tcpip

tcpip

百科解釋

目錄·TCP/IP協(xié)議棧組成
·必須協(xié)議
·范例: 不同計算機(jī)運行的不同協(xié)議
·TCP/IP參考模型

TCP/IP協(xié)議棧組成

整個通信網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)，可以劃分成不同的功能區(qū)塊，即所謂的層級(layer) 。用于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議可以比照TCP/IP參考模型進(jìn)行分類。TCP/IP協(xié)議棧起始于第三層協(xié)議IP（網(wǎng)際協(xié)議）。所有這些協(xié)議都在相應(yīng)的RFC文檔中討論及標(biāo)準(zhǔn)化。重要的協(xié)議在相應(yīng)的RFC文檔中均標(biāo)記了狀態(tài): “必須”(required) ，“推薦”(recommended) ，“可選”(elective) 。其他的協(xié)議還可能有“試驗”(experimental) 或“歷史”(historic) 的狀態(tài)�！�

必須協(xié)議

所有的TCP/IP應(yīng)用都必須實現(xiàn)IP和ICMP。對于一個路由器（router）而言，有這兩個協(xié)議就可以運作了，雖然從應(yīng)用的角度來看，這樣一個路由器意義不大。實際的路由器一般還需要運行許多“推薦“使用的協(xié)議，以及一些其他的協(xié)議。
幾乎所有連接到互聯(lián)網(wǎng)上的計算機(jī)上都存在的IPv4協(xié)議出生在1981年，今天的版本和最早的版本并沒有多少改變。升級版IPv6的工作始于1995年，目的在與取代IPv4。ICMP協(xié)議主要用于收集有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的信息查找錯誤等工作。

范例: 不同計算機(jī)運行的不同協(xié)議

一個簡單的路由器上可能會實現(xiàn)ARP, IP, ICMP, UDP, SNMP, RIP。
WWW用戶端使用ARP, IP, ICMP, UDP, TCP, DNS, HTTP, FTP。
一臺用戶電腦上還會運行如TELNET, SMTP, POP3, SNMP, ECHO, DHCP, SSH, NNTP。
無盤設(shè)備可能會在固件比如ROM中實現(xiàn)了ARP, IP, ICMP, UDP, BOOT, TFTP (均為面向數(shù)據(jù)報的協(xié)議，實現(xiàn)起來相對簡單)。

TCP/IP參考模型

TCP/IP參考模型是一個抽象的分層模型，這個模型中，所有的TCP/IP系列網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都被歸類到4個抽象的"層"中。每一抽象層建立在低一層提供的服務(wù)上，并且為高一層提供服務(wù)。
完成一些特定的任務(wù)需要眾多的協(xié)議協(xié)同工作，這些協(xié)議分布在參考模型的不同層中的，因此有時稱它們?yōu)橐粋€協(xié)議棧。
TCP/IP參考模型為TCP/IP協(xié)議棧訂身制作。其中IP協(xié)議只關(guān)心如何使得數(shù)據(jù)能夠跨越本地網(wǎng)絡(luò)邊界的問題，而不關(guān)心如何利用傳輸媒體，數(shù)據(jù)如何傳輸。整個TCP/IP協(xié)議棧則負(fù)責(zé)解決數(shù)據(jù)如何通過許許多多個點對點通路（一個點對點通路，也稱為一"跳", 1 hop)順利傳輸，由此不同的網(wǎng)絡(luò)成員能夠在許多"跳"的基礎(chǔ)上建立相互的數(shù)據(jù)通路。
如想分析更普遍的網(wǎng)絡(luò)通信問題，ISO的OSI模型也能起更好的幫助作用。
因特網(wǎng)協(xié)議組是一組實現(xiàn)支持因特網(wǎng)和大多數(shù)商業(yè)網(wǎng)絡(luò)運行的協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。它有時也被稱為TCP/IP協(xié)議組，這個名稱來源于其中兩個最重要的協(xié)議：傳輸控制協(xié)議（TCP）和因特網(wǎng)協(xié)議（IP），它們也是最先定義的兩個協(xié)議。
同許多其他協(xié)議一樣網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議也可以看作一個多層組合，每層解決數(shù)據(jù)傳輸中的一組問題并且向使用這些低層服務(wù)的高層提供定義好的服務(wù)。高層邏輯上與用戶更為接近，所處理數(shù)據(jù)更為抽象，它們依賴于低層將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成最終能夠進(jìn)行物理控制的形式。
網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議能夠大致匹配到一些廠商喜歡使用的固定7層的OSI模型。然而并不是所有這些層能夠很好地與基于ip的網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)（根據(jù)應(yīng)用的設(shè)計和支持網(wǎng)絡(luò)的不同它們確實是涉及到不同的層）并且一些人認(rèn)為試圖將因特網(wǎng)協(xié)以組對應(yīng)到OSI會帶來混淆而不是有所幫助。

因特網(wǎng)協(xié)議棧中的層
人們已經(jīng)進(jìn)行了一些討論關(guān)于如何將TCP/IP參考模型映射到到OSI模型。由于TCP/IP和OSI模型組不能精確地匹配，還沒有一個完全正確的答案。
另外，OSI模型下層還不具備能夠真正占據(jù)真正層的位置的能力；在傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層之間還需要另外一個層（網(wǎng)絡(luò)互連層）。特定網(wǎng)絡(luò)類型專用的一些協(xié)議應(yīng)該運行在網(wǎng)絡(luò)層上，但是卻運行在基本的硬件幀交換上。類似協(xié)議的例子有地址解析協(xié)議和生成樹協(xié)議（用來保持冗余網(wǎng)橋的空閑狀態(tài)直到真正需要它們）。然而，它們是本地協(xié)議并且在網(wǎng)絡(luò)互連功能下面運行。不可否認(rèn)，將兩個組（更不用說它們只是運行在如ICMP等不同的互連網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上的邏輯上的網(wǎng)絡(luò)層的一部分）整個放在同一層會引起混淆，但是OSI模型還沒有復(fù)雜到能夠做更好的工作。
下面的圖表試圖顯示不同的TCP/IP和其他的協(xié)議在最初OSI模型中的位置：

通常人們認(rèn)為OSI模型的最上面三層（應(yīng)用層、表示層和會話層）在TCP/IP組中是一個應(yīng)用層。由于TCP/IP有一個相對較弱的會話層，由TCP和RTP下的打開和關(guān)閉連接組成，并且在TCP和UDP下的各種應(yīng)用提供不同的端口號，這些功能能夠被單個的應(yīng)用程序（或者那些應(yīng)用程序所使用的庫）增加。與此相似的是，IP是按照將它下面的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)作一個黑盒子的思想設(shè)計的，這樣在討論TCP/IP的時候就可以把它當(dāng)作一個獨立的層。

應(yīng)用層
該層包括所有和應(yīng)用程序協(xié)同工作，利用基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)交換應(yīng)用程序?qū)Ｓ玫臄?shù)據(jù)的協(xié)議。應(yīng)用層是大多數(shù)普通與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的程序為了通過網(wǎng)絡(luò)與其他程序通信所使用的層。這個層的處理過程是應(yīng)用特有的；數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的程序的以這種應(yīng)用內(nèi)部使用的格式的傳過來，然后被編碼成標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的格式。
一些特定的程序被認(rèn)為運行在這個層上。它們提供服務(wù)直接支持用戶應(yīng)用。這些程序和它們對應(yīng)的協(xié)議包括HTTP（The World Wide Web）、FTP（文件傳輸）、SMTP（電子郵件）、SSH（安全遠(yuǎn)程登陸）、DNS （名稱<-> IP 地址尋找）以及許多其他協(xié)議。
一旦從應(yīng)用程序來的數(shù)據(jù)被編碼成一個標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用層協(xié)議，它將被傳送到IP棧的下一層。
在傳輸層，應(yīng)用程序最常用的是TCP或者UDP，并且服務(wù)器應(yīng)用程序經(jīng)常與一個公開的端口號相聯(lián)系。服務(wù)器應(yīng)用程序的端口由Internet Assigned Numbers Authority （IANA）正式地分配，但是現(xiàn)今一些新協(xié)議的開發(fā)者經(jīng)常選擇它們自己的端口號。由于在同一個系統(tǒng)上很少超過少數(shù)幾個的服務(wù)器應(yīng)用，端口沖突引起的問題很少。應(yīng)用軟件通常也允許用戶強(qiáng)制性地指定端口號作為運行參數(shù)。
連結(jié)外部的客戶端程序通常使用系統(tǒng)分配的一個隨機(jī)端口號。監(jiān)聽一個端口并且然后通過服務(wù)器將那個端口發(fā)送到應(yīng)用的另外一個副本以建立對等連結(jié)（如IRC上的dcc文件傳輸）的應(yīng)用也可以使用一個隨機(jī)端口，但是應(yīng)用程序通常允許定義一個特定的端口范圍的規(guī)范以允許端口能夠通過實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）的路由器映射到內(nèi)部。
每一個應(yīng)用層(TCP/IP參考模型的最高層) 協(xié)議一般都會使用到兩個傳輸層協(xié)議之一: 面向連接的TCP傳輸控制協(xié)議和無連接的包傳輸?shù)腢DP用戶數(shù)據(jù)報文協(xié)議。
常用的應(yīng)用層協(xié)議有:

運行在TCP協(xié)議上的協(xié)議：

HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議），主要用于普通瀏覽。
HTTPS(Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer, or HTTP over SSL,安全超文本傳輸協(xié)議),HTTP協(xié)議的安全版本。
FTP（File Transfer Protocol, 文件傳輸協(xié)議），由名知義，用于文件傳輸。
POP3 (Post Office Protocol, version 3, 郵局協(xié)議) ，收郵件用。
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol，簡單郵件傳輸協(xié)議) ，用來發(fā)送電子郵件。
TELNET（Teletype over the Network, 網(wǎng)絡(luò)電傳），通過一個終端(terminal)登陸到網(wǎng)絡(luò)。
SSH (Secure Shell，用于替代安全性差的TELNET)，用于加密安全登陸用。

運行在UDP協(xié)議上的協(xié)議：

BOOTP (Boot Protocol，啟動協(xié)議) ，應(yīng)用于無盤設(shè)備。
NTP (Network Time Protocol，網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議) ，用于網(wǎng)絡(luò)同步。

其他：

DNS (Domain Name Service，域名服務(wù)) ，用于完成地址查找，郵件轉(zhuǎn)發(fā)等工作(運行在TCP和UDP協(xié)議上) 。
ECHO (Echo Protocol, 回繞協(xié)議) ，用于查錯及測量應(yīng)答時間(運行在TCP和UDP協(xié)議上) 。
SNMP (Simple Network Management Protocol, 簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議) ，用于網(wǎng)絡(luò)信息的收集和網(wǎng)絡(luò)管理。
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議)，動態(tài)配置IP地址。
ARP (Address Resolution Protocol，地址解析協(xié)議) ，用于動態(tài)解析以太網(wǎng)硬件的地址。

傳輸層
傳輸層的協(xié)議能夠解決諸如可靠性（“數(shù)據(jù)是否已經(jīng)到達(dá)目的地？”）和保證數(shù)據(jù)按照正確的順序到達(dá)這樣的問題。在TCP/IP協(xié)議組中，傳輸協(xié)議也包括所給數(shù)據(jù)應(yīng)該送給哪個應(yīng)用程序。
在TCP/IP協(xié)議組中技術(shù)上位于這個層的動態(tài)路由協(xié)議通常被認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)層的一部分；一個例子就是OSPF（IP協(xié)議89）。
TCP（IP協(xié)議6）是一個“可靠的”、面向連結(jié)的傳輸機(jī)制，它提供一種可靠的字節(jié)流保證數(shù)據(jù)完整、無損并且按順序到達(dá)。TCP盡量連續(xù)不斷地測試網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載并且控制發(fā)送數(shù)據(jù)的速度以避免網(wǎng)絡(luò)過載。另外，TCP試圖將數(shù)據(jù)按照規(guī)定的順序發(fā)送。這是它與UDP不同之處，這在實時數(shù)據(jù)流或者路由高網(wǎng)絡(luò)層丟失率應(yīng)用的時候可能成為一個缺陷。
較新的SCTP也是一個“可靠的”、面向連結(jié)的傳輸機(jī)制。它是面向紀(jì)錄而不是面向字節(jié)的，它在一個單獨的連結(jié)上提供了通過多路復(fù)用提供了多個子流。它也提供了多路自尋址支持，其中連結(jié)終端能夠被多個IP地址表示（代表多個物理接口），這樣的話即使其中一個失敗了連接也不中斷。它最初是為電話應(yīng)用開發(fā)的（在IP上傳輸SS7），但是也可以用于其他的應(yīng)用。
UDP（IP協(xié)議號17）是一個無連結(jié)的數(shù)據(jù)報協(xié)議。它是一個“best effort”或者“不可靠”協(xié)議——不是因為它特別不可靠，而是因為它不檢查數(shù)據(jù)包是否已經(jīng)到達(dá)目的地，并且不保證它們按順序到達(dá)。如果一個應(yīng)用程序需要這些特點，它必須自己提供或者使用TCP。
UDP的典型性應(yīng)用是如流媒體（音頻和視頻等）這樣按時到達(dá)比可靠性更重要的應(yīng)用，或者如DNS查找這樣的簡單查詢/響應(yīng)應(yīng)用，如果建立可靠的連結(jié)所作的額外工作將是不成比例地大。
DCCP目前正由IEFT開發(fā)。它提供TCP流動控制語義，但對于用戶來說保留了UDP的數(shù)據(jù)報服務(wù)模型。
TCP和UDP都用來支持一些高層的應(yīng)用。任何給定網(wǎng)絡(luò)地址的應(yīng)用通過它們的TCP或者UDP端口號區(qū)分。根據(jù)慣例一些大眾所知的端口與特定的應(yīng)用相聯(lián)系。
RTP是為如音頻和視頻流這樣的實時數(shù)據(jù)設(shè)計的數(shù)據(jù)報協(xié)議。RTP是使用UDP包格式作為基礎(chǔ)的會話層，然而據(jù)說它位于因特網(wǎng)協(xié)議棧的傳輸層。

網(wǎng)絡(luò)層
正如最初所定義的，網(wǎng)絡(luò)層解決在一個單一網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)包的問題。類似的協(xié)議有X.25和ARPANET的Host/IMP Protocol。
隨著因特網(wǎng)思想的出現(xiàn)，在這個層上添加了附加的功能，也就是將數(shù)據(jù)從源網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)侥康木W(wǎng)絡(luò)。這就牽涉到在網(wǎng)絡(luò)組成的網(wǎng)上選擇路徑將數(shù)據(jù)包傳輸，也就是因特網(wǎng)。
在因特網(wǎng)協(xié)議組中，IP完成數(shù)據(jù)從源發(fā)送到目的基本任務(wù)。IP能夠承載多種不同的高層協(xié)議的數(shù)據(jù)；這些協(xié)議使用一個唯一的IP協(xié)議號進(jìn)行標(biāo)識。ICMP和IGMP分別是1和2。
一些IP承載的協(xié)議，如ICMP（用來發(fā)送關(guān)于IP發(fā)送的診斷信息）和IGMP（用來管理多播數(shù)據(jù)），它們位于IP層之上但是完成網(wǎng)絡(luò)層的功能，這表明了因特網(wǎng)和OSI模型之間的不兼容性。所有的路由協(xié)議，如BGP、 OSPF、和RIP實際上也是網(wǎng)絡(luò)層的一部分，盡管似乎它們應(yīng)該屬于更高的協(xié)議棧。

鏈路層
鏈路層實際上并不是因特網(wǎng)協(xié)議組中的一部分，但是它是數(shù)據(jù)包從一個設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)嚼锪硗庖粋€設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)層的方法。這個過程能夠在網(wǎng)卡的軟件驅(qū)動程序中控制，也可以在韌體或者專用芯片中控制。這將完成如添加報頭準(zhǔn)備發(fā)送、通過物理媒介實際發(fā)送這樣一些數(shù)據(jù)鏈路功能。另一端，鏈路層將完成數(shù)據(jù)幀接收、去除報頭并且將接收到的包傳到網(wǎng)絡(luò)層。
然而，鏈路層并不經(jīng)常這樣簡單。它也可能是一個虛擬專有網(wǎng)絡(luò)（VPN）或者隧道，在這里從網(wǎng)絡(luò)層來的包使用隧道協(xié)議和其他（或者同樣的）協(xié)議組發(fā)送而不是發(fā)送到物理的接口上。VPN和隧道通常預(yù)先建好，并且它們有一些直接發(fā)送到物理接口所沒有的特殊特點（例如，它可以加密經(jīng)過它的數(shù)據(jù)）。由于現(xiàn)在鏈路“層”現(xiàn)在是一個完整的網(wǎng)絡(luò)，這種協(xié)議組的遞歸使用可能引起混淆。但是它是一個實現(xiàn)常見復(fù)雜功能的一個優(yōu)秀方法。（盡管需要注意以防一個已經(jīng)封裝并且經(jīng)隧道發(fā)送下去的數(shù)據(jù)包進(jìn)行再次地封裝和發(fā)送）。

開發(fā)
因特網(wǎng)協(xié)議組來自于二十世紀(jì)七十年代早期DARPA所作的工作。在構(gòu)建了APRANET先驅(qū)之后，DARPA開始了其他數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的研究。1972年，Robert E. Kahn被DARPA的信息技術(shù)處理辦公室雇傭，在那里他研究衛(wèi)星數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)和地面無線數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)，并且意識到能夠在它們之間溝通的價值。在1973年春天，已有的ARPANET網(wǎng)絡(luò)控制程序（NCP）協(xié)議的開發(fā)者Vinton Cerf加入到Kahn為ARPANET設(shè)計下一代協(xié)議而開發(fā)開放互連模型的工作中。
到了1973年夏天，Kahn和Cerf很快就開發(fā)出了一個基本的改進(jìn)形式，其中網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的不同通過使用一個公用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而隱藏起來，并且可靠性由主機(jī)保證而不是象ARPANET那樣由網(wǎng)絡(luò)保證。（Cerf 稱贊Hubert Zimmerman和Louis Pouzin（CYCLADES網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計者）在這個設(shè)計上發(fā)揮了重要影響。）
由于網(wǎng)絡(luò)的作用減少到最小的程度，就有可能將任何網(wǎng)絡(luò)連接到一起，而不用管它們不同的特點，這樣就解決了Kahn最初的問題。（一個流行的說法提到Cerf和Kahn工作的最終產(chǎn)品TCP/IP將在運行“兩個罐子和一根弦”上，實際上它已經(jīng)用在信鴿上。一個稱為網(wǎng)關(guān)（后來改為路由器以免與網(wǎng)關(guān)混淆）的計算機(jī)為每個網(wǎng)絡(luò)提供一個接口并且在它們之間來回傳輸數(shù)據(jù)包。
這個設(shè)計思想更細(xì)的形式由Cerf在斯坦福的網(wǎng)絡(luò)研究組的1973年–1974年期間開發(fā)出來。（處于同一時期的誕生了PARC通用包協(xié)議組的施樂PARC早期網(wǎng)絡(luò)研究工作也有重要的技術(shù)影響；人們在兩者之間搖擺不定。）
DARPA于是與BBN、斯坦福和倫敦大學(xué)簽署了協(xié)議開發(fā)不同硬件平臺上協(xié)議的運行版本。有四個版本被開發(fā)出來——TCP v1、TCP v2、在1978年春天分成TCP v3和IP v3的版本，后來就是穩(wěn)定的TCP/IP v4——目前因特網(wǎng)仍然使用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
1975年，兩個網(wǎng)絡(luò)之間的TCP/IP通信在斯坦福和倫敦大學(xué)（UCL）之間進(jìn)行了測試。1977年11月，三個網(wǎng)絡(luò)之間的TCP/IP測試在美國、英國和挪威之間進(jìn)行。在1978年到1983年間，其他一些TCP/IP原型在多個研究中心之間開發(fā)出來。ARPANET完全轉(zhuǎn)換到TCP/IP在1983年1月1日發(fā)生。[1]
1984年，美國國防部將TCP/IP作為所有計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)。1985年，因特網(wǎng)架構(gòu)理事會舉行了一個三天有250家廠商代表參加的關(guān)于計算產(chǎn)業(yè)使用TCP/IP的工作會議，幫助協(xié)議的推廣并且引領(lǐng)它日漸增長的商業(yè)應(yīng)用。
2005年9月9日Kahn和Cerf由于他們對于美國文化做出的卓越貢獻(xiàn)被授予總統(tǒng)自由勛章。[2]

IP網(wǎng)絡(luò)如何并吞競爭的網(wǎng)絡(luò)
在長期的發(fā)展過程中，IP逐漸取代其他網(wǎng)絡(luò)。這里是一個簡單的解釋。IP傳輸通用數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)能夠用于任何目的，并且能夠很輕易地取代以前由專有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。下面是一個普通的過程：

一個專有的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)出來用于特定目的。如果它工作很好，用戶將接受它。
為了便利提供IP服務(wù)，經(jīng)常用于訪問電子郵件或者聊天，通常以某種方式通過專有網(wǎng)絡(luò)隧道實現(xiàn)。隧道方式最初可能非常沒有效率，因為電子郵件和聊天只需要很低的帶寬。
通過一點點的投資IP 基礎(chǔ)設(shè)施逐漸在專有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)周邊出現(xiàn)。
用IP取代專有服務(wù)的需求出現(xiàn)，經(jīng)常是一個用戶要求。
IP替代品過程遍布整個因特網(wǎng)，這使IP替代品比最初的專有網(wǎng)絡(luò)更加有價值（由于網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)）。
專有網(wǎng)絡(luò)受到壓制。許多用戶開始維護(hù)使用IP替代品的復(fù)制品。
IP包的間接開銷很小，少于1%，這樣在成本上非常有競爭性。人們開發(fā)了一種能夠?qū)P帶到專有網(wǎng)絡(luò)上的大部分用戶的不昂貴的傳輸媒介。
大多數(shù)用戶為了削減開銷，專有網(wǎng)絡(luò)被取消。

實現(xiàn)

KA9Q PPJ
lwIP

如今，大多數(shù)商業(yè)操作系統(tǒng)包括TCP/IP棧并且缺省安裝它們，對于大多數(shù)用戶來說，沒有必要去尋找它們的實現(xiàn)。TCP/IP包含在所有的商業(yè)Unix和Linux發(fā)布包中，同樣也包含在Mac OS X和微軟視窗和視窗服務(wù)器版本中。

通信詞典解釋