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(shí)的美國(guó)總統(tǒng)艾森豪威爾正式向美國(guó)國(guó)會(huì)提出要建立“國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署”，英文縮寫為DARPA(Defense Advanced Research Project Agency)，也常被人們簡(jiǎn)稱為ARPA。成立DARPA的目的非常明確，就是

2、要“保持美國(guó)在技術(shù)上的領(lǐng)先地位，防止?jié)撛诘膶?duì)手不可預(yù)見的技術(shù)進(jìn)步(摘自美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署網(wǎng)站)?！彼麄児_宣稱，DARPA的任務(wù)是：“為美國(guó)國(guó)防部選擇一些基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究以及發(fā)展計(jì)劃，并對(duì)這些研究計(jì)劃進(jìn)行管理和指導(dǎo)。追蹤那些危險(xiǎn)性和回報(bào)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(duì)徹底改變面貌?！?第1章 Internet與TCP協(xié)議,由于美國(guó)對(duì)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(guó)從20世紀(jì)60年代到現(xiàn)在一直保持著在全球軍事技術(shù)上的絕對(duì)領(lǐng)先地位。在DARPA的所有項(xiàng)目中，對(duì)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(jì)算機(jī)絡(luò)”(Resource Sharing Computer Networks)研究計(jì)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(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ抛泳W(wǎng)和由用戶主機(jī)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(jìn)行通信處理的結(jié)點(diǎn)信息處理機(jī)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(jī)(Host)的結(jié)點(diǎn)信息處理機(jī)IMP在相互通信過程中什么時(shí)候應(yīng)該接收信號(hào)，什么時(shí)候應(yīng)該結(jié)束通信

4、，以及如何識(shí)別通信的源端傳輸?shù)母鞣N符號(hào)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(jì)原則： (1) 每一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)必須按自己的標(biāo)準(zhǔn)建立起來，當(dāng)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)連接時(shí)，不需要對(duì)其內(nèi)部做任何改動(dòng)。 (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(gè)信包沒有到達(dá)目的地，最初發(fā)出信包的結(jié)點(diǎn)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(jìn)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(gè)互聯(lián)網(wǎng)不需要在操作層面上進(jìn)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(shí)的出色表現(xiàn)而被美國(guó)軍方看中(因?yàn)檫@樣一種沒有中心控制結(jié)點(diǎn)的分布式網(wǎng)絡(luò)，即使網(wǎng)絡(luò)中的任何一點(diǎn)或一部分被破壞，都不會(huì)造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，這正迎合了戰(zhàn)爭(zhēng)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(jī)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?cè)诰W(wǎng)絡(luò)建設(shè)中邊實(shí)踐邊開發(fā)研究的一個(gè)產(chǎn)物，它

6、不是由某一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織機(jī)構(gòu)提出的標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)的，在Internet上使用的事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行Internet應(yīng)用開發(fā)的必備知識(shí)。,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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(dòng)程序和計(jì)算機(jī)中對(duì)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(bào)(也稱IP數(shù)據(jù)報(bào))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(bào)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(jiǎn)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(jī)上的分組發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)中的任何一臺(tái)目標(biāo)主機(jī)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(tái)主機(jī)之間的通信其實(shí)是兩臺(tái)主機(jī)上對(duì)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(gè)不同的傳輸協(xié)議：一個(gè)是TCP(傳輸控制協(xié)議)；另一個(gè)是UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)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(yuǎn)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(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)和簡(jiǎn)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(gè)重要的邊界：一個(gè)是將操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序分開的邊界，另一個(gè)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(gè)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(jìn)程)的細(xì)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(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(gè)以太網(wǎng)和一個(gè)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(tái)編號(hào)分別為A、B和C的主機(jī)，右邊的令牌環(huán)網(wǎng)有兩臺(tái)編號(hào)為1和2的主機(jī)。假設(shè)以太網(wǎng)中的主機(jī)A要與令牌環(huán)網(wǎng)中的主機(jī)1使用文件傳輸協(xié)議FTP完成一次文件傳輸過程，主機(jī)A中的FTP客戶程序就要向主機(jī)1中的FTP服務(wù)器程序提出請(qǐng)求，由此開始了在TCP/IP協(xié)議控制下的主機(jī)A與主機(jī)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(gè)模型盡管是由分析主機(jī)A和主機(jī)1通信而來的，但該模型是一個(gè)一般的模型，也適合于網(wǎng)絡(luò)中其他主機(jī)之間的通信描述。 該模型中，主機(jī)A和主機(jī)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(jī)A的FTP客戶程序向主機(jī)1的FTP服務(wù)器程序提出服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，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(jī)A傳到主機(jī)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(shí)，數(shù)據(jù)被送入?yún)f(xié)議棧中，然后逐個(gè)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(duì)從它的上層收到的數(shù)據(jù)都要增加一些頭部信息(有時(shí)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(duì)等層后，接收方將識(shí)別、提取和處理發(fā)送方對(duì)等層所加的數(shù)據(jù)頭，這個(gè)過程叫數(shù)據(jù)的解封或拆包。封裝與解封的整個(gè)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(gè)過程