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TCP/IP协议，TCP/IP协议的内容和功能是什么？

【资料图】

TCP/IP是一组协议的同义词，它还包括许多其他协议，这些协议构成了TCP/IP协议簇。一般来说，TCP/IP提供传输层服务，IP提供网络层服务。TCP/IP架构和ISO OSI层参考模型之间的对应关系如图1所示。

在TCP/IP分层模型中，第二层是TCP/IP的实现基础，可以包括MENETIEEF802.3的CSMA/CD、IEEEJ802.4的令牌总线和IEEEJ802.4的令牌环

在第三个网络层，IP是Internet Pmtocol，ICMP是Internet控制消息协议，ARP是地址解析协议)RARP RARP是反向ARP。

第四层是传输层，TCP/IP是传输控制协议，UDP是用户数据报协议。

第五层到第七层，SlMTP是简单邮件传输协议，DNS是域名服务，FTP是文件传输协议和远程终端访问协议。

TCP/IP协议本身的分层模型如图3.21所示。以下部分从体系结构的角度重点介绍TCP/IP协议组的分层介绍。

TCP/IP协议，TCP/IP协议的内容和功能是什么？

数据链路层

数据链路层不是TCP/IP协议的一部分，但它是TCP/IP所依赖的各种通信网络之间的接口。这些通信网络包括各种广域网，例如ARPANET、MILNET和X.25公共数据网，以及各种局域网，例如以太网和IEEE标准局域网。IP层提供了特殊的功能来解决与各种网络物理地址的转换。

一般来说，每个物理网络都可以使用自己的数据链路层协议和物理层协议，而无需在数据链路层上设置专门的TCPAP协议。然而，当使用串行线将主机计算机与网络连接，或者将网络与网络连接时，例如，当用户使用电话线和调制解调器访问网络时，或者当两个远程网络通过数据专用线路互连时，有必要在数据链路层运行特殊的SLIP(串行线IP)协议或PPP(点对点协议)。

1.SLE协议

SLIP提供了一种简单的方法来封装串行通信线路上的IP数据包，以便远程用户可以通过电话线和调制解调器轻松连接到TCP/IP网络。滑移是一种简单的分幅方式，但在使用中仍存在一些问题。首先，SLIP不支持连接过程中的动态IP地址分配，通信双方必须提前告知对方自己的IP地址，这给没有固定IP地址上网的个人用户带来了极大的不便。其次，SLIP帧中的元协议类型字段，所以只能支持IP协议；此外，SLIP帧中没有校验字段，因此无法在链路层检测到传输错误，传输错误问题必须由上层实体或具有纠错能力的调制解调器来解决。

2.PPP协议

为了解决滑动问题，在串行通信应用中开发了PPP协议。PPP是一种有效的点对点通信协议，它由三部分组成：串行通信线路上的成帧模式，用于建立、配置、测试和拆除数据链路的链路控制协议LCP，以及一套支持不同网络层协议的网络控制协议NCP。

因为PPP帧中设置了校验字段，所以PPP具有链路层错误检测的功能。PPP中的协议提供了通信双方协商参数的手段，还提供了一套NCPs协议，使PPP可以支持多种网络层协议，如IP、IPX、OSI等。另外，支持IP的NCP提供了建立连接时动态分配IP地址的功能，解决了个人用户访问互联网的问题。

TCP/IP的网络层

网络层有四个重要的协议：互联网协议IP、互联网控制消息协议ICMP、地址转换协议ARP和反向地址转换协议RARR。

网络层的功能主要由IP提供。除了提供端到端的数据包分发，IP还提供许多扩展功能。例如，为了克服数据链路层的帧大小限制，网络层提供了数据分块和重组功能，使大型IP数据报能够以较小的数据包在网络上传输。

网络层的另一个重要服务是在一个独立的局域网上建立一个互联网络，即互联网。根据其目的IP地址，网络间的消息通过路由器传输到另一个网络。

1.互联网协议IP(互联网协议)

网络层中最重要的协议是IP，它将多个网络连接成一个互联网，并可以通过互联网以多个数据报的形式分发高层数据。

IP的基本任务是通过互联网传输数据报，所有的IP数据报都是相互独立的。主机上的IP层为传输层提供服务。从源传输实体获取数据，并通过其数据链路层服务将其传输到目的主机的I层。IP不保证服务的可靠性。在主机资源不足的情况下，它可能会丢弃一些数据报，而IP不会检查数据链路层丢弃的数据报。

在传输过程中，高层协议将数据传输到IP，然后IP将数据封装到互联网数据报中，并将其发送到数据链路层协议，以便通过局域网传输。如果目的主机直接连接到这个网络，IP可以通过网络直接将数据报传输到目的主机；如果目的主机在远程网络，IP路由器传输数据报，路由器依次通过下一个网络将数据报传输到目的主机或下一个路由器。也就是说，IP数据报通过互联网从一个IP模块传输到另一个IP模块，直到目的地。

需要连接到独立管理的网络的路由器可以选择它们需要的任何协议。这种协议被称为室内逃生协议。在IP环境中，独立管理的系统称为自治系统。

跨不同域(如从私有网络到PDN)的路由器使用的协议称为外部网关协议(EGP)，这是一组简单且定义明确的正式协议。

2.互联网控制消息协议

从IP互联网协议的功能可以知道，IP提供了一种不可靠的元连接包传输服务。如果路由器或主机故障阻塞了网络，就要通知发送主机采取相应的措施。

为了使互联网能够报告错误或提供有关意外情况的信息，在IP层添加了一种特殊的消息机制，即互联网控制消息协议ICMP。

数据包的接收方使用ICMP通知IP模块的发送方一些必需的修改。ICMP通常是由发现其他站发送的消息有问题的站生成的。例如，目的主机或中继路由器可以发现问题并生成相关的ICMP。如果数据包无法传送，ICMP可用于警告数据包来源，表明网络、主机或端口不可达。ICMP也可以在P中用来报告网络拥塞。ICMP是正式IP协议的一部分。ICMP数据报是通过IP发送的，所以在功能上属于网络的第三层，但实际上是像第四层协议一样编码的。

3.地址转换协议

在TCP/AP网络环境中，每台主机都分配有一个32位IP地址，这是一个在互联网中标识主机的逻辑地址。为了在物理网络上传输消息，我们必须知道彼此的物理地址。因此，存在地址转换的问题，即把互联网地址转换成物理地址。以以太网环境为例，为了正确地将报文传送到目的站，目的站的32位IP地址必须转换成48位以太网目的地址DAo。这就需要网络层的一组服务将IP地址转换成对应的物理网络地址，这组协议称为p。

发送报文时，如果源网络层给出的报文只有一个IP地址而没有对应的以太网地址，网络层广播一个ARP请求获取目的站的信息，目的站必须应答AP请求。这样，源站点可以接收48位以太网地址，并将其放入相应的缓存中。从源站点到同一目的站点的下一次地址转换可以直接引用高速缓存中的地址内容。地址转换协议ARP使主机能够找到同一物理网络中任意物理主机的物理地址，只需要给出目的主机的IP地址。这样，网络的物理寻址对于网络层服务来说是透明的。

在Internet环境中，为了将消息发送到另一个网络的主机，首先将数据报发送到发送方网络的IP路由器。因此，发送主机必须首先确定路由器的物理地址，然后依次向接收端发送数据报。除了基本的AP机制，有时还需要在路由器上设置代理ARP，让IP路由器代替目的站响应发送方的ARP请求。

4.反向地址转换协议RAPP

反向地址转换协议用于特殊情况。如果站点初始化后只有自己的物理网络地址而没有IP地址，可以通过队列RP协议发出广播请求索要自己的IP地址，由RARP服务器负责回答。这样，没有IP地址的站点就可以通过RARP协议获得自己的IP地址，直到下一次系统重启都是有效的，不需要连续的广播请求。RARP广泛用于获取元磁盘工作站的IP地址。

TCP/IP的传输层

TCP/IP层提供了两个主要的协议：传输控制协议(冗余P)和用户数据报协议(UDP)，还有一些其他的协议，比如传输数字语音的NVP协议。

1.传输控制协议

TCP提供可靠的数据流服务。当传输数据受到错误干扰，或者基础网络故障，或者网络负载过重，以至于互联网基础传输系统(元连接消息传递系统)无法正常工作时，就需要其他协议来保证通信的可靠性。TCP就是这样一种协议，它对应于OSI模型的传输层，提供基于IP协议的端到端可靠的面向连接的传输。

采用TCP“肯定确认重传”技术实现传输的可靠性。简单的“带重传的肯定确认”意味着与发送方通信的接收方在每次接收数据时都会发回一条确认消息。发送方保留每个传出数据包的记录，然后在收到确认后发送下一个数据包。当发送者发出一个包时，启动一个定时器。如果计时器开始计时，而确认信息尚未到达，发送方将重新发送数据包。

简单的确认重传严重浪费带宽。TCP还使用一种称为“滑动窗口”的流量控制机制来提高网络的吞吐量。窗口的范围决定了发送方发送但未被接收方确认的数据报的数量。每当接收者正确接收到信息时，窗口向前滑动。这种机制增加了网络中未确认数据报的数量，提高了网络的吞吐量。

TCP通信是基于面向连接的，实现了“虚电路”的概念。双方通信前，/IP先建立连接，然后双方可以在上面发送数据流。这种数据交换的方法可以提高效率，但是事先建立连接，事后拆除连接是要花钱的。TCP连接的建立采用三次握手的过程，整个过程由三个过程组成：发送方请求建立连接，接收方确认，发送方再发送一次关于确认的确认。

2.用户数据报协议

用户数据报协议是IP协议族的扩展。它添加了一种机制，通过这种机制，发送方可以在一台计算机上区分多个接收方。每个UDP消息不仅包含用户进程发送的数据，还包含消息的目的端口号和源端口号，这样UDP软件就可以将消息传递给正确的接收方，然后接收方就会发送应答。由于UDP的这种扩展，可以在两个用户进程之间传递数据报。

UDP依靠IP协议传输消息，所以它的服务和IP一样不可靠。此服务不需要确认、分类或控制消息流，UDP消息可能会丢失、重复或无序。

TCP/IP的会话层到应用层

TCP/IP的上面三层与OSI参考模型有很大不同，没有明确的层次结构。其中FTP、TELNET、SMTP DNS是在不同机型上广泛实现的几种协议，其他很多高层协议都是在TCP/IP中定义的。

1.文件传输协议

文件传输协议(FTP)是互联网提供的访问远程机器的协议，使用户能够在本地机器和远程机器之间操作文件。FTP工作时，建立两个TCP连接，一个用于文件传输，另一个用于传输控制。采用FTP客户端/服务器模式，包括客户端Frp和服务器FTP。客户端FTP发起传输过程，服务器FTP对其进行响应。大多数FTP客户端都有一个交互式界面，使客户端能够灵活地将文件传输到远程位置或从远程位置获取文件。

2.远程终端访问IELNET

TELNET连接是一种TCP连接，用于传输带有TELNET控制信息的数据。它提供了与终端设备或终端进程交互的标准方法，支持终端到终端的连接和进程到进程的分布式计算通信。

3.域名服务DNS

DNS是一种域名服务协议，它提供域名到IP地址的转换，并允许对域名资源进行分散管理。DNS最初的设计是让发送方知道接收和发送主机的IP地址。

4.简单邮件传输协议

因特网标准中的电子邮件是一种简单的基于文本的协议，用于可靠和有效的数据传输。MTP作为应用层的服务，并不关心下面使用什么样的传输服务。它可以通过网络在TCP连接上发送邮件，或者只是通过进程通信的通道在同一台机器的进程之间发送邮件。这样，邮件传输独立于传输子系统，可以在TCP/IP环境、OSI传输层或X.25协议环境下传输。

在发送邮件之前，发件人和收件人必须进行协商。当SMTP服务进程同意为某个收件人发送邮件时，它会直接将邮件投递到收件人用户，或者逐个通过网络连接器，直到邮件被投递到收件人用户。在邮件传输的过程中，路线被记录下来。这样，当邮件无法正常传输时，可以通过原路由找到发件人。

在当前的UNIX版本中，TCP/IP协议已被集成到其中，使其成为UNIX操作系统的一部分。在DOS上也介绍了相应的TCP/IP软件产品。SUN已经将TCP/IP广泛推广到商业系统中。它在所有工作站系统中预装了ICP/IP网络软件和网络硬件，使网络和计算机成为一个有机的整体。同时，TCP/IP网络软件及其客户机/服务器工作模式被大多数用户所接受。

本文讲解到此结束，希望对大家有所帮助。

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