TCP/IP協(xié)議

1、 TCP/IP的歷史

　　TCP/IP的歷史要追溯到20世紀70年代中期，當時(shí)的美國國防部高級項目研究局（DARPA）為了實(shí)現異種網(wǎng)之間的互聯(lián)與互通，大力資助網(wǎng)間網(wǎng)技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，于1977到1979年間推出目前形式的TCP/IP體系結構和協(xié)議規范。美國國防部高級項目研究局資助網(wǎng)間網(wǎng)研究開(kāi)發(fā)，事出有因。1969年，美國高級項目研究局（ARPA）建立了ARPANET。ARPANET是最早出的計算機網(wǎng)絡(luò )之，現代計算機網(wǎng)絡(luò )的許多概念和方法便來(lái)自ARPANET。隨后美國高級項目研究局不斷鼓勵在A(yíng)RPANET上進(jìn)行分組交換技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。在20世紀60、70年代，美國國防部高級項目研究局是主要的分組交換技術(shù)的資助者，美國國防部高級項目研究局不僅資助了在由租用線(xiàn)互聯(lián)的ARPANET上的分組交換技術(shù)研究，而且資助了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)和衛星網(wǎng)上的分組交換技術(shù)的研究。正是由于硬件網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的分化以及與不同硬件技術(shù)打交道的經(jīng)驗，才促使美國國防部高級項目研究局研究網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)問(wèn)題，并導致了TCP/IP的出現與發(fā)展。

　　到了1979年，越來(lái)越多的研究人員投入TCP/IP的研究開(kāi)發(fā)之中，于是美國國防部高級項目研究局組織“Internet控制與配置委員會(huì )（ICCB）”以協(xié)調各方面的工作。

　　1980年前后，美國國防部高級項目研究局開(kāi)始將ARPANET上的所有機器轉向TCP/IP協(xié)議，并以ARPANET為主干建立Internet互聯(lián)網(wǎng)。

　　1983年1月，ARPANET向TCP/IP的轉換全部結束，美國國防部長(cháng)辦公室命令聯(lián)入遠程網(wǎng)的所有計算機都必須采用TCP/IP。同時(shí)，美國國防通信局將ARPANET分為獨立的兩部分，一部分仍叫ARPANET，用于進(jìn)一步的研究工作；另一部分稍大一些，成為著(zhù)名的MILNET，用于軍方的非機密通信。

　　為推廣TCP/IP協(xié)議，DARPA以低價(jià)出售TCP/IP的方法，并通過(guò)資助BBN（Bolt Beranek and Newman,Inc.）實(shí)現用于其UNIX的TCP/IP協(xié)議，還通過(guò)資助伯克利加州大學(xué)將TCP/IP協(xié)議融入BSD UNIX，促成TCP/IP與當時(shí)多數大學(xué)中流行的BSD UNIX（Berkeley Software

　　Distribution UNIX)的結合。1983年，伯克利推出內含TCP/IP的第一個(gè)BDS UNIX，該協(xié)議軟件可謂生逢其時(shí)，因為當時(shí)許多大學(xué)的院系正缺乏一種他們迫切需要的聯(lián)網(wǎng)手段，以建造各自的局域網(wǎng)。

　　BSD UNIX在網(wǎng)絡(luò )方面的成功有以下原因。首先，除提供標準的TCP/IP應用程序外，它還支持一組網(wǎng)絡(luò )服務(wù)工具程序(utilities)。這些工具的調用格式與UNIX命令調用格式相似，深受UNIX用戶(hù)歡迎。第二，BSD UNIX提供一種供應用程序訪(fǎng)問(wèn)通信協(xié)議的操作系統調用：Socket。Socket是一種進(jìn)程間通信機制，是UNIX輸入/輸出機制的的推廣。Socket的出現使程序號可以很方便地訪(fǎng)問(wèn)TCP/IP協(xié)議，或多或少地推動(dòng)了TCP/IP的研究開(kāi)發(fā)工作。

　　出于計算機網(wǎng)絡(luò )對于科學(xué)研究重要意義的遠見(jiàn)卓越，以及對TCP/IP技術(shù)的信心，美國國家科學(xué)基金會(huì )NSF于1985年開(kāi)始涉足TCP/IP的研究與開(kāi)發(fā)，并逐漸成為其中一個(gè)重要角色。NSF首先圍繞其6個(gè)超級計算中心建立了基于TCP/IP的訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)，并于1986年資助建立遠程主干網(wǎng)NSFNET。NSFNET聯(lián)通NSF的全部超級計算中心與ARPANET相聯(lián)。1986年，NSF資助了許多地區網(wǎng)的建設，使全美主要的科研機構聯(lián)入NSFNET。NSF資助的所有網(wǎng)絡(luò )均采用TCP/IP協(xié)議，而且是Internet的一部分。

　　到今天，TCP/IP技術(shù)以及Internet網(wǎng)間網(wǎng)已經(jīng)為廣大計算機工作者、計算機廠(chǎng)商和計算機用戶(hù)所接受，成為許多人工作環(huán)境的一部分。{{分頁(yè)}}

　　總結TCP/IP技術(shù)的發(fā)展，TCP/IP的成功可以歸結為以下原因：

①     TCP/IP是最早出現的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議之一，是最早出現的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，它的成功得益于順應了社會(huì )的需求。

②     DARPA為推廣TCP/IP，采用開(kāi)放策略，以低價(jià)出售TCP/IP使用權，鼓勵廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)TCP/IP產(chǎn)品。

③     TCP/IP與流行操作系統UNIX的結合是其成功的一大源泉。

④     TCP/IP技術(shù)來(lái)自于實(shí)踐，并在實(shí)踐中得到不斷的改進(jìn)與完善。

2、  TCP/IP的分層模型

　　協(xié)議分層模型包括兩方面內容，一是層次結構，一是各層功能描述。下面介紹TCP/IP的分層模型。

　　關(guān)于分層模型，首先要提到ISO/OSI參考模型，簡(jiǎn)稱(chēng)ISO模型。

　　如表1所示，ISO模型包括七層，各層功能大致如下：

①     物理層。涉及在物理信道上傳輸原始比特，處理與物理傳輸介質(zhì)有關(guān)的機械的、電氣的和過(guò)程的接口。

②     數據鏈路層。分為介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制（MAC）和邏輯鏈路控制（LLC）兩個(gè)子層。介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層解決廣播型網(wǎng)絡(luò )中多用戶(hù)競爭信道使用權的問(wèn)題。邏輯鏈路控制子層的主要任務(wù)是將有噪聲的物理信道變成無(wú)傳輸差錯的通信信道，提供數據成幀、差錯控制、流量控制和鏈路控制等功能。

③     網(wǎng)絡(luò )層。負責將數據從物理連接的一端傳到另一端，即所謂點(diǎn)到點(diǎn)通信。主要功能是尋徑，以及與之相關(guān)的流量控制和擁塞控制等。

④     傳輸層。主要目的在于彌補網(wǎng)絡(luò )層服務(wù)與用戶(hù)需求之間的差距。傳輸層通過(guò)向上提供一個(gè)標準、通用的界面，使上層與通信子網(wǎng)（下三層）的細節相隔離。傳輸層的主要任務(wù)是提供進(jìn)程間通信機制和保證數據傳輸的可靠性。

⑤     會(huì )話(huà)層。主要針對遠程終端訪(fǎng)問(wèn)。主要任務(wù)包括會(huì )話(huà)管理、傳輸同步以及活動(dòng)管理等。會(huì )話(huà)一般都是面向鏈接的，遠程過(guò)程調用RPC是個(gè)例外。

⑥     表示層。主要功能是信息轉換，包括信息壓縮、加密、與標準格式的轉換（以及上述各操作的逆操作）等。

⑦     應用層。提供最常用且通用的應用程序，包括電子郵件（E-mail）和文件傳輸等。{{分頁(yè)}}

　　與來(lái)自標準化組織的ISO模型不同，TCP/IP不是作為標準人為制定的，而是產(chǎn)生于網(wǎng)間網(wǎng)研究和應用實(shí)踐中，TCP/IP模型如圖1所示，分4個(gè)層次。雖然稍作修改后，ISO模型也可用于描述TCP/IP協(xié)議，但這只是否形式而已，二者內部細節的差別是很大的。

　　傳輸層還要解決不同應用程序的識別問(wèn)題，因為在一般的通用計算機中，常常是多個(gè)應用程序同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)間網(wǎng)。為區別應用程序，傳輸層在每一分組中增加識別信源和信宿應用程序的信息。另外，傳輸層每一個(gè)分組均附帶校驗和接收機，以此校驗收到分組的正確性。

（1）       網(wǎng)間網(wǎng)層（IP）

　　負責相鄰計算機之間的通信。其功能包括三個(gè)方面：

①     處理來(lái)自傳輸層的分組發(fā)送請求。收到請求后，將分組裝入IP數據報，填充報頭，選擇去往信宿機的路徑，然后將數據報發(fā)往適當的網(wǎng)絡(luò )接口。

②     處理輸入數據報。首先檢查其合法性，然后進(jìn)行尋徑，假如該數據報已達到信宿地（本機），則去掉報頭，將剩下部分（傳輸層分組）交給適當的傳輸協(xié)議；假如該數據報尚未到達信宿，則轉發(fā)該數據報。

③     處理因特網(wǎng)控制消息協(xié)議（ICMP：Internet Control Message Protocol）報文，處理路徑、流量控制、網(wǎng)絡(luò )擁塞等問(wèn)題。

（2）       網(wǎng)絡(luò )接口層

　　這是TCP/IP軟件的最低層，負責接收IP數據并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送之，或者從網(wǎng)絡(luò )上接收物理幀，抽出IP數據報，交給IP層。

　　網(wǎng)絡(luò )接口有兩種類(lèi)型。第一種是設備驅動(dòng)程序（如局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )接口）；第二種含有自身數據鏈路協(xié)議的復雜子系統。

（3）       應用層

　　向用戶(hù)提供一組常用的應用程序，比如文件傳輸訪(fǎng)問(wèn)、電子郵件等。嚴格說(shuō)起來(lái)，TCP/IP網(wǎng)間網(wǎng)協(xié)議只包含下三層（不含硬件），應用程序不能算TCP/IP的一部分。對常用的應用程序，TCP/IP制定了相應協(xié)議標準，所以也把它們作為T(mén)CP/IP的內容。事實(shí)上，用戶(hù)完全可以在網(wǎng)間網(wǎng)之上（即傳輸層之上），建立自己的專(zhuān)用應用程序，這些專(zhuān)用應用程序要用到TCP/IP，但不屬于TCP/IP。

（4）       傳輸層（TCP）

　　提供應用程序間（即端到端）的通信。其功能包括以下兩點(diǎn)：

①     格式化信息流。

②     提供可靠傳輸/

　　為實(shí)現后者，傳輸層協(xié)議規定接收端必須發(fā)回確認，并且假如分組丟失，必須重新發(fā)送。