TCP/IP網路協定

網路協定即網路中（包括網際網路）傳遞、管理信息的一些規範。如同人與人之間相互交流是需要遵循一定的規矩一樣，計算機之間的相互通信需要共同遵守一定的規則，這些規則就稱為網路協定。

TCP/IP協定是網路的基礎，是Internet的語言，可以說沒有TCP/IP協定就沒有網際網路的今天。

基本介紹

• 中文名：TCP/IP網路協定
• 外文名：transmission Control Protocol/Internet Protocol
• 範圍：網路中傳遞、管理信息
• 含義：Internet的語言
• 作用：共同遵守一定的規則

定義

TCP/IP是“transmission Control Protocol/Internet Protocol”的簡寫，中文譯名為傳輸控制協定/網際網路協定， TCP/IP（傳輸控制協定/網間協定）是一種網路通信協定，它規範了網路上的所有通信設備，尤其是一個主機與另一個主機之間的數據往來格式以及傳送方式。TCP/IP是INTERNET的基礎協定，也是一種電腦數據打包和定址的標準方法。在數據傳送中，可以形象地理解為有兩個信封，TCP和IP就像是信封，要傳遞的信息被劃分成若干段，每一段塞入一個TCP信封，並在該信封面上記錄有分段號的信息，再將TCP信封塞入IP大信封，傳送上網。在接受端，一個TCP軟體包收集信封，抽出數據，按傳送前的順序還原，並加以校驗，若發現差錯，TCP將會要求重發。因此，TCP/IP在INTERNET中幾乎可以無差錯地傳送數據。 對普通用戶來說，並不需要了解網路協定的整個結構，僅需了解IP的地址格式，即可與世界各地進行網路通信。

簡介

每一層負責不同的功能：

1) 鏈路層，有時也稱作數據鏈路層或網路接口層，通常包括作業系統中的設備驅動程式和計算機中對應的網路接口卡。它們一起處理與電纜（或其他任何傳輸媒介）的物理接口細節。

2) 網路層，有時也稱作網際網路層，處理分組在網路中的活動，例如分組的選路。在TCP/IP協定族中，網路層協定包括IP協定（網際協定），ICMP協定（internet網際網路控制報文協定），以及IGMP協定（internet組治理協定）。

3 ) 傳輸層，主要為兩台主機上的應用程式提供端到端的通信。在TCP/IP協定族中，有兩個互不相同的傳輸協定： TCP（傳輸控制協定）和UDP（用戶數據報文協定）。

TCP為兩台主機提供高可靠性的數據通信。它所做的工作包括把應用程式交給它的數據分成合適的小塊交給下面的網路層，確認接收到的分組，設定傳送最後確認分組的逾時時鐘等。由於運輸層提供了高可靠性的端到端的通信，因此套用層可以忽略所有這些細節。

而另一方面， UDP則為套用層提供一種非常簡單的服務。它只是把稱作數據包的分組從一台主機傳送到另一台主機，但並不保證該數據報能到達另一端。任何必需的可靠性必須由套用層來提供。

這兩種傳輸層協定分別在不同的應用程式中有不同的用途，這一點將在後面看到。

4 ) 套用層負責處理特定的應用程式細節。幾乎各種不同的TCP/IP實現都會提供下面這些通用的應用程式：

4.1 Telnet 遠程登錄。

4.2 FTP 檔案傳輸協定。

4.3 SMTP 簡單郵件傳送協定。

4.4 SNMP 簡單網路治理協定。

另外還有許多其他套用，在後面章節中將介紹其中的一部分。

假設在一個區域網路（ LAN）如乙太網中有兩台主機，二者都運行FTP協定，圖1 - 2列出了該過程所涉及到的所有協定。

(點擊查看原圖)

這裡，我們列舉了一個FTP客戶程式和另一個FTP伺服器程式。大多數的網路應用程式都被設計成客戶—伺服器模式。伺服器為客戶提供某種服務，在本例中就是訪問伺服器所在主機上的檔案。在遠程登錄應用程式Telnet中，為客戶提供的服務是登錄到伺服器主機上。

在同一層上，雙方都有對應的一個或多個協定進行通信。例如，某個協定答應TCP層進行通信，而另一個協定則答應兩個IP層進行通信。

在圖1 - 2的右邊，我們注重到應用程式通常是一個用戶進程，而下三層則一般在（作業系統）核心中執行。儘管這不是必需的，但通常都是這樣處理的，例如U N I X作業系統。

在圖1 - 2中，頂層與下三層之間還有另一個要害的不同之處。套用層關心的是應用程式的細節，而不是數據在網路中的傳輸活動。下三層對應用程式一無所知，但它們要處理所有的通信細節。

在圖1 - 2中列舉了四種不同層次上的協定。FTP是一種套用層協定， TCP是一種運輸層協定，IP是一種網路層協定，而乙太網協定則套用於鏈路層上。TCP/IP協定族是一組不同的協定組合在一起構成的協定族。儘管通常稱該協定族為TCP/IP，但TCP和IP只是其中的兩種協定而已（該協定族的另一個名字是internet協定族(Internet PRotocol Suite)）。

網路接口層和套用層的目的是很顯然的—前者處理有關通信媒介的細節（乙太網、令牌環網等），而後者處理某個特定的用戶應用程式（ FTP、Telnet等）。但是，從表面上看，網路層和運輸層之間的區別不那么明顯。為什麼要把它們劃分成兩個不同的層次呢？為了理解這一點，我們必須把視野從單個網路擴展到一組網路。

在8 0年代，網路不斷增長的原因之一是大家都意識到只有一台孤立的計算機構成的“孤島”沒有太大意義，於是就把這些孤立的系統組在一起形成網路。隨著這樣的發展，到了9 0年代，我們又逐漸熟悉到這種由單個網路構成的新的更大的“島嶼”同樣沒有太大的意義。於是，人們又把多個網路連在一起形成一個網路的網路，或稱作互連網( internet )。一個互連網就是一組通過相同協定族互連在一起的網路。

構造互連網最簡單的方法是把兩個或多個網路通過路由器進行連線。它是一種非凡的用於網路互連的硬體盒。路由器的好處是為不同類型的物理網路提供連線：乙太網、令牌環網、點對點的連結和FDDI（光纖分散式數據接口）等等。

這些盒子也稱作IP路由器（IP Router），但我們這裡使用路由器( Router )這個術語。從歷史上說，這些盒子稱作網關（gateway），在很多TCP/IP文獻中都使用這個術語。現在網關這個術語只用來表示套用層網關：一個連線兩種不同協定族的進程（例如，TCP/IP和IBM的SNA），它為某個特定的應用程式服務（經常是電子郵件或檔案傳輸）。

圖1 - 3是一個包含兩個網路的互連網：一個乙太網和一個令牌環網，通過一個路由器互相連線。儘管這裡是兩台主機通過路由器進行通信，實際上乙太網中的任何主機都可以與令牌環網中的任何主機進行通信。

在圖1 - 3中，我們可以劃分出端系統（ End system ）（兩邊的兩台主機）和中間系統（Intermediate system）（中間的路由器）。套用層和運輸層使用端到端（End-to-end）協定。在圖中，只有端系統需要這兩層協定。但是，網路層提供的卻是逐跳（Hop-by-hop）協定，兩個端系統和每箇中間系統都要使用它。

在TCP/IP協定族中，網路層IP提供的是一種不可靠的服務。也就是說，它只是儘可能快地把分組從源結點送到目的結點，但是並不提供任何可靠性保證。而另一方面， TCP在不可靠的IP層上提供了一個可靠的運輸層。為了提供這種可靠的服務， TCP採用了逾時重傳、傳送和接收端到端的確認分組等機制。由此可見，運輸層和網路層分別負責不同的功能。

從定義上看，一個路由器具有兩個或多個網路接口層（因為它連線了兩個或多個網路）。任何具有多個接口的系統，英文都稱作是多接口的( multihomed )。一個主機也可以有多個接口，但一般不稱作路由器, 除非它的功能只是單純地把分組從一個接口傳送到另一個接口。同樣，路由器並不一定指那種在網際網路中用來轉發分組的非凡硬體盒。大多數的TCP/IP實現也答應一個多接口主機來擔當路由器的功能，但是主機為此必須進行非凡的配置。在這種情況下，我們既可以稱該系統為主機（當它運行某一應用程式時，如FTP或Telnet），也可以稱之為路由器（當它把分組從一個網路轉發到另一個網路時）。在不同的場合下使用不同的術語。

網際網路的目的之一是在應用程式中隱藏所有的物理細節。雖然這一點在圖1 - 3由兩個網路組成的網際網路中並不很明顯，但是套用層不能關心（也不關心）一台主機是在乙太網上，而另一台主機是在令牌環網上，它們通過路由器進行互連。隨著增加不同類型的物理網路，可能會有2 0個路由器，但套用層仍然是一樣的。物理細節的隱藏使得網際網路功能非常強大，也非常有用。

連線網路的另一個途徑是使用網橋。網橋是在鏈路層上對網路進行互連，而路由器則是在網路層上對網路進行互連。網橋使得多個區域網路（LAN）組合在一起，這樣對上層來說就似乎是一個區域網路。

TCP/IP傾向於使用路由器而不是網橋來連線網路，因此我們將著重介紹路由器。文獻[Perlman 1992]的第1 2章對路由器和網橋進行了比較