TCP/IP的網絡層
網絡層中含有四個重要的協議:互連網協議IP、互連網控制報文協議ICMP、地址轉換協議ARP和反向地址轉換協議RARR。

網絡層的功能主要由IP來提供。除了提供端到端的分組分發功能外,IP還提供了很多擴充功能。例如,為了克服數據鏈路層對幀大小的限制,網絡層提供了數據分塊和重組功能,這使得很大的IP數據報能以較小的分組在網上傳輸。

網絡層的另一個重要服務是在互相獨立的局域網上建立互連網絡,即網際網。網間的報文來往根據它的目的IP地址通過路由器傳到另一網絡。

1.互連網協議IP(Internet Protocol)

網絡層最重要的協議是IP,它將多個網絡聯成一個互連網,可以把高層的數據以多個數據報的形式通過互連網分發出去。

IP的基本任務是通過互連網傳送數據報,各個IP數據報之間是相互獨立的。主機上的IP層向運輸層提供服務。 IP從源運輸實體取得數據,通過它的數據鏈路層服務傳給目的主機的I層。IP不保證服務的可靠性,在主機資源不足的情況下,它可能丟棄某些數據報,同時IP也不檢查被數據鏈路層丟棄的報文。

在傳送時,高層協議將數據傳給IP,IP再將數據封裝為互連網數據報,并交給數據鏈路層協議通過局域網傳送。若目的主機直接連在本網中,IP可直接通過網絡將數據報傳給目的主機;若目的主機在遠地網絡中,則IP路由器傳送數據報,而路由器則依次通過下一網絡將數據報傳送到目的主機或再下一個路由器。也即一個IP數據報是通過互連網絡,從一個IP模塊傳到另一個IP模塊,直到終點為止。

需要連接獨立管理的網絡的路由器,可以選擇它所需的任何協議,這樣的協議稱為內部網間連接器協議IGP (Interior Geteway Pmtocol)。在IP環境中,一個獨立管理的系統稱為自治系統。

跨越不同的理域的路由器(如從專用網到PDN)所使用的協議,稱為外部網間連接器協議EGP(Exterior Gateway Protocol),EGP是一組簡單的定義完備的正式協議。

2.互連網控制報文協議ICMP

從IP互連網協議的功能,可以知道IP提供的是一種不可靠的元連接報文分組傳送服務。若路由器或主機故障使網絡阻塞,就需要通知發送主機采取相應措施。

為了使互連網能報告差錯,或提供有關意外情況的信息,在IP層加入了一類特殊用途的報文機制,即互連網控制報文協議ICMP。

分組接收方利用ICMP來通知IP模塊發送方某些方面所需的修改。 ICMP通常是由發現別的站發來的報文有問題的站產生的,例如可由目的主機或中繼路由器來發現問題并產生有關的ICMP。如果一個分組不能傳送,ICMP便可以被用來警告分組源,說明有網絡、主機或端口不可達。ICMP在P也可以用來報告網絡阻塞。ICMP是IP正式協議的一部分,ICMP數據報通過IP送出,因此它在功能上屬于網絡第三層,但實際上它是像第四層協議一樣被編碼的。

3.地址轉換協議ARP

在TCPAP網絡環境下,每個主機都分配了一個32位的IP地址,這種互連網地址是在網際范圍標識主機的一種邏輯地址。為了讓報文在物理網上傳送,必須知道彼此的物理地址。這樣就存在把互連網地址變換為物理地址的地址轉換問題。以以太網(Ethernet)環境為例,為了正確地向目的站傳送報文,必須把目的站的32位IP地址轉換成48位以太網目的地址DAo這就需要在網絡層有一組服務將IP地址轉換為相應物理網絡地址,這組協議即是成P。

在進行報文發送時,如果源網絡層所給的報文只有IP地址,而沒有對應的以太網地址,則網絡層廣播ARP請求以獲取目的站信息,而目的站必須回答該AP請求。這樣源站點可以收到以太網48位地址,并將地址放入相應的高速緩存(Cache)。下一次源站點對同一目的站點的地址轉換可直接引用高速緩存中的地址內容。地址轉換協議ARP使主機可以找出同一物理網絡中任一個物理主機的物理地址,只需給出目的主機的IP地址即可。這樣,網絡的物理編址可以對網絡層服務透明。

在互聯網環境下,為了將報文送到另一個網絡的主機,數據報先定向發送到發送方所在網絡的IP路由器。因此,發送主機首先必須確定路由器的物理地址,然后依次將數據報發往接收端。除基本AP機制外,有時還需在路由器上設置代理ARP,其目的是由IP路由器代替目的站對發送方ARP請求做出響應。

4.反向地址轉換協議RAPP

反向地址轉換協議用于一種特殊情況,如果站點初始化以后,只有自己的物理網絡地址而沒有IP地址,則它可以通過隊RP協議,發出廣播請求,征求自己的IP地址,而RARP服務器則負責回答。這樣,無IP地址的站點可以通過RARP協議取得自己的IP地址,這個地址在下一次系統重新開始以前都有效,不用連續廣播請求。RARP廣泛用于獲取元盤工作站的IP地址。

TCP/IP的傳輸層
TCP/IP這一層提供了兩個主要的協議:傳輸控制協議(冗P)和用戶數據報協議(UDP),另外還有一些別的協議,例如用于傳送數字化語音的NVP協議。

1.傳輸控制協議TCP

TCP提供的是一種可靠的數據流服務。當傳送受差錯干擾的數據,或基礎網絡故障,或網絡負荷太重而使網際基本傳輸系統(元連接報文遞交系統)不能正常工作時,就需要通過其它的協議來保證通信的可靠。TCP就是這樣的協議,它對應于OSI模型的運輸層,它在IP協議的基礎上,提供端到端的面向連接的可靠傳輸。

TCP采用"帶重傳的肯定確認"技術來實現傳輸的可靠性。簡單的"帶重傳的肯定確認"是指與發送方通信的接收者,每接收一次數據,就送回一個確認報文,發送者對每個發出去的報文分組都留一份記錄,等到收到確認之后再發出下一個報文分組。發送者發出一個報文分組時,啟動一個計時器,若計時器計數完畢,確認還未到達,則發送者重新發送該報文分組。

簡單的確認重傳嚴重浪費帶寬,TCP還采用一種稱之為"滑動窗口"的流量控制機制來提高網絡的吞吐量,窗口的范圍決定了發送方發送的但未被接收方確認的數據報的數量。每當接收方正確收到一則報文時,窗口便向前滑動,這種機制使網絡中未被確認的數據報數量增加,提高了網絡的吞吐量。

TCP通信建立在面向連接的基礎上,實現了一種"虛電路"的概念。雙方通信之前,/IP在先建立一條連接,然后雙方就可以在其上發送數據流。這種數據交換方式能提高效率,但事先建立連接和事后拆除連接需要開銷。TCP連接的建立采用三次握手的過程,整個過程由發送方請求建立連接、接收方確認、發送方再發送一則關于確認的確認三個過程組成。

2.用戶數據報協議mp

用戶數據報協議是對IP協議組的擴充,它增加了一種機制,發送方使用這種機制可以區分一臺計算機上的多個接收者。每個UDP報文除了包含某用戶進程發送的數據外,還有報文目的端口的編號和報文源端口的編號,從而使UDP軟件可以把報文遞送給正確的接收者,然后接收者要發出一個應答。由于UDP的這種擴充,使得在兩個用戶進程之間遞送數據報成為可能。

UDP是依靠IP協議來傳送報文的,因而它的服務和IP一樣是不可靠的。這種服務不用確認、不對報文排序、也不進行流量控制,UDP報文可能會出現丟失、重復、失序等現象。

TCP/IP的會話層至應用層
TCP/IP的上三層與OSI參考模型有較大區別,也沒有非常明確的層次劃分。其中FTP、TELNET、SMTP DNS是幾個在各種不同機型上廣泛實現的協議,TCP/IP中還定義了許多別的高層協議。

1.文件傳輸協議FTP

文件傳輸協議是網際提供的用于訪問遠程機器的一個協議,它使用戶可以在本地機與遠程機之間進行有關文件的操作。 FTP工作時建立兩條TCP連接,一條用于傳送文件,另一條用于傳送控制。FTP采用客戶/服務器模式,它包含客戶Frp和服務器FTP。客戶FTP啟動傳送過程,而服務器FTP對其做出應答。客戶FTP大多有一個交互式界面,使客戶可以靈活地向遠地傳文件或從遠地取文件。

2.遠程終端訪問IELNET

TELNET的連接是一個TCP連接,用于傳送具有TELNET控制信息的數據。它提供了與終端設備或終端進程交互的標準方法,支持終端到終端的連接及進程到進程分布式計算的通信。

3.域名服務DNS

DNS是一個域名服務的協議,提供域名到IP地址的轉換,允許對域名資源進行分散管理。DNS最初設計的目的是使郵件發送方知道郵件接收主機及郵件發送主機的IP地址。

4.簡單郵件傳送協議SMTP

互連網標準中的電子郵件是一個簡單的基于文本的協議,用于可靠、有效的數據傳輸。MTP作為應用層的服務,并不關心它下面采用的是何種傳輸服務,它可通過網絡在TCP連接上傳送郵件,或者簡單地在同一機器的進程之間通過進程通信的通道來傳送郵件。這樣,郵件傳輸就獨立于傳輸子系統,可在TCP/IP環境、OSI運輸層或X.25協議環境中傳輸郵件。

郵件發送之前必須協商好發送者、接收者。SMTP服務進程同意為某個接收方發送郵件時,它將郵件直接交給接收方用戶或將郵件逐個經過網絡連接器,直到郵件交給接收方用戶。在郵件傳輸過程中,所經過的路由被記錄下來。這樣,當郵件不能正常傳輸時可按原路由找到發送者。