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TCP/IP协议[编辑]


      TCP是传输控制协议(Transmission Control Protocol)的缩写,IP地址是互联网协议(Internet Protocol)的缩写。世界上有各种不同类型的计算机,也有不同的操作系统,要想让这些装有不同操作系统的不同类型计算机互相通讯,就必须有统一的标准。TCP/IP是Internet使用的一组协议(Protocol),是目前被各方面遵从的网际互联工业标准。协议有底层和上层之分,底层协议规定了计算机硬件的接口规范,上层协议规定了软件程序必需共同遵守的一些规则以及程序员在写程序时使用的统一标准。TCP/IP有l00多个协议,其中用得最广的是SMTP(电子邮件协议)、FTP(文件传输协议)、TELNET(远程登录协议)。其中最重要的两个协议是传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)和互联协议IP(Internet Protocol)。IP负责信息的实际传送,而TCP则保证所传送的信息是正确的。

产生背景

  众所周知,如今电脑上因特网都要作TCP/IP协议设置,显然该协议成了当今地球村“人与人”之间的“牵手协议”。   

      1997年,为了褒奖对因特网发展作出突出贡献的科学家,并对TCP/IP协议作出充分肯定,美国授予为因特网发明和定义TCP/IP协议的文顿·瑟夫和卡恩“国家技术金奖”。这无疑使人们认识到TCP/IP协议的重要性。   

      在阿帕网(ARPR)产生运作之初,通过接口信号处理机实现互联的电脑并不多,大部分电脑相互之间不兼容,在一台电脑上完成的工作,很难拿到另一台电脑上去用,想让硬件和软件都不一样的电脑联网,也有很多困难。当时美国的状况是,陆军用的电脑是DEC系列产品,海军用的电脑是Honeywell中标机器,空军用的是IBM公司中标的电脑,每一个军种的电脑在各自的系里都运行良好,但却有一个大弊病:不能共享资源。   

      当时科学家们提出这样一个理念:“所有电脑生来都是平等的。”为了让这些“生来平等”的电脑能够实现“资源共享”就得在这些系统的标准之上,建立一种大家共同都必须遵守的标准,这样才能让不同的电脑按照一定的规则进行“谈判”,并且在谈判之后能“握手”。   

      在确定今天因特网各个电脑之间“谈判规则”过程中,最重要的人物当数瑟夫(Vinton G.Cerf)。正是他的努力,才使今天各种不同的电脑能按照协议上网互联。瑟夫也因此获得了与克莱因罗克(“因特网之父”)一样的美称“互联网之父”。   

      瑟夫从小喜欢标新立异,坚强而又热情。中学读书时,就被允许使用加州大学洛杉矶分校的电脑,他认为“为电脑编程序是个非常激动人心的事,…只要把程序编好,就可以让电脑做任何事情。”1965年,瑟夫从斯坦福大学毕业到IBM的一家公司当系统工程师,工作没多久,瑟夫就觉得知识不够用,于是到加州大学洛杉矶分校攻读博士,那时,正逢阿帕网的建立,“接口信号处理机”(IMP)的研试及网络测评中心的建立,瑟夫也成了著名科学家克莱因罗克手下的一位学生。瑟夫与另外三位年轻人(温菲尔德、克罗克、布雷登)参与了阿帕网的第一个节点的联接。此后不久,BBN公司对工作中各种情况发展有很强判断能力、被公认阿帕网建成作出巨大贡献的鲍伯·卡恩(Bob Kahn)也来到了加州大学洛杉矶分校。 在那段日子里,往往是卡恩提出需要什么软件,而瑟夫则通宵达旦地把符合要求的软件给编出来,然后他们一起测试这些软件,直至能正常运行。   

      当时的主要格局是这样的,罗伯茨提出网络思想设计网络布局,卡恩设计阿帕网总体结构,克莱因罗克负责网络测评系统,还有众多的科学家、研究生参与研究、试验。69年9月阿帕网诞生、运行后,才发现各个IMP连接的时候,需要考虑用各种电脑都认可的信号来打开通信管道,数据通过后还要关闭通道。否则这些IMP不会知道什么时候应该接收信号,什么时候该结束,这就是我们现在所说的通信“协议”的概念。70年12月制定出来了最初的通信协议由卡恩开发、瑟夫参与的“网络控制协议”(NCP),但要真正建立一个共同的标准很不容易,72年10月国际电脑通信大会结束后,科学家们都在为此而努力。   

      “包切换”理论为网络之间的联接方式提供了理论基础。卡恩在自己研究的基础上,认识到只有深入理解各种操作系统的细节才能建立一种对各种操作系统普适的协议,73年卡恩请瑟夫一起考虑这个协议的各个细节,他们这次合作的结果产生了目前在开放系统下的所有网民和网管人员都在使用的“传输控制协议”(TCP,Transmission-Control Protocol)和“因特网协议”(IP,Internet Protocol)即TCP/IP协议。   

      通俗而言:TCP负责发现传输的问题,一有问题就发出信号,要求重新传输,直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台电脑规定一个地址。1974年12月,卡恩、瑟夫的第一份TCP协议详细说明正式发表。当时美国国防部与三个科学家小组签定了完成TCP/IP的协议,结果由瑟夫领衔的小组捷足先登,首先制定出了通过详细定义的TCP/IP协议标准。当时作了一个试验,将信息包通过点对点的卫星网络,再通过陆地电缆,再通过卫星网络,再由地面传输,贯串欧洲和美国,经过各种电脑系统,全程9.4万公里竟然没有丢失一个数据位,远距离的可靠数据传输证明了TCP/IP协议的成功。   

      1983年1月1日,运行较长时期曾被人们习惯了的NCP被停止使用,TCP/IP协议作为因特网上所有主机间的共同协议,从此以后被作为一种必须遵守的规则被肯定和应用。正是由于TCP/IP协议,才有今天“地球村”因特网的巨大发展。

 层次概述

(TCP/IP结构对应OSI结构)

  TCP/IP是一个四层的分层体系结构。

  最高层:应用层为协议的最高层,在该层应用程序与协议相配合,发送或接收数据。TCP/IP协议集在应用层上有远程登录协议(Telnet)、文件传输协议(FTP)、电子邮箱协议(SMTP)、域名系统(DNS)等,它们构成了TCP/IP的基本应用程序。

  高层:即传输层,其主要协议有UDP(user data protocol)和传输控制协议(TCP,Transmission Control Protocol)。TCP协议是在IP协议提供的服务基础上,支持面向连接的、可靠地传输服务,是负责聚集信息或把文件拆分成更小的包。这些包通过网络传送到接收端的TCP层,接收端的TCP层把包还原为原始文件;UDP协议时直接利用IP协议进行UDP数据报的传输,因此UDP协议提供的是无连接、不保证数据完整到达目的地的传输服务。由于UDP不使用很繁琐的流控制或错误恢复机制,只充当数据报的发送者和接收者,因此,UDP比TCP简单得多。

  低层:是网际协议(IP,Internet Protocol),它处理每个包的地址部分,使这些包正确的到达目的地。网络上的网关计算机根据信息的地址来进行路由选择。即使来自同一文件的分包路由也有可能不同,但最后会在目的地汇合。 TCP/IP使用客户端/服务器模式进行通信。TCP/IP通信是点对点的,意思是通信是网络中的一台主机与另一台主机之间的。TCP/IP与上层应用程序之间可以说是“没有国籍的”,因为每个客户请求都被看做是与上一个请求无关的。正是它们之间的“无国籍的”释放了网络路径,才使每个人都可以连续不断的使用网络。 许多用户熟悉使用TCP/IP协议的高层应用协议。包括万维网(www,world wide web)的超文本传输协议(HTTP),文件传输协议(FTP),远程网络访问协议(Telnet)和简单邮件传输协议(SMTP)。这些协议通常和TCP/IP协议打包在一起。 使用模拟电话调制解调器连接网络的个人电脑通常是使用串行线路接口协议(SLIP)和点对点协议(P2P)。这些协议压缩IP包后通过拨号电话线发送到对方的调制解调器中。 与TCP/IP协议相关的协议还包括用户数据报协议(UDP),它代替TCP/IP协议来达到特殊的目的。其他协议是网络主机用来交换路由信息的,包括Internet控制信息协议(ICMP),内部网关协议(IGP),外部网关协议(EGP),边界网关协议(BGP)。

主要协议  之所以说TCP/IP是一个协议族,是因为TCP/IP协议包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、SMTP、ARP、TFTP等许多协议,这些协议一起称为TCP/IP协议。以下是协议族中一些常用协议英文名称和用途:

  TCP(Transport Control Protocol)传输控制协议

  IP(Internet Protocol)因特网协议

  UDP(User Datagram Protocol)用户数据报协议

  ICMP(Internet Control Message Protocol)互联网控制信息协议

  SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)简单邮件传输协议

  SNMP(Simple Network manage Protocol)简单网络管理协议

  FTP(File Transfer Protocol)文件传输协议

  ARP(Address Resolution Protocol)地址解析协议

  TCP/IP协议簇分为四层,IP位于协议簇的第二层(对应OSI的第三层),TCP位于协议簇的第三层(对应OSI的第四层)。

  TCP和IP是TCP/IP协议簇的中间两层,是整个协议簇的核心,起到了承上启下的作用。1.IP

  网际协议IP是TCP/IP的心脏,也是网络层中最重要的协议。

  IP层接收由更低层(网络接口层例如以太网设备驱动程序)发来的数据包,并把该数据包发送到更高层---TCP或UDP层;相反,IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。IP数据包是不可靠的,因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。IP数据包中含有发送它的主机的地址(源地址)和接收它的主机的地址(目的地址)。

  高层的TCP和UDP服务在接收数据包时,通常假设包中的源地址是有效的。也可以这样说,IP地址形成了许多服务的认证基础,这些服务相信数据包是从一个有效的主机发送来的。IP确认包含一个选项,叫作IP source routing,可以用来指定一条源地址和目的地址之间的直接路径。对于一些TCP和UDP的服务来说,使用了该选项的IP包好像是从路径上的最后一个系统传递过来的,而不是来自于它的真实地点。这个选项是为了测试而存在的,说明了它可以被用来欺骗系统来进行平常是被禁止的连接。那么,许多依靠IP源地址做确认的服务将产生问题并且会被非法入侵。2.TCP

  如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包,那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查,同时实现虚电路间的连接。TCP数据包中包括序号和确认,所以未按照顺序收到的包可以被排序,而损坏的包可以被重传。

  TCP将它的信息送到更高层的应用程序,例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层,TCP层便将它们向下传送到IP层,设备驱动程序和物理介质,最后到接收方。

  面向连接的服务(例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP)需要高度的可靠性,所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP(发送和接收域名数据库),但使用UDP传送有关单个主机的信息。3.UDP

  UDP与TCP位于同一层,但它不管数据包的顺序、错误或重发。因此,UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务,UDP主要用于那些面向查询---应答的服务,例如NFS。相对于FTP或Telnet,这些服务需要交换的信息量较小。使用UDP的服务包括NTP(网络时间协议)和DNS(DNS也使用TCP)。

  欺骗UDP包比欺骗TCP包更容易,因为UDP没有建立初始化连接(也可以称为握手)(因为在两个系统间没有虚电路),也就是说,与UDP相关的服务面临着更大的危险。4.ICMP

  ICMP与IP位于同一层,它被用来传送IP的的控制信息。它主要是用来提供有关通向目的地址的路径信息。ICMP的‘Redirect’信息通知主机通向其他系统的更准确的路径,而‘Unreachable’信息则指出路径有问题。另外,如果路径不可用了,ICMP可以使TCP连接‘体面地’终止。PING是最常用的基于ICMP的服务。5. TCP和UDP的端口结构

  TCP和UDP服务通常有一个客户/服务器的关系,例如,一个Telnet服务进程开始在系统上处于空闲状态,等待着连接。用户使用Telnet客户程序与服务进程建立一个连接。客户程序向服务进程写入信息,服务进程读出信息并发出响应,客户程序读出响应并向用户报告。因而,这个连接是双工的,可以用来进行读写。

  两个系统间的多重Telnet连接是如何相互确认并协调一致呢?TCP或UDP连接唯一地使用每个信息中的如下四项进行确认:

  源IP地址 发送包的IP地址。

  目的IP地址 接收包的IP地址。

  源端口 源系统上的连接的端口。

  目的端口 目的系统上的连接的端口。

  端口是一个软件结构,被客户程序或服务进程用来发送和接收信息。一个端口对应一个16比特的数。服务进程通常使用一个固定的端口,例如,SMTP使用25、Xwindows使用6000。这些端口号是‘广为人知’的,因为在建立与特定的主机或服务的连接时,需要这些地址和目的地址进行通讯。

 

 

整体概念

 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)的简写,中文译名为传输控制协议/因特网互联协议,又叫网络通讯协议,这个协议是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础,简单地说,就是由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成的。TCP/IP 定义了电子设备(比如计算机)如何连入因特网,以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP/IP是一个四层的分层体系结构。高层为传输控制协议,它负责聚集信息或把文件拆分成更小的包。低层是网际协议,它处理每个包的地址部分,使这些包正确的到达目的地。

参考资料: 什么是TCP/IP http://www.wm23.com/resource/R01/Internet_1002.htm
扩展阅读: http://baike.baidu.com/view/7649.htm
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创建者: 徐长见

最近更新:2011/6/3 1:29:47

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