TCP/IP協(xié)議棧

詞語解釋

TCP/IP協(xié)議棧是一組協(xié)議，用于在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間傳輸數(shù)據(jù)。它由四層組成：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層。應(yīng)用層是TCP/IP協(xié)議棧的最上層，它提供了應(yīng)用程序和用戶之間的接口，例如HTTP、FTP、SMTP、POP3等。它可以定義應(yīng)用程序如何發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，以及如何處理數(shù)據(jù)。傳輸層是TCP/IP協(xié)議棧的第二層，它的主要功能是在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)，它提供了端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。它的主要協(xié)議有TCP和UDP，它們分別用于提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)和不可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層是TCP/IP協(xié)議棧的第三層，它的主要功能是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的路由，它提供了網(wǎng)絡(luò)間的路由服務(wù)。它的主要協(xié)議有IP、ICMP和IGMP。數(shù)據(jù)鏈路層是TCP/IP協(xié)議棧的最底層，它的主要功能是負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間傳輸數(shù)據(jù)，它提供了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。它的主要協(xié)議有ARP、RARP和PPP。 TCP/IP協(xié)議棧在網(wǎng)絡(luò)通信中的應(yīng)用非常廣泛，它是當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)通信都使用它。它可以用于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)訪問、文件傳輸、電子郵件、遠(yuǎn)程登錄等功能。它還可以用于實現(xiàn)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的路由、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換等功能。因此，TCP/IP協(xié)議棧在網(wǎng)絡(luò)通信中發(fā)揮著重要作用，它是當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)通信都依賴它。

   TCP/IP協(xié)議，或稱為TCP/IP協(xié)議棧，或互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議系列。

TCP/IP協(xié)議棧
(按TCP/IP參考模型劃分)
應(yīng)用層 FTP SMTP HTTP ...
傳輸層 TCP UDP
網(wǎng)絡(luò)層 IP ICMP ARP
鏈路層以太網(wǎng) 令牌環(huán) FDDI ...
包含了一系列構(gòu)成互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
這些協(xié)議最早發(fā)源于美國國防部的DARPA互聯(lián)網(wǎng)項目。
TCP/IP字面上代表了兩個協(xié)議:TCP傳輸控制協(xié)議和IP互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。

時間回放到1983年1月1日，在這天，互聯(lián)網(wǎng)的前身Arpanet中，TCP/IP協(xié)議取代了舊的網(wǎng)絡(luò)核心協(xié)議NCP(Network Core Protocol)，從而成為今天的互聯(lián)網(wǎng)的基石。最早的的TCP/IP由Vinton Cerf和Robert Kahn兩位開發(fā)，慢慢地通過競爭戰(zhàn)勝了其它一些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方案，比如國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的OSI模型。TCP/IP的蓬勃發(fā)展發(fā)生在上世紀(jì)的90年代中期。當(dāng)時一些重要而可靠的工具的出世，例如頁面描述語言HTML和瀏覽器Mosaic，導(dǎo)致了互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的飛束發(fā)展。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，目前流行的IPv4協(xié)議(IP Version 4，IP版本四)已經(jīng)接近它的功能上限。IPv4最致命的兩個缺陷在于:

地址只有32位，IP地址空間有限;
不支持服務(wù)等級(Quality of Service, Qos)的想法，無法管理帶寬和優(yōu)先級，故而不能很好的支持現(xiàn)今越來越多的實時的語音和視頻應(yīng)用。因此IPv6 (IP Version 6, IP版本六) 浮出海面，用以取代IPv4。
TCP/IP成功的另一個因素在與對為數(shù)眾多的低層協(xié)議的支持。這些低層協(xié)議對應(yīng)與OSI模型中的第一層(物理層)和第二層(數(shù)據(jù)鏈路層)。每層的所有協(xié)議幾乎都有一半數(shù)量的支持TCP/IP，例如: 以太網(wǎng)(Ethernet)，令牌環(huán)(Token Ring)，光纖數(shù)據(jù)分布接口(FDDI)，端對端協(xié)議( PPP)，X.25，幀中繼(Frame Relay)，ATM，Sonet, SDH等。

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塊，即抽象成所謂的 ” 層” 。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(互聯(lián)網(wǎng)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) 。其它的協(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(yùn)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(yùn)行許多“推薦“使用的協(xié)議，以及一些其它的協(xié)議。

在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。

推薦協(xié)議
每一個應(yīng)用層(TCP/IP參考模型的最高層) 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。其它的一些推薦協(xié)議有:

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)(運(yùn)行在TCP協(xié)議上)。
FTP (File Transfer Protocol, 文件傳輸協(xié)議) ，由名知義(運(yùn)行在TCP協(xié)議上) 。
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol，簡單郵件傳輸協(xié)議) ，用來發(fā)送電子郵件(運(yùn)行在TCP協(xié)議上) 。
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(yùn)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(yùn)行在TCP和UDP協(xié)議上) 。
NTP (Network Time Protocol，網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議) ，用于網(wǎng)絡(luò)同步(運(yùn)行在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。
BOOTP (Boot Protocol，啟動協(xié)議) ，應(yīng)用于無盤設(shè)備(運(yùn)行在UDP協(xié)議上)。

可選協(xié)議
最常用的一些有

支撐萬維網(wǎng)WWW的超文本傳輸協(xié)議HTTP，
動態(tài)配置IP地址的DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議)，
收郵件用的POP3 (Post Office Protocol, version 3, 郵局協(xié)議) ，
用于加密安全登陸用的SSH (Secure Shell，用于替代安全性差的TELNET) ，
用于動態(tài)解析以太網(wǎng)硬件地址的ARP (Address Resolution Protocol，地址解析協(xié)議) 。

范例: 不同計算機(jī)運(yùn)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(yùn)行如TELNET, SMTP, POP3, SNMP, ECHO, DHCP, SSH, NTP。
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)。

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