TCP/IP協(xié)議

1、 TCP/IP的歷史

　　TCP/IP的歷史要追溯到20世紀(jì)70年代中期，當(dāng)時(shí)的美國國防部高級項(xiàng)目研究局（DARPA）為了實(shí)現(xiàn)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)的研究與開發(fā)，于1977到1979年間推出目前形式的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議規(guī)范。美國國防部高級項(xiàng)目研究局資助網(wǎng)間網(wǎng)研究開發(fā)，事出有因。1969年，美國高級項(xiàng)目研究局（ARPA）建立了ARPANET。ARPANET是最早出的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的許多概念和方法便來自ARPANET。隨后美國高級項(xiàng)目研究局不斷鼓勵在ARPANET上進(jìn)行分組交換技術(shù)的研究開發(fā)。在20世紀(jì)60、70年代，美國國防部高級項(xiàng)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(xiàng)目研究局不僅資助了在由租用線互聯(lián)的ARPANET上的分組交換技術(shù)研究，而且資助了無線網(wǎng)和衛(wèi)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(yàn)，才促使美國國防部高級項(xiàng)目研究局研究網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問題，并導(dǎo)致了TCP/IP的出現(xiàn)與發(fā)展。

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

　　1980年前后，美國國防部高級項(xiàng)目研究局開始將ARPANET上的所有機(jī)器轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換全部結(jié)束，美國國防部長辦公室命令聯(lián)入遠(yuǎn)程網(wǎng)的所有計(jì)算機(jī)都必須采用TCP/IP。同時(shí)，美國國防通信局將ARPANET分為獨(dú)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，成為著名的MILNET，用于軍方的非機(jī)密通信。

　　為推廣TCP/IP協(xié)議，DARPA以低價(jià)出售TCP/IP的方法，并通過資助BBN（Bolt Beranek and Newman,Inc.）實(shí)現(xiàn)用于其UNIX的TCP/IP協(xié)議，還通過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(dāng)時(shí)多數(shù)大學(xué)中流行的BSD UNIX（Berkeley Software

　　Distribution UNIX)的結(jié)合。1983年，伯克利推出內(nèi)含TCP/IP的第一個(gè)BDS UNIX，該協(xié)議軟件可謂生逢其時(shí)，因?yàn)楫?dāng)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(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP應(yīng)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(diào)用格式與UNIX命令調(diào)用格式相似，深受UNIX用戶歡迎。第二，BSD UNIX提供一種供應(yīng)用程序訪問通信協(xié)議的操作系統(tǒng)調(diào)用：Socket。Socket是一種進(jìn)程間通信機(jī)制，是UNIX輸入/輸出機(jī)制的的推廣。Socket的出現(xiàn)使程序號可以很方便地訪問TCP/IP協(xié)議，或多或少地推動了TCP/IP的研究開發(fā)工作。

　　出于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對于科學(xué)研究重要意義的遠(yuǎn)見卓越，以及對TCP/IP技術(shù)的信心，美國國家科學(xué)基金會NSF于1985年開始涉足TCP/IP的研究與開發(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(jì)算中心建立了基于TCP/IP的訪問網(wǎng)，并于1986年資助建立遠(yuǎn)程主干網(wǎng)NSFNET。NSFNET聯(lián)通NSF的全部超級計(jì)算中心與ARPANET相聯(lián)。1986年，NSF資助了許多地區(qū)網(wǎng)的建設(shè)，使全美主要的科研機(jī)構(gòu)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(jì)算機(jī)工作者、計(jì)算機(jī)廠商和計(jì)算機(jī)用戶所接受，成為許多人工作環(huán)境的一部分。{{分頁}}

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

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

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

③     TCP/IP與流行操作系統(tǒng)UNIX的結(jié)合是其成功的一大源泉。

④     TCP/IP技術(shù)來自于實(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(nèi)容，一是層次結(jié)構(gòu)，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，簡稱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(jī)械的、電氣的和過程的接口。

②     數(shù)據(jù)鏈路層。分為介質(zhì)訪問控制（MAC）和邏輯鏈路控制（LLC）兩個(gè)子層。介質(zhì)訪問控制子層解決廣播型網(wǎng)絡(luò)中多用戶競爭信道使用權(quán)的問題。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傳輸差錯(cuò)的通信信道，提供數(shù)據(jù)成幀、差錯(cuò)控制、流量控制和鏈路控制等功能。

③     網(wǎng)絡(luò)層。負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)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(bǔ)網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)與用戶需求之間的差距。傳輸層通過向上提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)、通用的界面，使上層與通信子網(wǎng)（下三層）的細(xì)節(jié)相隔離。傳輸層的主要任務(wù)是提供進(jìn)程間通信機(jī)制和保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/P>

⑤     會話層。主要針對遠(yuǎn)程終端訪問。主要任務(wù)包括會話管理、傳輸同步以及活動管理等。會話一般都是面向鏈接的，遠(yuǎn)程過程調(diào)用RPC是個(gè)例外。

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

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

　　與來自標(biāo)準(zhǔn)化組織的ISO模型不同，TCP/IP不是作為標(biāo)準(zhǔn)人為制定的，而是產(chǎn)生于網(wǎng)間網(wǎng)研究和應(yīng)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(nèi)部細(xì)節(jié)的差別是很大的。

　　傳輸層還要解決不同應(yīng)用程序的識別問題，因?yàn)樵谝话愕耐ㄓ糜?jì)算機(jī)中，常常是多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)訪問網(wǎng)間網(wǎng)。為區(qū)別應(yīng)用程序，傳輸層在每一分組中增加識別信源和信宿應(yīng)用程序的信息。另外，傳輸層每一個(gè)分組均附帶校驗(yàn)和接收機(jī)，以此校驗(yàn)收到分組的正確性。

（1）       網(wǎng)間網(wǎng)層（IP）

　　負(fù)責(zé)相鄰計(jì)算機(jī)之間的通信。其功能包括三個(gè)方面：

①     處理來自傳輸層的分組發(fā)送請求。收到請求后，將分組裝入IP數(shù)據(jù)報(bào)，填充報(bào)頭，選擇去往信宿機(jī)的路徑，然后將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)往適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)接口。

②     處理輸入數(shù)據(jù)報(bào)。首先檢查其合法性，然后進(jìn)行尋徑，假如該數(shù)據(jù)報(bào)已達(dá)到信宿地（本機(jī)），則去掉報(bào)頭，將剩下部分（傳輸層分組）交給適當(dāng)?shù)膫鬏攨f(xié)議；假如該數(shù)據(jù)報(bào)尚未到達(dá)信宿，則轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)報(bào)。

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

（2）       網(wǎng)絡(luò)接口層

　　這是TCP/IP軟件的最低層，負(fù)責(zé)接收IP數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送之，或者從網(wǎng)絡(luò)上接收物理幀，抽出IP數(shù)據(jù)報(bào)，交給IP層。

　　網(wǎng)絡(luò)接口有兩種類型。第一種是設(shè)備驅(qū)動程序（如局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接口）；第二種含有自身數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的復(fù)雜子系統(tǒng)。

（3）       應(yīng)用層

　　向用戶提供一組常用的應(yīng)用程序，比如文件傳輸訪問、電子郵件等。嚴(yán)格說起來，TCP/IP網(wǎng)間網(wǎng)協(xié)議只包含下三層（不含硬件），應(yīng)用程序不能算TCP/IP的一部分。對常用的應(yīng)用程序，TCP/IP制定了相應(yīng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，所以也把它們作為TCP/IP的內(nèi)容。事實(shí)上，用戶完全可以在網(wǎng)間網(wǎng)之上（即傳輸層之上），建立自己的專用應(yīng)用程序，這些專用應(yīng)用程序要用到TCP/IP，但不屬于TCP/IP。

（4）       傳輸層（TCP）

　　提供應(yīng)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(xiàn)后者，傳輸層協(xié)議規(guī)定接收端必須發(fā)回確認(rèn)，并且假如分組丟失，必須重新發(fā)送。