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TCP/IP简单介绍

发布时间:2016-05-17 22:22:00   阅读次数:1886

TCP/IPTransmission 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是网络中使用的基本的通信协议。虽然从名字上看TCP/IP包括两个协议,传输控制协议(TCP)和网际协议(IP),但TCP/IP实际上是一组协议,它包括上百个各种功能的协议,如:远程登录、文件传输和电子邮件等,而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。通常说TCP/IPInternet协议族,而不单单是TCPIP

TCP/IP是用于计算机通信的一组协议,我们通常称它为TCP/IP协议族。它是70年代中期美国国防部为其ARPANET广域网开发的网络体系结构和协议标准,以它为基础组建的INTERNET是目前国际上规模最大的计算机网络,正因为INTERNET的广泛使用,使得TCP/IP成了事实上的标准。

之所以说TCP/IP是一个协议族,是因为TCP/IP协议包括TCPIPUDPICMPRIPTELNETFTPSMTPARPTFTP等许多协议,这些协议一起称为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。197412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。

198311,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。

什么是TCP/IP

TCP/IP 是供已连接因特网的计算机进行通信的通信协议。

TCP/IP 指传输控制协议/网际协议 (Transmission Control Protocol / Internet Protocol)

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(传输控制协议/网际协议)是互联网中的基本通信语言或协议。在私网中,它也被用作通信协议。当你直接网络连接时,你的计算机应提供一个TCP/IP程序的副本,此时接收你所发送的信息的计算机也应有一个TCP/IP程序的副本。TCP/IP是一个两层的程序。高层为传输控制协议,它负责聚集信息或把文件拆分称更小的包。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。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。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,才是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。包括万维网的超文本传输协议(HTTP),文件传输协议(FTP),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(PPP)。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。有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)。

IP协议

IPInternet Protocol)协议的英文名直译就是:因特网协议。从这个名称我们就可以知道IP协议的重要性。在现实生活中,我们进行货物运输时都是把货物包装成一个个的纸箱或者是集装箱之后才进行运输,在网络世界中各种信息也是通过类似的方式进行传输的。IP协议规定了数据传输时的基本单元和格式。如果比作货物运输,IP协议规定了货物打包时的包装箱尺寸和包装的程序。除了这些以外,IP协议还定义了数据包的递交办法和路由选择。同样用货物运输做比喻,IP协议规定了货物的运输方法和运输路线。

TCP协议

我们已经知道了IP协议很重要,IP协议已经规定了数据传输的主要内容,那TCPTransmission Control Protocol)协议是做什么的呢?不知大家发现没有,在IP协议中定义的传输是单向的,也就是说发出去的货物对方有没有收到我们是不知道的。就好像8毛钱一份的平信一样。那对于重要的信件我们要寄挂号信怎么办呢?TCP协议就是帮我们寄挂号信的。TCP协议提供了可靠的面向对象的数据流传输服务的规则和约定。简单的说在TCP模式中,对方发一个数据包给你,你要发一个确认数据包给对方。通过这种确认来提供可靠性。

TCP/IP整体构架概述

TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。传统的开放式系统互连参考模型,是一种通信协议的7层抽象的参考模型,其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7层是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。而TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构,每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。这4层分别为:

应用层:应用程序间沟通的层,如简单电子邮件传输(SMTP)、文件传输协议(FTP)、网络远程访问协议(Telnet)等。

传输层:在此层中,它提供了节点间的数据传送,应用程序之间的通信服务,主要功能是数据格式化、数据确认和丢失重传等。如传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)等,TCPUDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中,这一层负责传送数据,并且确定数据已被送达并接收。

互连网络层:负责提供基本的数据封包传送功能,让每一块数据包都能够到达目的主机(但不检查是否被正确接收),如网际协议(IP)。

网络接口层(主机-网络层):接收IP数据报并进行传输,从网络上接收物理帧,抽取IP数据报转交给下一层,对实际的网络媒体的管理,定义如何使用实际网络(如EthernetSerial Line等)来传送数据。

TCP/IP中的协议

以下简单介绍TCP/IP中的协议都具备什么样的功能,都是如何工作的:

1IP

网际协议IPTCP/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---TCPUDP层;相反,IP层也把从TCPUDP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TCPUDP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TCPUDP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。

2TCP

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TelnetFTPrloginX WindowsSMTP)需要高度的可靠性,所以它们使用了TCPDNS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。

3UDP

UDPTCP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FTPTelnet,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DNSDNS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。

4ICMP

ICMPIP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。ICMPRedirect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。

5TCPUDP的端口结构

TCPUDP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?TCPUDP连接唯一地使用每个信息中的如下四项进行确认:

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25Xwindows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。

TCP/IP协议的主要特点
(1)开放的协议标准,可以免费使用,并且独立于特定的计算机硬件与操作系统;
(2)独立于特定的网络硬件,可以运行在局域网、广域网,更适用于互联网中;
(3)统一的网络地址分配方案,使得整个TCP/IP设备在网中都具有惟一的地址;
(4)标准化的高层协议,可以提供多种可靠的用户服务。
TCP/IP模型的主要缺点

首先,该模型没有清楚地区分哪些是规范、哪些是实现;其次,TCP/IP模型的主机网络层定义了网络层与数据链路层的接口,并不是常规意义上的一层,接口和层的区别是非常重要的,TCP/IP模型没有将它们区分开来。

IP地址及其分类

Internet上连接的所有计算机,从大型机到微型计算机都是以独立的身份出现,我们称它为主机。为了实现各主机间的通信,每台主机都必须有一个唯一的网络地址。就好像每一个住宅都有唯一的门牌一样,才不至于在传输资料时出现混乱。

Internet的网络地址是指连入Internet网络的计算机的地址编号。所以,在Internet网络中,网络地址唯一地标识一台计算机。

我们都已经知道,Internet是由几千万台计算机互相连接而成的。而我们要确认网络上的每一台计算机,靠的就是能唯一标识该计算机的网络地址,这个地址就叫做IPInternet Protocol的简写)地址,即用Internet协议语言表示的地址。

目前,在Internet里,IP地址是一个32位的二进制地址,为了便于记忆,将它们分为4组,每组8位,由小数点分开,用四个字节来表示,而且,用点分开的每个字节的数值范围是0~255,如202.116.0.1,这种书写方法叫做点数表示法。

IP地址可确认网络中的任何一个网络和计算机,而要识别其它网络或其中的计算机,则是根据这些IP地址的分类来确定的。一般将IP地址按节点计算机所在网络规模的大小分为ABC三类,默认的网络屏蔽是根据IP地址中的第一个字段确定的。

1.A类地址

A类地址的表示范围为:1.0.0.0~126.255.255.255,默认网络屏蔽为:255.0.0.0A类地址分配给规模特别大的网络使用。A类网络用第一组数字表示网络本身的地址,后面三组数字作为连接于网络上的主机的地址。分配给具有大量主机(直接个人用户)而局域网络个数较少的大型网络。例如IBM公司的网络。

2.B类地址

B类地址的表示范围为:128.0.0.0~191.255.255.255,默认网络屏蔽为:255.255.0.0B类地址分配给一般的中型网络。B类网络用第一、二组数字表示网络的地址,后面两组数字代表网络上的主机地址。

3.C类地址

C类地址的表示范围为:192.0.0.0~223.255.255.255,默认网络屏蔽为:255.255.255.0C类地址分配给小型网络,如一般的局域网,它可连接的主机数量是最少的,采用把所属的用户分为若干的网段进行管理。C类网络用前三组数字表示网络的地址,最后一组数字作为网络上的主机地址。

RFC 1918留出了3IP地址空间(1A类地址段,16B类地址段,256C类地址段)作为私有的内部使用的地址。在这个范围内的IP地址不能被路由到Internet骨干网上;Internet路由器将丢弃该私有地址。

使用私有地址将网络连至Internet,需要将私有地址转换为公有地址。这个转换过程称为网络地址转换(Network Address TranslationNAT),通常使用路由器来执行NAT转换。

实际上,还存在着D类地址和E类地址。但这两类地址用途比较特殊,在这里只是简单介绍一下:D类地址称为广播地址,供特殊协议向选定的节点发送信息时用。E类地址保留给将来使用。

连接到Internet上的每台计算机,不论其IP地址属于哪类都与网络中的其它计算机处于平等地位,因为只有IP地址才是区别计算机的唯一标识。所以,以上IP地址的分类只适用于网络分类。

Internet中,一台计算机可以有一个或多个IP地址,就像一个人可以有多个通信地址一样,但两台或多台计算机却不能共享一个IP地址。如果有两台计算机的IP地址相同,则会引起异常现象,无论哪台计算机都将无法正常工作。

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