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

TCP/IP的網(wǎng)絡層
網(wǎng)絡層中含有四個重要的協(xié)議:互連網(wǎng)協(xié)議IP、互連網(wǎng)控制報文協(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還提供了很多擴充功能。例如,為了克服數(shù)據(jù)鏈路層對幀大小的限制,網(wǎng)絡層提供了數(shù)據(jù)分塊和重組功能,這使得很大的IP數(shù)據(jù)報能以較小的分組在網(wǎng)上傳輸。

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

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

網(wǎng)絡層最重要的協(xié)議是IP,它將多個網(wǎng)絡聯(lián)成一個互連網(wǎng),可以把高層的數(shù)據(jù)以多個數(shù)據(jù)報的形式通過互連網(wǎng)分發(fā)出去。

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

在傳送時,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,并交給數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議通過局域網(wǎng)傳送。若目的主機直接連在本網(wǎng)中,IP可直接通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)報傳給目的主機;若目的主機在遠地網(wǎng)絡中,則IP路由器傳送數(shù)據(jù)報,而路由器則依次通過下一網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)報傳送到目的主機或再下一個路由器。也即一個IP數(shù)據(jù)報是通過互連網(wǎng)絡,從一個IP模塊傳到另一個IP模塊,直到終點為止。

需要連接獨立管理的網(wǎng)絡的路由器,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,一個獨立管理的系統(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是一組簡單的定義完備的正式協(xié)議。

2.互連網(wǎng)控制報文協(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文分組傳送服務。若路由器或主機故障使網(wǎng)絡阻塞,就需要通知發(fā)送主機采取相應措施。

為了使互連網(wǎng)能報告差錯,或提供有關意外情況的信息,在IP層加入了一類特殊用途的報文機制,即互連網(wǎng)控制報文協(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)來的報文有問題的站產(chǎn)生的,例如可由目的主機或中繼路由器來發(fā)現(xiàn)問題并產(chǎn)生有關的ICMP。如果一個分組不能傳送,ICMP便可以被用來警告分組源,說明有網(wǎng)絡、主機或端口不可達。ICMP在P也可以用來報告網(wǎng)絡阻塞。ICMP是IP正式協(xié)議的一部分,ICMP數(shù)據(jù)報通過IP送出,因此它在功能上屬于網(wǎng)絡第三層,但實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)絡環(huán)境下,每個主機都分配了一個32位的IP地址,這種互連網(wǎng)地址是在網(wǎng)際范圍標識主機的一種邏輯地址。為了讓報文在物理網(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)絡層有一組服務將IP地址轉(zhuǎn)換為相應物理網(wǎng)絡地址,這組協(xié)議即是成P。

在進行報文發(fā)送時,如果源網(wǎng)絡層所給的報文只有IP地址,而沒有對應的以太網(wǎng)地址,則網(wǎng)絡層廣播ARP請求以獲取目的站信息,而目的站必須回答該AP請求。這樣源站點可以收到以太網(wǎng)48位地址,并將地址放入相應的高速緩存(Cache)。下一次源站點對同一目的站點的地址轉(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使主機可以找出同一物理網(wǎng)絡中任一個物理主機的物理地址,只需給出目的主機的IP地址即可。這樣,網(wǎng)絡的物理編址可以對網(wǎng)絡層服務透明。

在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,為了將報文送到另一個網(wǎng)絡的主機,數(shù)據(jù)報先定向發(fā)送到發(fā)送方所在網(wǎng)絡的IP路由器。因此,發(fā)送主機首先必須確定路由器的物理地址,然后依次將數(shù)據(jù)報發(fā)往接收端。除基本AP機制外,有時還需在路由器上設置代理ARP,其目的是由IP路由器代替目的站對發(fā)送方ARP請求做出響應。

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,如果站點初始化以后,只有自己的物理網(wǎng)絡地址而沒有IP地址,則它可以通過隊RP協(xié)議,發(fā)出廣播請求,征求自己的IP地址,而RARP服務器則負責回答。這樣,無IP地址的站點可以通過RARP協(xié)議取得自己的IP地址,這個地址在下一次系統(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這一層提供了兩個主要的協(xié)議:傳輸控制協(xié)議(冗P)和用戶數(shù)據(jù)報協(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。當傳送受差錯干擾的數(shù)據(jù),或基礎網(wǎng)絡故障,或網(wǎng)絡負荷太重而使網(wǎng)際基本傳輸系統(tǒng)(元連接報文遞交系統(tǒng))不能正常工作時,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,它對應于OSI模型的運輸層,它在IP協(xié)議的基礎上,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"技術來實現(xiàn)傳輸?shù)目煽啃?。簡單?帶重傳的肯定確認"是指與發(fā)送方通信的接收者,每接收一次數(shù)據(jù),就送回一個確認報文,發(fā)送者對每個發(fā)出去的報文分組都留一份記錄,等到收到確認之后再發(fā)出下一個報文分組。發(fā)送者發(fā)出一個報文分組時,啟動一個計時器,若計時器計數(shù)完畢,確認還未到達,則發(fā)送者重新發(fā)送該報文分組。

簡單的確認重傳嚴重浪費帶寬,TCP還采用一種稱之為"滑動窗口"的流量控制機制來提高網(wǎng)絡的吞吐量,窗口的范圍決定了發(fā)送方發(fā)送的但未被接收方確認的數(shù)據(jù)報的數(shù)量。每當接收方正確收到一則報文時,窗口便向前滑動,這種機制使網(wǎng)絡中未被確認的數(shù)據(jù)報數(shù)量增加,提高了網(wǎng)絡的吞吐量。

TCP通信建立在面向連接的基礎上,實現(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,整個過程由發(fā)送方請求建立連接、接收方確認、發(fā)送方再發(fā)送一則關于確認的確認三個過程組成。

2.用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議mp

用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議是對IP協(xié)議組的擴充,它增加了一種機制,發(fā)送方使用這種機制可以區(qū)分一臺計算機上的多個接收者。每個UDP報文除了包含某用戶進程發(fā)送的數(shù)據(jù)外,還有報文目的端口的編號和報文源端口的編號,從而使UDP軟件可以把報文遞送給正確的接收者,然后接收者要發(fā)出一個應答。由于UDP的這種擴充,使得在兩個用戶進程之間遞送數(shù)據(jù)報成為可能。

UDP是依靠IP協(xié)議來傳送報文的,因而它的服務和IP一樣是不可靠的。這種服務不用確認、不對報文排序、也不進行流量控制,UDP報文可能會出現(xiàn)丟失、重復、失序等現(xiàn)象。

TCP/IP的會話層至應用層
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是幾個在各種不同機型上廣泛實現(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程機器的一個協(xié)議,它使用戶可以在本地機與遠程機之間進行有關文件的操作。 FTP工作時建立兩條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/服務器模式,它包含客戶Frp和服務器FTP?？蛻鬎TP啟動傳送過程,而服務器FTP對其做出應答?？蛻鬎TP大多有一個交互式界面,使客戶可以靈活地向遠地傳文件或從遠地取文件。

2.遠程終端訪問IELNET

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

3.域名服務DNS

DNS是一個域名服務的協(xié)議,提供域名到IP地址的轉(zhuǎn)換,允許對域名資源進行分散管理。DNS最初設計的目的是使郵件發(fā)送方知道郵件接收主機及郵件發(fā)送主機的IP地址。

4.簡單郵件傳送協(xié)議SMTP

互連網(wǎng)標準中的電子郵件是一個簡單的基于文本的協(xié)議,用于可靠、有效的數(shù)據(jù)傳輸。MTP作為應用層的服務,并不關心它下面采用的是何種傳輸服務,它可通過網(wǎng)絡在TCP連接上傳送郵件,或者簡單地在同一機器的進程之間通過進程通信的通道來傳送郵件。這樣,郵件傳輸就獨立于傳輸子系統(tǒng),可在TCP/IP環(huán)境、OSI運輸層或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服務進程同意為某個接收方發(fā)送郵件時,它將郵件直接交給接收方用戶或?qū)⑧]件逐個經(jīng)過網(wǎng)絡連接器,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,當郵件不能正常傳輸時可按原路由找到發(fā)送者。