TCPIP历史及体系结构文献阅读综述

TCP IP 历史及体系结构 文献阅读综述 空白小龙 摘要 本文从 TCP IP 的起源 特性 协议的目标和 TCP IP 协议模型等方面 叙述了 TCP IP 的历史和它的体系结构 关键词 TCP IP TCP IP 协议 历史 体系结构 TCP IP 是使计算机能互相通信的一组协议 TCP IP 协议是互联协议的一种标准 实际上 要实现网络的互联 有许多协议可以选用 而 TCP IP 是使用最广泛 业界公认的一种协议 这主要是由于 TCP IP 是 Internet 上选用的协议 而 Internet 是世界上用户群最多的 规模 最大的网络 如果一台计算机要在 Internet 上通信 则必须选用 TCP IP 几乎所有厂商在 设计硬件和软件时 都是按照支持 TCP IP 标准来考虑的 所以也可以说 TCP IP 是 Internet 通信协议的标准 TCP IP 协议并不是一个协议 它是许多协议的总称 当多个协议一起工作时 这一组协议 统称为协议集或协议栈 TCP IP 就是一个协议集 它包括 IP Internet Protocol TCP Transmission Control Protocol ARP Address Resolution Protocol ICMP Internet Control Message Protocol UDP User Datagram Protocol RIP Routing Information Protocol FTP File Transfer Protocol HTTP Hypertext Transfer Protocol 等 TCP IP 是一个非常重要的协议 该协议几乎得到所有主要单机操作系统和网络操作系统的 支持 例如 Windows 98 2000 XP Windows NT Linux Unix OS2 和 Netware 该协议 更得到几乎所有硬件和软件厂商的支持 例如 Microsoft Novell IBM Apple 和 Red Hat 公司等 历史 TCP IP 的起源 TCP IP 的历史可以追溯到 20 世纪 70 年代中期 当时 ARPA Advanced Research Projects Agency 为了实现异种网之间的互联 Interconnection 与互通 Intercommunication 大力资助 网络互联技术的研究开发 于 1977 到 1979 年间推出目前形式的 TCP IP 体系结构和协议规 范 1969 年 ARPA 建立了著名的 ARPANET ARPANET 是最早出现的计算机网络之一 现 代计算机网络的许多概念和方法来自 ARPANET 随后 ARPA 不断鼓励在 ARPANET 上进行分 组交换技术的研究开发 在 20 世纪六七十年代 DARPA 是众所周知的 主要的分组交换 技术的资助者 DARPA 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 DARPA 研究网络互联问题 并导致了 TCP IP 的出现和 发展 TCP IP 的特性 时间已经证明 TCP IP 协议是经受过考验并且稳定的协议集 它有着众多特性和优点 从协议应用的角度看 该协议有以下特点 1 得到生产厂商的支持 TCP IP 得到很多硬件和软件厂商的支持 这意味着 TCP IP 并不局限于单个公司的开发 成果 在网络上使用 TCP IP 可以根据实际网络应用的目的 而不是根据已经购买的硬件和 软件 不会受到单一厂商的技术约束 2 互操作性 TCP IP 如此流行 得到如此广泛地接受 一个主要原因是它可以安装 使用于每个现 实平台 3 灵活性 TCP IP 是一个极灵活的协议集 TCP IP 的灵活性包括管理员在分配地址和重新分配地 址时所拥有的弹性 管理员可以使用自动或手动两种方式给一个主机分配 IP 地址 而一个 TCP IP 主机可以把容易记忆的名字转变成一个 TCP IP 地址 4 可以进行路由选择 很多协议的局限在于它们很难把数据从一个网段传送到另一个网段 TCP IP 却特别适 应数据传送的过程 它可以把数据从一个网段搬到另一个网段 也可以从世界某处网络上 的一个主机传送到世界另一处网络的主机 对应用程序的支持 协议集必须为计算机上的应用程序提供一个接口 使得这些应用程序能够访问协议软 件 并因此而能访问网络 在 TCP IP 中 这个从网络到运行在本地计算机上的应用程序之 间的接口是通过称为端口 Port 的逻辑通道系统来实现的 每个端口有一个端口号 用于标 识该端口 通过这些管道 数据可以从应用程序传送到协议软件 也可以从协议软件流向 应用程序 TCP IP 协议的目标 硬件独立性 协议集可以使用于任何计算机上 软件独立性 协议集可被各软件生产厂商和应用程序使用 这样 一个站点的主机与另一个站点的 主机不需要有相同的软件配置就可互相通信 故障恢复并有能力处理高误差率 协议集的一个特性是能从丢失数据中自动恢复 该协议必须能从任何主机的停机中恢 复 不论该主机处于网络的哪个位置 也不论停机发生在数据传输过程中的哪个点上 低开销的高效率协议 在协议集传送数据时 要有最少限度的 额外 数据跟着传送 这些 额外 数据被 称为 开销 它的作用是将要传输的数据分组并使数据得以传输 能将新网络增加到大网络上而不引起服务恶化 协议集有能力在新的独立网络加入该网络时不引起大网的性能降低 二 体系结构 TCP IP 协议模型 TCP IP 协议共分为 4 层 即网络接口层 网络层 传输层和应用层 作为一个运行在网络 上的协议 TCP IP 协议肯定有物理层 只不过物理层与 OSI RM 以及其他协议中描述的物 理层作用和规定是一致的 网络接口层则有相当于数据链路层的功能 负责将 IP 数据报以 数据帧的格式发送出去和接受下来 那么这就意味着 IEEE 802 3 这样的以太网 Ethernet 协 议 在 TCP IP 协议中一样被使用 对于其他类似的数据链路层协议也是一样的 网络层提 供计算机间的 IP 分组传输 包括高层数据的分组生成 底层数据报的分组组装 以及路由 处理 流量控制 拥塞处理等问题 传输层提供应用程序间的通信 包括格式化信息流和 提供可靠传输 应用层提供常用的应用程序 应用层 用户通过应用层提供的一些服务来访问网络 用户可以使用的协议各服务包括 用于传输 文件的文件传输协议 FTP 用于远程登录的 Telnet 和用于交换电子邮件信息的简单邮件传 输协议 SMTP 等 应用层和文件系统以及操作系统交互 以实现数据的转换和加密 传输层 传输层通过传输控制协议 TCP 和用户数据报协议 UDP 来处理计算机间的通信 在传输数据 前它会将数据分成叫做分组 Packet 的逻辑单元 TCP 为数据提供了可靠的传输过程 而 UDP 没有 TCP 是一个面向连接的协议 它确定数据完整地传输到目的地 如果在数据的 传输过程中有错误产生 TCP 将负责向目的地重传此数据 然而 由于 UDP 是无连接协议 它不能确保到底目的地的数据包的完整性 TCP 和 UDP 两者都需要寻求 IP 的帮助来找寻通 往目的地的路由 网络层 网络层负责将数据分组路由到正确的目的地 Internet 协议 IP 负责完成的过程 然而 保 证数据的完整性不是 IP 的功能 IP 利用地址解析协议 ARP 和逆向地址解析协议 RARP 来实 现地址的转换过程 ARP 和 RARP 运行在链路层 Link Layer 此层是作为一个软件和硬件的 结合体来工作的 且它是 Internet 层和网络接口层间的一个接口 网络接口层 网络接口层负责将 Internet 层发送的数据分成叫做帧的逻辑组 根据连接类型的不同 既可 能是面向连接的 也可能是无连接的 网络接口层将往帧中加入不同的报头 如果会话是 面向连接的 则报头必须指明分组中帧的数量和在目的地中帧需要重新装配的顺序 Internet 层接收完数据后将装配所有的帧 并将它们发送给其他层 参考文献 TCP IP 网络原理与技术 陈庆章 赵小敬著 高等教育出版社 2006 年 2 月 TCP IP 计算机网络篇 村三公保 日 著 科学出版社 2003 年 4 月 TCP IP