TCP-IP協(xié)議詳解.doc

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1、TCP/IP詳解1概述1.1引言很多不同的廠家生產(chǎn)各種型號的計(jì)算機(jī)，它們運(yùn)行完全不同的操作系統(tǒng)，但TCP/IP協(xié)議組件允許它們互相進(jìn)行通信。這一點(diǎn)很讓人感到吃驚，因?yàn)樗淖饔靡堰h(yuǎn)遠(yuǎn)超出了起初的設(shè)想。TCP/IP起源于60年代末美國政府資助的一個(gè)分組交換網(wǎng)絡(luò)研究項(xiàng)目，到現(xiàn)在90年代已發(fā)展成為計(jì)算機(jī)之間最常應(yīng)用的組網(wǎng)形式。它是一個(gè)真正的開放系統(tǒng)，因?yàn)閰f(xié)議組件的定義及其多種實(shí)現(xiàn)可以不用花錢或花很少的錢就可以公開地得到。它成為被稱作“全球互聯(lián)網(wǎng)”或“因特網(wǎng)”(Internet)的基礎(chǔ)，該廣域網(wǎng)（WAN）已包含超過100萬臺遍布世界各地的計(jì)算機(jī)。本章主要對TCP/IP協(xié)議組件進(jìn)行概述，其目的是為本書

2、其余章節(jié)提供充分的背景知識。如果讀者要從歷史的角度了解有關(guān)TCP/IP的早期發(fā)展情況，請參考文獻(xiàn)[Lynch1993]。1.2分層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通常分不同層次進(jìn)行開發(fā)，每一層分別負(fù)責(zé)不同的通信功能。一個(gè)協(xié)議組件，比如TCP/IP，是一組不同層次上的多個(gè)協(xié)議的組合。TCP/IP通常被認(rèn)為是一個(gè)四層協(xié)議系統(tǒng)，如圖1.1所示。圖1.1TCP/IP協(xié)議組件的四個(gè)層次每一層負(fù)責(zé)不同的功能：1.鏈路層，有時(shí)也稱作數(shù)據(jù)鏈路層或網(wǎng)絡(luò)接口層，通常包括操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和計(jì)算機(jī)中對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡。它們一起處理與電纜（或其他任何傳輸媒介）的物理接口細(xì)節(jié)。2.網(wǎng)絡(luò)層，有時(shí)也稱作互連網(wǎng)層，處理分組在網(wǎng)絡(luò)中的活動(dòng)，例

3、如分組的路由選擇。在TCP/IP協(xié)議組件中，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議包括IP協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議），ICMP協(xié)議（Internet互連網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議），以及IGMP協(xié)議（Internet組管理協(xié)議）。3.運(yùn)輸層主要為兩臺主機(jī)上的應(yīng)用程序提供端到端的通信。在TCP/IP協(xié)議組件中，有兩個(gè)互不相同的傳輸協(xié)議：TCP（傳輸控制協(xié)議）和UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）。TCP為兩臺主機(jī)提供高可靠性的數(shù)據(jù)通信。它所做的工作包括把應(yīng)用程序交給它的數(shù)據(jù)分成合適的小塊交給下面的網(wǎng)絡(luò)層，確認(rèn)接收到的分組，設(shè)置發(fā)送最后確認(rèn)分組的超時(shí)時(shí)鐘等。由于運(yùn)輸層提供了高可靠性的端到端的通信，因此應(yīng)用層可以忽略所有這些細(xì)節(jié)。而另一方面，UDP則為應(yīng)用

4、層提供一種非常簡單的服務(wù)。它只是把稱作數(shù)據(jù)報(bào)的分組從一臺主機(jī)發(fā)送到另一臺主機(jī)，但并不保證該數(shù)據(jù)報(bào)能到達(dá)另一端。任何必需的可靠性必須由應(yīng)用層來提供。這兩種運(yùn)輸層協(xié)議分別在不同的應(yīng)用程序中有不同的用途，這一點(diǎn)我們將在后面看到。4.應(yīng)用層負(fù)責(zé)處理特定的應(yīng)用程序細(xì)節(jié)。幾乎各種不同的TCP/IP實(shí)現(xiàn)都會(huì)提供下面這些通用的應(yīng)用程序：·Telnet遠(yuǎn)程登錄·FTP文件傳輸協(xié)議·SMTP用于電子郵件的簡單郵件傳輸協(xié)議·SNMP簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議另外還有許多其他應(yīng)用，我們在后面章節(jié)中將介紹其中的一部分。假設(shè)我們在一個(gè)局域網(wǎng)（LAN）如以太網(wǎng)中有兩臺主機(jī)，二者都運(yùn)行FTP協(xié)議，圖1.2列出了該過程所涉及到的所有

5、協(xié)議。圖1.2局域網(wǎng)上運(yùn)行FTP的兩臺主機(jī)這里，我們列舉了一個(gè)FTP客戶程序和另一個(gè)FTP服務(wù)器程序。大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序都被設(shè)計(jì)成客戶－服務(wù)器模式。服務(wù)器為客戶提供某種服務(wù)，在本例中就是訪問服務(wù)器所在主機(jī)上的文件。在遠(yuǎn)程登錄應(yīng)用程序Telnet中，為客戶提供的服務(wù)是登錄到服務(wù)器主機(jī)上。在同一層上，雙方都有對應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)協(xié)議進(jìn)行通信。例如，某個(gè)協(xié)議允許TCP層進(jìn)行通信，而另一個(gè)協(xié)議則允許兩個(gè)IP層進(jìn)行通信。在圖1.2的右邊，我們注意到應(yīng)用程序通常是一個(gè)用戶進(jìn)程，而下三層則一般在（操作系統(tǒng)）內(nèi)核中執(zhí)行。盡管這不是必需的，但通常都是這樣處理的，例如UNIX操作系統(tǒng)。在圖1.2中，頂層與下三層

6、之間還有另一個(gè)關(guān)鍵的不同之處。應(yīng)用層關(guān)心的是應(yīng)用程序的細(xì)節(jié)，而不是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸活動(dòng)。下三層對應(yīng)用程序一無所知，但它們要處理所有的通信細(xì)節(jié)。我們在圖1.2中例舉了四種不同層次上的協(xié)議。FTP是一種應(yīng)用層協(xié)議，TCP是一種運(yùn)輸層協(xié)議，IP是一種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，而以太網(wǎng)協(xié)議則應(yīng)用于鏈路層上。TCP/IP協(xié)議組件是一組不同的協(xié)議組合在一起構(gòu)成的協(xié)議族。盡管通常稱該協(xié)議組件為TCP/IP，但TCP和IP只是其中的兩種協(xié)議而已。（該協(xié)議組件的另一個(gè)名字是Internet協(xié)議族(InternetProtocolSuite)。網(wǎng)絡(luò)接口層和應(yīng)用層的目的是很顯然的――前者處理有關(guān)通信媒介的細(xì)節(jié)（以太網(wǎng)，令牌

7、環(huán)網(wǎng)等），而后者處理某個(gè)特定的用戶應(yīng)用程序（FTP，Telnet等）。但是，從表面上看，網(wǎng)絡(luò)層和運(yùn)輸層之間的區(qū)別不那么明顯。為什么要把它們劃分成兩個(gè)不同的層次呢？為了理解這一點(diǎn)，我們必須把視野從單個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到一組網(wǎng)絡(luò)。在80年代，網(wǎng)絡(luò)不斷增長的原因之一是大家都意識到只有一臺孤立的計(jì)算機(jī)構(gòu)成的“孤島”沒有太大意義，于是就把這些孤立的系統(tǒng)組在一起形成網(wǎng)絡(luò)。隨著這樣的發(fā)展，到了90年代，我們又逐漸認(rèn)識到這種由單個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的新的