TCP/IP协议

TCP/IP协议

1、 TCP/IP的历史

TCP/IP的历史要追溯到20世纪70年代中期，当时的美国国防部高级项目研究局（DARPA）为了实现异种网之间的互联与互通，大力资助网间网技术的研究与开发，于1977到1979年间推出目前形式的TCP/IP体系结构和协议规范。美国国防部高级项目研究局资助网间网研究开发，事出有因。1969年，美国高级项目研究局（ARPA）建立了ARPANET。ARPANET是最早出的计算机网络之，现代计算机网络的许多概念和方法便来自ARPANET。随后美国高级项目研究局不断鼓励在ARPANET上进行分组交换技术的研究开发。在20世纪60、70年代，美国国防部高级项目研究局是主要的分组交换技术的资助者，美国国防部高级项目研究局不仅资助了在由租用线互联的ARPANET上的分组交换技术研究，而且资助了无线网和卫星网上的分组交换技术的研究。正是由于硬件网络技术的分化以及与不同硬件技术打交道的经验，才促使美国国防部高级项目研究局研究网络互联问题，并导致了TCP/IP的出现与发展。

到了1979年，越来越多的研究人员投入TCP/IP的研究开发之中，于是美国国防部高级项目研究局组织“Internet控制与配置委员会（ICCB）”以协调各方面的工作。

1980年前后，美国国防部高级项目研究局开始将ARPANET上的所有机器转向TCP/IP协议，并以ARPANET为主干建立Internet互联网。

1983年1月，ARPANET向TCP/IP的转换全部结束，美国国防部长办公室命令联入远程网的所有计算机都必须采用TCP/IP。同时，美国国防通信局将ARPANET分为独立的两部分，一部分仍叫ARPANET，用于进一步的研究工作；另一部分稍大一些，成为著名的MILNET，用于军方的非机密通信。

为推广TCP/IP协议，DARPA以低价出售TCP/IP的方法，并通过资助BBN（Bolt Beranek and Newman,Inc.）实现用于其UNIX的TCP/IP协议，还通过资助伯克利加州大学将TCP/IP协议融入BSD UNIX，促成TCP/IP与当时多数大学中流行的BSD UNIX（Berkeley Software

Distribution UNIX)的结合。1983年，伯克利推出内含TCP/IP的第一个BDS UNIX，该协议软件可谓生逢其时，因为当时许多大学的院系正缺乏一种他们迫切需要的联网手段，以建造各自的局域网。

BSD UNIX在网络方面的成功有以下原因。首先，除提供标准的TCP/IP应用程序外，它还支持一组网络服务工具程序(utilities)。这些工具的调用格式与UNIX命令调用格式相似，深受UNIX用户欢迎。第二，BSD UNIX提供一种供应用程序访问通信协议的操作系统调用：Socket。Socket是一种进程间通信机制，是UNIX输入/输出机制的的推广。Socket的出现使程序号可以很方便地访问TCP/IP协议，或多或少地推动了TCP/IP的研究开发工作。

出于计算机网络对于科学研究重要意义的远见卓越，以及对TCP/IP技术的信心，美国国家科学基金会NSF于1985年开始涉足TCP/IP的研究与开发，并逐渐成为其中一个重要角色。NSF首先围绕其6个超级计算中心建立了基于TCP/IP的访问网，并于1986年资助建立远程主干网NSFNET。NSFNET联通NSF的全部超级计算中心与ARPANET相联。1986年，NSF资助了许多地区网的建设，使全美主要的科研机构联入NSFNET。NSF资助的所有网络均采用TCP/IP协议，而且是Internet的一部分。

到今天，TCP/IP技术以及Internet网间网已经为广大计算机工作者、计算机厂商和计算机用户所接受，成为许多人工作环境的一部分。

总结TCP/IP技术的发展，TCP/IP的成功可以归结为以下原因：

① TCP/IP是最早出现的网络协议之一，是最早出现的互联网协议，它的成功得益于顺应了社会的需求。

② DARPA为推广TCP/IP，采用开放策略，以低价出售TCP/IP使用权，鼓励厂商开发TCP/IP产品。

③ TCP/IP与流行操作系统UNIX的结合是其成功的一大源泉。

④ TCP/IP技术来自于实践，并在实践中得到不断的改进与完善。

2、 TCP/IP的分层模型

协议分层模型包括两方面内容，一是层次结构，一是各层功能描述。下面介绍TCP/IP的分层模型。

关于分层模型，首先要提到ISO/OSI参考模型，简称ISO模型。

如表1所示，ISO模型包括七层，各层功能大致如下：

① 物理层。涉及在物理信道上传输原始比特，处理与物理传输介质有关的机械的、电气的和过程的接口。

② 数据链路层。分为介质访问控制（MAC）和逻辑链路控制（LLC）两个子层。介质访问控制子层解决广播型网络中多用户竞争信道使用权的问题。逻辑链路控制子层的主要任务是将有噪声的物理信道变成无传输差错的通信信道，提供数据成帧、差错控制、流量控制和链路控制等功能。

③ 网络层。负责将数据从物理连接的一端传到另一端，即所谓点到点通信。主要功能是寻径，以及与之相关的流量控制和拥塞控制等。

④ 传输层。主要目的在于弥补网络层服务与用户需求之间的差距。传输层通过向上提供一个标准、通用的界面，使上层与通信子网（下三层）的细节相隔离。传输层的主要任务是提供进程间通信机制和保证数据传输的可靠性。

⑤ 会话层。主要针对远程终端访问。主要任务包括会话管理、传输同步以及活动管理等。会话一般都是面向链接的，远程过程调用RPC是个例外。

⑥ 表示层。主要功能是信息转换，包括信息压缩、加密、与标准格式的转换（以及上述各操作的逆操作）等。

⑦ 应用层。提供最常用且通用的应用程序，包括电子邮件（E-mail）和文件传输等。

与来自标准化组织的ISO模型不同，TCP/IP不是作为标准人为制定的，而是产生于网间网研究和应用实践中，TCP/IP模型如图1所示，分4个层次。虽然稍作修改后，ISO模型也可用于描述TCP/IP协议，但这只是否形式而已，二者内部细节的差别是很大的。

传输层还要解决不同应用程序的识别问题，因为在一般的通用计算机中，常常是多个应用程序同时访问网间网。为区别应用程序，传输层在每一分组中增加识别信源和信宿应用程序的信息。另外，传输层每一个分组均附带校验和接收机，以此校验收到分组的正确性。

（1） 网间网层（IP）

负责相邻计算机之间的通信。其功能包括三个方面：

① 处理来自传输层的分组发送请求。收到请求后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。

② 处理输入数据报。首先检查其合法性，然后进行寻径，假如该数据报已达到信宿地（本机），则去掉报头，将剩下部分（传输层分组）交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿，则转发该数据报。

③ 处理因特网控制消息协议（ICMP：Internet Control Message Protocol）报文，处理路径、流量控制、网络拥塞等问题。

（2） 网络接口层

这是TCP/IP软件的最低层，负责接收IP数据并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。

网络接口有两种类型。第一种是设备驱动程序（如局域网的网络接口）；第二种含有自身数据链路协议的复杂子系统。

（3） 应用层

向用户提供一组常用的应用程序，比如文件传输访问、电子邮件等。严格说起来，TCP/IP网间网协议只包含下三层（不含硬件），应用程序不能算TCP/IP的一部分。对常用的应用程序，TCP/IP制定了相应协议标准，所以也把它们作为TCP/IP的内容。事实上，用户完全可以在网间网之上（即传输层之上），建立自己的专用应用程序，这些专用应用程序要用到TCP/IP，但不属于TCP/IP。

（4） 传输层（TCP）

提供应用程序间（即端到端）的通信。其功能包括以下两点：

① 格式化信息流。

② 提供可靠传输/

为实现后者，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送。