TCPIP網(wǎng)絡(luò)簡述

魏銘　王明月　張德慧

摘 要：隨著信息技術(shù)迅速的發(fā)展普及，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)融入我們社會的方方面面，給我們的日常生活帶來了極大便利，豐富了我們的世界。我國的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展取得顯著成就，它與我們息息相關(guān)。本文介紹了TCP/IP，簡述了其體系及路由這一重要功能。

關(guān)鍵詞：TCP/IP 路由

一、TCP/IP協(xié)議體系

1、定義：TCP/IP協(xié)議為傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，又名網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，是Internet最基本的協(xié)議、Internet國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，由網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議組成。TCP/IP 定義了電子設(shè)備如何連入因特網(wǎng)，以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉藴省f(xié)議采用了4層的層級結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的協(xié)議來完成自己的需求。通俗而言：TCP負責(zé)發(fā)現(xiàn)傳輸?shù)膯栴}，一有問題就發(fā)出信號，要求重新傳輸，直到所有數(shù)據(jù)安全正確地傳輸?shù)侥康牡?。而IP是給因特網(wǎng)的每一臺聯(lián)網(wǎng)設(shè)備規(guī)定一個地址。

2、協(xié)議體系：

TCP/IP是一個四層的體系機構(gòu)，應(yīng)用層、運輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。從實質(zhì)上講，TCP/IP只有最上面的三層，最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有什么具體內(nèi)容。因此往往采取折中的辦法，即綜合OSI和TCP/P的優(yōu)點，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)，這樣既簡潔又能將概念闡述清楚。

（1）應(yīng)用層：應(yīng)用層是體系結(jié)構(gòu)中的最高層。應(yīng)用層的任務(wù)是通過應(yīng)用進程間的交互來完成特定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。應(yīng)用層協(xié)議定義的是應(yīng)用進程間通信和交互的規(guī)則，這里的進程就是指主機中正在運行的程序，對于不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要有不同的應(yīng)用層協(xié)議。在互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用層協(xié)議很多，如支持萬維網(wǎng)應(yīng)用的HTTP協(xié)議，支持電子郵件的SMTP協(xié)議，支持文件傳送的FTP協(xié)議等等。我們將應(yīng)用層交互的數(shù)據(jù)單元稱為報文。

（2）運輸層：運輸層的任務(wù)就是負責(zé)向兩臺主機中進程之間的通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。應(yīng)用進程利用該服務(wù)傳送應(yīng)用層報文。“通用的”是指并不針對某個特定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，而是多種應(yīng)用可以使用同一個運輸層服務(wù)。由于一臺主機可同時運行多個進程，因此運輸層有復(fù)用和分用的功能。復(fù)用就是多個應(yīng)用層進程可同時使用下面運輸層的服務(wù)；分用和復(fù)用相反，是運輸層把收到的信息分別交付上面應(yīng)用層中的相應(yīng)進程運輸層主要使用以下兩種協(xié)議：傳輸控制協(xié)議TCP：提供面向連接的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇菆笪亩巍Ｓ脩魯?shù)據(jù)報協(xié)議UDP：提供無連接的、盡最大努力的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)（不保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?，其?shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇怯脩魯?shù)據(jù)報。

（3）網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務(wù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡(luò)層把運輸層產(chǎn)生的報文段或用戶數(shù)據(jù)報封裝成分組或包進行傳送。在TCP/P體系中，由于網(wǎng)絡(luò)層使用IP協(xié)議，因此分組也叫做IP數(shù)據(jù)報或簡稱為數(shù)據(jù)報。網(wǎng)絡(luò)層的另一個任務(wù)就是要選擇合適的路由，使源主機運輸層所傳下來的分組，能夠通過網(wǎng)絡(luò)中的路由器找到目的主機。互聯(lián)網(wǎng)是由大量的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通過路由器相互連接起來的，互聯(lián)網(wǎng)主要的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議是無連接的網(wǎng)際協(xié)IP和許多種路由選擇協(xié)議，因此互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層也叫做網(wǎng)際層或IP層。

（4）數(shù)據(jù)鏈路層： 數(shù)據(jù)鏈路層常簡稱為鏈路層。兩臺主機之間的數(shù)據(jù)傳輸，總是在一段一段的鏈路上傳送的，這就需要使用專門的鏈路層的協(xié)議。在兩個相鄰結(jié)點之間傳送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)鏈路層將網(wǎng)絡(luò)層交下來的IP數(shù)據(jù)報組裝成幀，在兩個相鄰結(jié)點間的鏈路上傳送幀。每一幀包括數(shù)據(jù)和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差錯控制等）。在接收數(shù)據(jù)時，控制信息使接收端能夠知道一個幀從哪個比特開始和到哪個比特結(jié)束。這樣，數(shù)據(jù)鏈路層在收到一個幀后，就可從中提取出數(shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層。

控制信息還使接收端能夠檢測到所收到的幀中有無差錯。如發(fā)現(xiàn)有差錯，數(shù)據(jù)鏈路層就簡單地丟棄這個出了差錯的幀，以免繼續(xù)在網(wǎng)絡(luò)中傳送下去白白浪費網(wǎng)絡(luò)資源。如果需要改正數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)鏈路層傳輸時出現(xiàn)的差錯，那么就要采用可靠傳輸協(xié)議來糾正出現(xiàn)的差錯。這種方法會使數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議復(fù)雜些。

（5）物理層：在物理層上所傳數(shù)據(jù)的單位是比特。發(fā)送方發(fā)送1（或0）時，接收方應(yīng)當(dāng)收到1（或0）而不是0（或1）。因此物理層要考慮用多大的電壓代表“1”或“0”，以及接收方如何識別出發(fā)送方所發(fā)送的比特。物理層還要確定連接電纜的插頭應(yīng)當(dāng)有多少根引腳以及各引腳應(yīng)如何連接。當(dāng)然，解釋比特代表的意思，就不是物理層的任務(wù)。請注意，傳遞信息所利用的一些物理媒體，如雙絞線、同軸電纜、光纜、無線信道等，并不在物理層協(xié)議之內(nèi)而是在物理層協(xié)議的下面。因此也有人把物理媒體當(dāng)作第0層。

二、TCP/IP路由技術(shù)

路由是TCP/IP協(xié)議非常重要的功能，也是復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議得以廣泛使用的主要原因。

1、概念：

路由是指把IP數(shù)據(jù)報從源結(jié)點通過通信網(wǎng)絡(luò)傳遞到目的結(jié)點的傳送過程。

互聯(lián)網(wǎng)是由許多利用路由器連接起來的網(wǎng)絡(luò)組成的。當(dāng)數(shù)據(jù)報需要從源結(jié)點發(fā)送到目的結(jié)點時，它可能要通過許多路由器，直至它到達連接在目的網(wǎng)絡(luò)上的路由器為止。路由器從網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)報并把這個數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡(luò)。一個路由器通常與多個網(wǎng)絡(luò)連接，路由功能使 TCP/IP協(xié)議完美地適應(yīng)了連網(wǎng)需求。

可將信息從一地攜帶到另一地的協(xié)議稱為可路由協(xié)議，IP就是一種可路由協(xié)議。路由（選擇）協(xié)議允許路由器相互之間共享路徑信息。

2、路由信息協(xié)議（RIP）：

（1）概念：是一種使用最廣泛的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，屬于網(wǎng)絡(luò)層，一種在網(wǎng)關(guān)與主機之間交換路由選擇信息的標準。在國家性網(wǎng)絡(luò)中如當(dāng)前的因特網(wǎng)，擁有很多用于整個網(wǎng)絡(luò)的路由選擇協(xié)議。作為形成網(wǎng)絡(luò)的每一個自治系統(tǒng)，都有屬于自己的路由選擇技術(shù)，不同的 AS 系統(tǒng)，路由選擇技術(shù)也不同。

（2）工作原理：是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP中最先得到廣泛使用的協(xié)議。RIP是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議，是互聯(lián)網(wǎng)的標準協(xié)議。RIP協(xié)議讓一個自治系統(tǒng)中的所有路由器都和自己的相鄰路由器定期交換路由信息，并更新其路由表，使得從每一個路由器都能找出到每一個目的網(wǎng)絡(luò)的最佳下一跳路由器（即到目的網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)最少）。這里還應(yīng)注意：雖然所有的路由器最終都擁有了整個自治系統(tǒng)的全局路由信息，但由于每一個路由器的位置不同，它們的路由表當(dāng)然也應(yīng)當(dāng)是不同的。

現(xiàn)在較新的RIP版本是1998年11月公布的RIP2（已成為互聯(lián)網(wǎng)標準協(xié)議），新版本協(xié)議在性能上有些改進。例如，RIP2支持CIDR。RIP協(xié)議使用運輸層的用戶數(shù)據(jù)報UDP進行傳送。

（3）優(yōu)缺點：RIP協(xié)議最大的優(yōu)點就是實現(xiàn)簡單，開銷較小。但RIP協(xié)議的缺點也較多。首先，RIP限制了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，它能使用的最大距離為15（16表示不可達）。其次，路由器之間交換的路由信息是路由器中的完整路由表，因而隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，開銷將增加。最后，在某些情況下，網(wǎng)絡(luò)拓撲的變化會使路由表的更新花費較長的時間。

（3）穩(wěn)定特性： 路由信息協(xié)議中指定了一些在網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)生快速變化時能使其操作更穩(wěn)定的特性。DVA路由容易受到路由循環(huán)的影響，而這種路由循環(huán)主要是由慢速“收斂”所引起的。RP中的DVA穩(wěn)定特性有助于控制使用DVA路由選擇協(xié)議時可能發(fā)生的路由循環(huán)，這些穩(wěn)定特性包括跳步數(shù)限制、抑制、水平分割及毒素反向更新等。

結(jié)束語：這是一個以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時代，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為信息社會的命脈和發(fā)展知識經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)對社會生活方方面面影響巨大。相信隨著科技發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更加先進，我們的生活將更加多姿多彩。

參考文獻：

[1]謝希仁.計算機網(wǎng)絡(luò)簡明教程.電子工業(yè)出版社.2017

[2]劉化君.TCP/IP基礎(chǔ).電子工業(yè)出版社.2015