TCP_IP协议的由来与发展.docx

TCPIP 协议的由来与发展姚金江1 ,欣2李(1. 临沂师范学院 数学系 ,山东 临沂 276005 ;2. 临沂农业学校 网管中心 ,山东 临沂 276003)摘 要 :介绍了 TCPIP 协议的产生与发展历程 ,以及对互联网的推动作用.关键词 : TCPIP 协议 ; IP 地址 ; 子网掩码 ; 域名系统 (DNS) .中图分类号 :文献标识码 :A文章编号 :1009 - 6051 (2001) 04 - 0124 - 03现在互联网已经遍布全球 ,而支撑这一庞大网络的协议应首推 TCPIP 协议 ,本文简单阐述 TCPIP协议的产生及该协议的一些基本知识 ,使读者能够对 TCPIP 协议有一个大概的了解.在冷战时期 ,美国出于军备竞赛的需要投入大量的资金研制出了“阿帕网”(APPANET) . 该网络的主 导思想就是“资源共享的电脑网络”,因为在此之前美国军队中的通讯网络是由中央控制的 ,如果敌人将 中央控制系统破坏 ,那么美国军队在战场上将失去指挥 ,国家安全将受到威胁 ,所以美国国防部高级计 划署研制出一种新型的网络拓扑结构“分布式网络”拓扑结构. 这种网络结构优点是安全 ,不会出现“占 线”问题 . 而 APPANET 采用的就是这种结构 ,这种结构的出现 ,使数据交换的方式也随之改变 ,一种新的数据交换方式“包切换”出现了. 它不是一次把所有的数据全部发送出去 ,而是把发送的数据分割成大小 一定的数据块 ,然后再分别打包发送 ,这样就可以保证网络的传输速度和数据的可靠.“包切换”应用到 APPANET 上 ,需要在网络中的每台主机上都配备一台处理网络通讯的设备 ,美国国防部高级计划署提 出了研制网络通讯的关键设备 包切换装置的课题 ,1969 年 BBN 公司开发出了“接口信号处理机”, 也就是我们现在所说的“路由器”. 不久 BBN 公司分别给加州大学洛杉矶分校 、斯坦福研究院 ( SRI) 、加州大学桑塔芭芭拉分校和盐湖城犹他学院 (UTAH) 的电脑分别联上了接口信号处理机 . 这样 ,到了 1969 年底 ,按照国防计划署的计划 ,由 4 个节点构成的 APPANET 正式投入运行 . 这 4 个节点已经具备了今天 互联网的最基本的功能. 大家可以通过它进行各种实验和研究 ,相互合作 ,共同探讨 ,跨越了地域的限 制 ,这不能不说是互联网发展史上的一个里程碑.ARPANET 最早应用于美国军方 ,但是出现了这样一个问题 : 美国陆军 、空军 、海军使用的电脑都不一样. 在这种情况下 ,要想用 ARPANET 将各军种的电脑连起来 ,并使他们内部系统中各台电脑都运行正 常 ,能够相互通讯并共享资源 ,是非常困难的 . 这个问题不解决 ,ARPANET 的研究将毫无意义. 这里就涉 及到一个协议的问题 “, 协议”一词来源于人类各个集团为了自身的利益而进行各种谈判 ,最后双方或多 方达成共识 ,签定“协议”. 现在 ,在不同的电脑之间也需要谈判 ,共同遵守某种“协议”,只有这样两台不 同的电脑之间才可以通讯 .1970 年 12 月 ,由 S. 克罗克领导的网络工作小组 (NWG) 着手制定最初的主机对主机的通信协议 ,这 个协议的主要功能是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 . 这个协议被 称作“网络控制协议”(NCP) . 但是这个协议只是一个局部通讯协议 ,并不能彻底解决不同类型的电脑的 互联问题. 因此 ,必须设计出一种新的网络通信协议 ,使之能够完成不同类型的电脑的互联 .1973 年春天 ,卡恩和文顿瑟夫共同研究这个协议的各个细节 ,后来这个协议成为了今天互联网的共同的标准. 即现在仍在互联网中使用的 TCPIP 协议 , TCP 叫网络间控制协议 , IP 叫网络间协议. 在刚 开始的时候 ,文顿. 瑟夫只设计了一个 TCP 协议 ,有趣的是 ,这个协议的最初原型是文顿 . 瑟夫在旧金山 一 家宾馆的大堂里等人的时候 ,写在一张信纸的背面的. 1973 年 ,在苏塞克斯大学召开了“网际网络工收稿日期 :2001202220作者简介 :姚金江 (1963 ) ,男 ,山东沂水人 ,临沂师范学院副教授.姚金江等 : TCPIP 协议的由来与发展125第 4 期作小组”( INWG) 特别会议 ,在会上文顿. 瑟夫和卡恩提交了第一份关于 TCP 协议的草稿. 同年 12 月 ,文顿 . 瑟夫和卡恩关于第一份 TCP 协议的详细说明作为“互联网实验报告”正式发表. 此时的 ARPANET 已 经连接了 40 个节点 ,一共 45 个网站 ,英国和挪威也通过低速电缆连到了 ARPANET 上 .两人当时提交的报告中 ,只有一个“传输控制协议”( TCP) ,它负责在互联网上传输和转发信包 。卡恩认为可以通过“传输控制协议”直接在 ARPANET 上传送信包 . 但是在后来一些特殊的实验中证明 ,使 用这种协议有时丢失信包的情况并没有得到纠正 . 因此 ,他们认识到应该建立两个不同的协议 ,一个是 “传输控制协议”( TCP) ,另一个是“网络间协议”( IP) ,这时才提出了真正的 TCPIP 协议.TCP 协议和 IP 协议分别完成不同的任务. TCP 协议是用来检测网络传输中的差错 ,我们知道网络中的通信量是随机的 ,时大时小 ,当通信量过大时 ,信号就无法传到目的地了 . 这时 , TCP 协议可以检测 出传输中的误差 ,发出信号 ,要求传送数据包的主机重新发送有差错的数据包 ,直到所有数据都安全到 达目的地. IP 协议是互联网中各台主机联络的标准 ,网络中的每一台电脑都有自己的网络地址 ,否则别 的电脑就找不着它. IP 协议主要的任务是给互联网中的每一台电脑规定了一个地址 ,这样 ,互联网中的 其它电脑才能找到它 ,对它进行访问 ,我们把根据 IP 协议确定的网络地址称为“IP 地址”.在当今的互联网管理中 , IP 地址的管理十分严格 ,因为它决定了互联网中能连入的计算机的数量 , 如果给某个部门的 IP 地址不当的话 ,将会造成 IP 地址的极大浪费 ,对互联网的发展极为不利 . 当初设 计 IP 地址的人可能已经预见到 ARPANET 将会不仅仅局限在美国 ,它将会成为连接世界的网络 ,所以 IP 地址被设计成 32 位 ,大致分为 A 类 、B 类 、C 类 3 种地址 ,分别适合不同的网络规模. 但是 ,当今互联网 发展速度十分迅猛 ,连入网络的计算机越来越多 , IP 地址将被瓜分殆尽 ,所以 ,新的 IP 地址方案又已经出台 ,据说新的 IP 地址有 128 位 ,此方案一旦实施 ,全世界的电脑就都可以连入互联网了 .TCPIP 协议是靠自己的 IP 地址来识别在网上的位置和身份的 , IP 地址由“网络 ID”和“节点 ID”( 或 称 HOST ID ,主机地址) 两部分组成. 一个完整的 IP 地址用 32 位 ( bit) 二进制数组成 ,每 8 位 (1 个字节) 为 一个段 ( Segment) ,共 4 段 ( Segment1 Segment4) ,段与段之间用“. ”号隔开 . 为了便于应用 , IP 地址在实际 使用时并不直接用二进制 ,而是用大家熟悉的十进制数表示 ,如 192 . 168 . 0 . 1 等 . IP 地址的完整组成 :“网络 ID”和“节点 ID”都包含在 32 位二进制数中. 如上面提到的 ,目前 , IP 地址主要分为 A 、B 、C 三类 (除此之外 ,还存在 D 和 E 两类地址 ,现在局域网中这两类地址基本不用 ,故本文暂且不涉及) ,A 类用 于大型网络 ,B 类用于中型网络 , C 类一般用于局域网等小型网络中. 其中 ,A 类地址中的最前面一段 Segment1 用来表示“网络 ID”,且 Segment1 的 8 位二进制数中的第一位必须是“0”. 其余 3 段表示“节点 ID”;B 类地址中 ,前两段用来表示“网络 ID”,且 Segment1 的 8 位二进制数中的前二位必须是“10”. 后两段用来表示“节点 ID”;在 C 类地址中 ,前三段表示“网络 ID”,且 Segment1 的 8 位二进制数中的前三位必 须是“110”. 最后一段 Segment4 用来表示“节点 ID”.如何更合理地使用和分配“网络 ID”和“节点 ID”,这就需要子网掩码. 对 IP 地址的解释称之为子网 掩码. 从名称可以看出 ,子网掩码是用于对于网的管理 ,主要是在多网段环境中对 IP 地址中的“网络 ID” 进行扩展. 举个例子来说明 :某个节点的 IP 地址为 192 . 168 . 0 . 1 . 它是一个 C 类网. 其中前面三段共 24位用来表示“网络 ID”,是非常珍贵的资源 ,而最后一段共 8 位可以作为“节点 ID”自由分配. 但是 ,如果 公司的局域网是分段管理的 ,或者该网络是由多个局域网互联而成 ,是否要给每个网段或每个局域网都 申请分配一个“网络 ID”呢 ? 这显然是不合理的. 此时 ,我们可以使用子网掩码的功能 ,将其中一个或几 个节点的 IP 地址全部充当成“网络 ID”来使用 ,用来克服“网络 ID”不足的困难. 当我们将某一节点的 IP 地址如 192 . 168 . 0 . 1 已设置成一个“网络 ID”时 ,网络上的其它设备又怎样知道它是一个“网络 ID”,而不是一个节点 IP 地址呢 ? 这就要靠子网掩码来告知. 子网掩码是这样做的 , 如果某一位的二进制数是 “1”,它就知道是“网络 ID”的一部分 :如果是“0”便认作是“节点 ID”的一部分. 如将 192 . 168 . 0 . 1 当作“网 络 ID”时 , 其子网掩码就是 11111111 . 11111111 . 11111111 . 00000001 ,对应的十进制数表示 为 255 . 255 .255 . 1 . 否则它的子网掩码就是 11111111 . 11111111 . 11111111 . 00000000 ,对应的十进制数表示应为 255 .255 . 255 . 0 . 有了子网掩码 ,便可方便地实现用户跨网段或跨网络操作. 不过 ,为了让子网掩码能够正常 工作 ,同一子网中的所有设备都必须支持子网掩码 ,且子网掩码相同.126临 沂 师 范 学 院 学 报第 23 卷1974 年 5 月 ,ARPANET 由美国国防高级研究计划署转交给国防通讯处 (DCA) ,也就是现在的国防信息系统处 (DISA) ,正式运行起来 . 当时 ,在国防计划署的计划中 ,ARPANET 只是其中的一部分 ,该计划 要建立 3 种不同的网络 :ARPANET、无线电信包网 、卫星信包网. 最后 ,将这 3 个网连接起来 .经过一段时间的独立运行 ,3 个网络的技术和规模发展相对成熟 ,当时 ARPANET 上已经有 100 多台电脑在运行了. 就在 1977 年 ,国防计划署组织了一次 3 个网络之间的互联实验 ,考验 TCPIP 协议的时 候到了. 信包首先通过点对点的卫星网络跨越了大西洋到达挪威 ,又从挪威经过陆地电缆到达伦敦 ,然 后再通过大西洋信包卫星网络 ( SATNET) ,经过 SCPC 系统 ,分别由埃及 、西弗吉尼亚 、贡希利 、塔努姆和 瑞士的地面站再传送回美国. 全程 9 . 4 万英里 ,比单纯在 ARPANET 上的 800 英里要长得多 , TCPIP 协议在这次实验中出尽风头 ,让所有参加实验的科学家大吃一惊 . 在如此长距离的传送中 ,信包竟然没有丢 失一个数据位 ,保证了数据的可靠性 ,证明了 TCPIP 协议的成功. 由此 ,它的发明人之一文顿瑟夫被誉 为“互联网之父”. 的确 ,如果没有 TCPIP 协议 ,就没有今天蓬勃发展的互联网.但是 ,随着互联网的不断发展 ,特别是普通人也能进入互联网时 ,面对众多的网站 ,他们不能像记电 话号码一样记住网站的 IP 地址 ,而且也记不过来. 为了方便普通人进入互联网 ,就必须完善 TCPIP 协议 ,使大家可以很方便地访问互联网上的计算机 ,而不需记住复杂的 IP 地址. 也就是说我们给电脑起一 个名字 ,它也能够在网络中唯一标识一台计算机 ,这样我们就可以不必记住复杂的 IP 地址了 ,只需敲入 电脑的名字就可以找到它并与它交换信息 ,这样的转换系统被称为“域名系统”(DNS) . 它是由 USCISI 的保罗. 莫卡佩特里斯发明的 ,它是一种转换系统 ,能够将由字符组成的地址转换成数字式的 IP 地址. 反之 ,也可以将 IP 地址转换成对应的字符地址. 域名系统一般由不同的部分组成 ,每个部分代表一级域名 ,各级域名之间用“. ”隔开 ,最右边的域名叫顶级域名 ,如 : COM 、NET、ORG 等等. 我们可以在浏览器的 地址栏输入域名地址 ,也可以输入 IP 地址 ,两个地址是完全等效的.1983 年 1 月 1 日 ,成为互联网发展过程的一个“纪念日”. 因为 ,从这一天起 ,ARPANET 永久性地停 止使用“网络控制协议”(NCP) . 从此以后 ,在互联网上所有的计算机都运行同一种协议 TCPIP.参考文献 :1 DOUGLASE. COMER. 用 TCPIP 进行网际互连 (第 1 卷) M . 北京 : 电子工业出版社 ,2000. 47 98.2 韩希义 ,刘立军 . 计算机网络基础与技术 M . 西安 :西安交通大学出版社 ,2000. 104 128.用 TCPIP 进行网际互连 ( 第 3 卷) M . 北 京 :