)，可以在TCP/IP環(huán)境、OSI傳輸層或X.25協(xié)議環(huán)境下傳輸。

在發(fā)送郵件之前，發(fā)件人和收件人必須進(jìn)行協(xié)商。當(dāng)SMTP服務(wù)進(jìn)程同意為某個(gè)收件人發(fā)送郵件時(shí)，它會(huì)直接將郵件投遞到收件人用戶，或者逐個(gè)通過網(wǎng)絡(luò)連接器，直到郵件被投遞到收件人用戶。在郵件傳輸?shù)倪^程中，路線被記錄下來。這樣，當(dāng)郵件無法正常傳輸時(shí)，可以通過原路由找到發(fā)件人。

在當(dāng)前的UNIX版本中，TCP/IP協(xié)議已被集成到其中，使其成為UNIX操作系統(tǒng)的一部分。在DOS上也介紹了相應(yīng)的TCP/IP軟件產(chǎn)品。SUN已經(jīng)將TCP/IP廣泛推廣到商業(yè)系統(tǒng)中。它在所有工作站系統(tǒng)中預(yù)裝了ICP/IP網(wǎng)絡(luò)軟件和網(wǎng)絡(luò)硬件，使網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)成為一個(gè)有機(jī)的整體。同時(shí)，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)軟件及其客戶機(jī)/服務(wù)器工作模式被大多數(shù)用戶所接受。

本文講解到此結(jié)束，希望對大家有所幫助。

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