第1章 Internet與TCP協(xié)議

1、第1章 Internet與TCP協(xié)議,第1章 Internet與TCP/IP協(xié)議,1.1 Internet中的“世界語”TCP/IP協(xié)議 1.2 TCP/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 1.3 TCP/IP協(xié)議的工作過程,第1章 Internet與TCP協(xié)議,1.1 Internet中的“世界語”TCP/IP協(xié)議,1.1.1 Internet“冷戰(zhàn)”的產(chǎn)物 1958年由當(dāng)時的美國總統(tǒng)艾森豪威爾正式向美國國會提出要建立“國防部高級研究計劃署”，英文縮寫為DARPA(Defense Advanced Research Project Agency)，也常被人們簡稱為ARPA。成立DARPA的目的非常明確，就是

2、要“保持美國在技術(shù)上的領(lǐng)先地位，防止?jié)撛诘膶κ植豢深A(yù)見的技術(shù)進步(摘自美國國防部高級研究計劃署網(wǎng)站)?！彼麄児_宣稱，DARPA的任務(wù)是：“為美國國防部選擇一些基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究以及發(fā)展計劃，并對這些研究計劃進行管理和指導(dǎo)。追蹤那些危險性和回報率都很高的研究和技術(shù)，而這些技術(shù)的成功將使傳統(tǒng)軍隊徹底改變面貌。”,第1章 Internet與TCP協(xié)議,由于美國對DARPA的巨額資金投入和DARPA其本身有效的管理體制，DARPA取得了巨大的成功，使美國從20世紀60年代到現(xiàn)在一直保持著在全球軍事技術(shù)上的絕對領(lǐng)先地位。在DARPA的所有項目中，對當(dāng)今世界影響最大，與普通人關(guān)系最密切，改變了人們?nèi)粘＝?/p>

3、往和通信方式的是1968年6月提出的“資源共享的計算機絡(luò)”(Resource Sharing Computer Networks)研究計劃。 ,第1章 Internet與TCP協(xié)議,1.1.2 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)促成了TCP/IP協(xié)議的產(chǎn)生 ARPAnet由專門負責(zé)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ抛泳W(wǎng)和由用戶主機組成的資源子網(wǎng)組成，通信子網(wǎng)由通信介質(zhì)和用來進行通信處理的結(jié)點信息處理機IMP(Interface Message Processor)組成，如圖1-1所示。 ARPAnet在工作過程中要解決的主要問題是：用來連接主機(Host)的結(jié)點信息處理機IMP在相互通信過程中什么時候應(yīng)該接收信號，什么時候應(yīng)該結(jié)束通信

4、，以及如何識別通信的源端傳輸?shù)母鞣N符號的含義等。,第1章 Internet與TCP協(xié)議,圖1-1 ARPAnet組成結(jié)構(gòu),第1章 Internet與TCP協(xié)議,新的協(xié)議確定了一些基本設(shè)計原則： (1) 每一個獨立的網(wǎng)絡(luò)必須按自己的標準建立起來，當(dāng)這個網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)連接時，不需要對其內(nèi)部做任何改動。 (2) 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該在最佳的狀態(tài)下完成通信。 (3) 如果一個信包沒有到達目的地，最初發(fā)出信包的結(jié)點將很快重發(fā)該信包。 (4) 網(wǎng)絡(luò)之間由叫做“黑匣子”的設(shè)備進行互相連接。這里所謂的“黑匣子”，就是后來被人們稱為網(wǎng)關(guān)和路由器的設(shè)備。 (5) 整個互聯(lián)網(wǎng)不需要在操作層面上進行任何總體控制。,第1章 Inte

5、rnet與TCP協(xié)議,TCP/IP協(xié)議因其在后來不同網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)時的出色表現(xiàn)而被美國軍方看中(因為這樣一種沒有中心控制結(jié)點的分布式網(wǎng)絡(luò)，即使網(wǎng)絡(luò)中的任何一點或一部分被破壞，都不會造成整個網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，這正迎合了戰(zhàn)爭的需要)，于是，在1982年做出了在ARPAnet上使用TCP/IP協(xié)議代替原來使用的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議(NCP)的決定。1983年1月1日，在ARPAnet上停止使用網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP，從此互聯(lián)網(wǎng)上的主機都使用TCP/IP協(xié)議，TCP/IP協(xié)議成了Internet中的“世界語”。,第1章 Internet與TCP協(xié)議,綜上所述，TCP/IP協(xié)議是人們在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中邊實踐邊開發(fā)研究的一個產(chǎn)物，它

6、不是由某一國際標準化組織機構(gòu)提出的標準協(xié)議(如大家比較熟悉的OSI/RM就是由ISO提出的協(xié)議)，但它已經(jīng)成了人們公認的，在Internet上使用的事實上的工業(yè)標準協(xié)議。我們可以這樣說，Internet的大發(fā)展得益于TCP/IP協(xié)議的提出和使用，反過來，Internet又促進了TCP/IP協(xié)議的普及和應(yīng)用。學(xué)習(xí)并理解TCP/IP協(xié)議是人們深入使用Internet，研究Internet和進行Internet應(yīng)用開發(fā)的必備知識。,第1章 Internet與TCP協(xié)議,1.2 TCP/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu),1.2.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。一般把網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)和每層所使用

7、協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(Network Architecture)，一個具體的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)其所包含的層數(shù)和每層所使用的協(xié)議是確定的。在這種層次結(jié)構(gòu)中，各層協(xié)議之間形成了一個從上到下類似棧的結(jié)構(gòu)的依賴關(guān)系，通常叫協(xié)議棧(Protocol Stack)。,第1章 Internet與TCP協(xié)議,1.2.2 TCP/IP協(xié)議的四個層次 TCP/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)分為四層，這四層由高到低分別是：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層，如圖1-2所示。其中每一層完成不同的通信功能，具體各層的功能和各層所包含的協(xié)議說明如下。,第1章 Internet與TCP協(xié)議,圖1-2 TCP/IP協(xié)議的層次結(jié)構(gòu),第1章 Int

8、ernet與TCP協(xié)議,1鏈路層(Link Layer) 鏈路層在TCP/IP協(xié)議棧的最低層，也稱為數(shù)據(jù)鏈路層或網(wǎng)絡(luò)接口層，通常包括操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動程序和計算機中對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡。鏈路層的功能是把接收到的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(也稱IP數(shù)據(jù)報)通過該層的物理接口發(fā)送到傳輸介質(zhì)上，或從物理網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)幀，抽出IP數(shù)據(jù)報并交給IP層。 2網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer) 網(wǎng)絡(luò)層也稱為互聯(lián)網(wǎng)層，由于該層的主要協(xié)議是IP協(xié)議，因而也可簡稱為IP層。它是TCP/IP協(xié)議棧中最重要的一層，主要功能是可以把源主機上的分組發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)中的任何一臺目標主機上。,第1章 Internet與TCP協(xié)議,3傳輸層(T

9、ransport Layer) 我們通常所說的兩臺主機之間的通信其實是兩臺主機上對應(yīng)應(yīng)用程序之間的通信，傳輸層提供的就是應(yīng)用程序之間的通信，也叫端到端(End to End)的通信。在TCP/IP協(xié)議族中傳輸層包含兩個不同的傳輸協(xié)議：一個是TCP(傳輸控制協(xié)議)；另一個是UDP(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)。 4應(yīng)用層(Application Layer) 應(yīng)用層向使用網(wǎng)絡(luò)的用戶提供特定的、常用的應(yīng)用程序，如使用最廣泛的遠程登錄(Telnet)、文件傳輸協(xié)議(FTP)、超文本傳輸協(xié)議(HTTP)、域名系統(tǒng)(DNS)、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)和簡單郵件傳輸協(xié)議(SMTP)等。要注意有些應(yīng)用層協(xié)議是基于T

10、CP協(xié)議的(如等)，有些應(yīng)用層協(xié)議是基于UDP協(xié)議的(如SNMP等)。,第1章 Internet與TCP協(xié)議,1.2.3 TCP/IP協(xié)議模型中的操作系統(tǒng)邊界和地址邊界 TCP/IP協(xié)議分為四層結(jié)構(gòu)，這四層結(jié)構(gòu)中有兩個重要的邊界：一個是將操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序分開的邊界，另一個是將高層互聯(lián)網(wǎng)地址與低層物理網(wǎng)卡地址分開的邊界，如圖1-3所示。,第1章 Internet與TCP協(xié)議,圖1-3 TCP/IP協(xié)議模型的兩個邊界,第1章 Internet與TCP協(xié)議,1操作系統(tǒng)邊界 操作系統(tǒng)邊界的上面是應(yīng)用層，應(yīng)用層處理的是用戶應(yīng)用程序(用戶進程)的細節(jié)問題，提供面向用戶的服務(wù)。 2地址邊界 地址邊界的上層

11、為網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層用于對不同的網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)，連接在一起的所有網(wǎng)絡(luò)為了能互相尋址，要使用統(tǒng)一的互聯(lián)網(wǎng)地址(IP地址)。,第1章 Internet與TCP協(xié)議,1.3 TCP/IP協(xié)議的工作過程,圖1-4是由一個以太網(wǎng)和一個令牌環(huán)網(wǎng)通過路由器互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，左邊的以太網(wǎng)有三臺編號分別為A、B和C的主機，右邊的令牌環(huán)網(wǎng)有兩臺編號為1和2的主機。假設(shè)以太網(wǎng)中的主機A要與令牌環(huán)網(wǎng)中的主機1使用文件傳輸協(xié)議FTP完成一次文件傳輸過程，主機A中的FTP客戶程序就要向主機1中的FTP服務(wù)器程序提出請求，由此開始了在TCP/IP協(xié)議控制下的主機A與主機1之間的通信過程。,第1章 Internet與TCP協(xié)議,圖1-4

12、 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)示意圖,第1章 Internet與TCP協(xié)議,1.3.1 TCP/IP協(xié)議通信模型 如圖1-5所示的TCP/IP協(xié)議通信模型，這個模型盡管是由分析主機A和主機1通信而來的，但該模型是一個一般的模型，也適合于網(wǎng)絡(luò)中其他主機之間的通信描述。 該模型中，主機A和主機1組成了端到端(End to End)的系統(tǒng)。,第1章 Internet與TCP協(xié)議,圖1-5 TCP/IP協(xié)議的通信模型,第1章 Internet與TCP協(xié)議,1.3.2 數(shù)據(jù)的封裝與傳遞過程 在本節(jié)我們所舉的例子中，當(dāng)主機A的FTP客戶程序向主機1的FTP服務(wù)器程序提出服務(wù)請求時，我們可以把由用戶輸入的FTP命令和參數(shù)看成是

13、要由主機A傳到主機1的“數(shù)據(jù)包”，該數(shù)據(jù)包由圖1-6所示的兩部分組成。,第1章 Internet與TCP協(xié)議,圖1-6 數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu),第1章 Internet與TCP協(xié)議,當(dāng)應(yīng)用程序用TCP傳送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)被送入?yún)f(xié)議棧中，然后逐個通過每一層直到被當(dāng)作一串比特流送入物理網(wǎng)絡(luò)，其中每一層對從它的上層收到的數(shù)據(jù)都要增加一些頭部信息(有時還要增加尾部信息)，這種增加數(shù)據(jù)頭部(和尾部)的過程叫數(shù)據(jù)封裝或數(shù)據(jù)打包。數(shù)據(jù)送到接收方對等層后，接收方將識別、提取和處理發(fā)送方對等層所加的數(shù)據(jù)頭，這個過程叫數(shù)據(jù)的解封或拆包。封裝與解封的整個過程如圖1-7所示。,第1章 Internet與TCP協(xié)議,圖1-7 TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)封裝與解封的整個過程