【文章內容簡介】 層，每一子層賦予不同的功能。 OSI的另一個問題是有些功能在不同的層一再出現，如編址、流量控制、糾錯等等。有些功能放在那里很難達成一致意見，如安全性、加密及網絡管理層很難達成一致而干脆未包括在內。同時 OSI完全忽略了無連接業(yè)務的相應的協議，而這在 LAN和演播室局域網中得到了廣泛的應用，只是后來才加以補充。另一個嚴重問題是 OSI主要考慮通信，而計算機世界有相當多的不同點。最后在 OSI的實現和政策上都有一些問題。 我們再來看一下 TCP/IP參考模型，如圖 1。 可以看到，其中不存在會晤層和表述層，主要面向連接的網絡層也被以包交接為基礎的無連接互聯網絡層代替，稱為互聯網層，數據鏈路層和物理層也大大簡化為主機到網絡層（ HostToNetwork），除了指出主機必須使用能發(fā)送 IP包的協議外并不規(guī)定什么。在互聯網層中定義了包結構和相應的協議，稱為互聯網協議（ IP： Inter Protocol），主要作用是將 IP包送到相應的地址。 TCP/IP傳送層的作用類似于 OSI 傳送層的作用，是使源和目標設備相互對話。 TCP/IP 定義了兩種端到端協議，第一種是傳輸 控制協議（ TCP： Transmission Control Protocol），是可靠的面向連接的協議，能確保拜特流無誤 碼從源設備傳送到互聯網中的其他設備。它將輸入拜特流分割成較小的信息并將其每一個都放入互聯網層，在接收端，接收 TCP重組所接收的信息還原成原拜特流。TCP還進行流量控制，確保較高速的發(fā)送端不會使較低速的接收設備過載。第二種協議是用戶數據報協議（ UDP： User Datagram 圖 1 OSI 參考模型和 TCP/IP 參考模型 Protocol），是一個非確保的無連接協議，用于那些不需要 TCP順序和流量控制的應用，廣泛用于單項數據傳輸、服務 器用戶類型的應答應用。在這些應用中，即時傳送比精確傳送更重要，典型的應用就是語言和視頻傳輸。 TCP/IP 在網絡中的地位和作用 TCP/IP 協議并不完全符合 OSI的七層參考模型。傳統的開放式系統互連參考模型，是一種通信協議的 7 層抽象的參考模型，其中每一層執(zhí)行某一特定任務。該模型的目的是使各種硬件在相同的層次上相互通信。這 7 層是 :物理層、數據鏈路層、網路層、傳輸層、話路層、表示層和應用層。而 TCP/IP 通訊協議采用了4 層的層級結構，每一層都呼叫它的下一層所提供的網絡來完成自己的需求。這 4 層分別 為：應用層、傳輸層、互連網絡層、網絡接口層。 網際協議 IP是 TCP/IP的心臟，也是網絡層中最重要的協議。IP層接收由更低層（網絡接口層例如以太網設備驅動程序）發(fā)來的數據包，并把該數據包發(fā)送到更高層 TCP或 UDP 層；相反， IP層也把從 TCP或 UDP層接收來的數據包傳送到更低層。IP數據包是不可靠的，因為 IP并沒有做任何事情來確認數據包是按順序發(fā)送的或者沒有被破壞。 IP數據包中含有發(fā)送它的主機的地址（源地址）和接收它的主機的地址（目的地址）。 面向連接的服務（例如 Tel、 FTP、 rlogin、 X Windows和 SMTP）需要高度的可靠性，所以它們使用了 TCP。 TCP 協議 TCP協議主為了在主機間實現高可靠性的包交換傳輸協議。因為計算機網絡在現代社會中已經是不可缺少的了， TCP協議主要在網絡不可靠的時候完成通信，對軍方可能特別有用，但是對于政府和商用部門也適用。 TCP是面向連接的端到端的可靠協議。它支持多種網絡應用程序。 TCP對下層服務沒有多少要求，它假定下層只能提供不可靠的數據報服務，它可以在多種硬件構成的網絡上運行。下面的圖是 TCP在層次式結構中的位置，它的下層是 IP協議， TCP可以根據 IP協議提供的服務傳送大小不定的數據， IP協議負責對數據進行分段，重組，在多種網絡中傳送。 TCP 的上面就是應用程序，下面是 IP 協議，上層接口包括一系列類似于操作系統中斷的調用。對于上層應用程序來說， TCP應該能夠異步傳送數據。下層接口我們假定為 IP 協議接口。為了在并不可靠的網絡上實現面向連接的可靠的傳送數據， TCP必須解 決可靠性，流量控制的問題，必須能夠為上層應用程序提供多個接口，同時為多個應用程序提供數據，同時 TCP必須解決連接問題，這樣 TCP才能稱得上是面向連接的，最后， TCP也必須能夠解決通信安全性的問題。 網絡環(huán)境包括由網關（或其它設備）連接的網絡，網絡可以是局域網也可以是一些城域網或廣域網，但無論它們是什么，它們必須是基于包交換的。主機上不同的協議有不同的端口號，一對進程通過這個端口號進行通信。這個通信不包括計算機內的I/O操作，只包括在網絡上進行的操作。網絡上的計算機被看作包傳送的源和目的結點。特別應該注意的是 ：計算機中的不同進程可能同時進行通信，這時它們會用端口號進行區(qū)別，不會把發(fā)向 A 進程的數據由 B 進程接收的。 進程為了傳送數據會調用 TCP，將數據和相應的參數傳送給TCP，于是 TCP 會將數據傳送到目的 TCP 那里，當然這是通過將TCP 包打包在 IP 包內在網絡上傳送達到的。接收方 TCP 在接收到數據后會通信上層應用程序， TCP會保證接收數據順序的正確性。雖然下層協議可能不會保證順序是正確的。這里需要說明的是網關在接收到這個包后，會將包解開，看看是不是已經到目的地了，如果沒有到，應該走什么路由達到目的地，在決定后，網關會 根據下一個網絡內的協議情況再次將 TCP包打包傳送，如果需要，還要把這個包再次分成幾段再傳送。這個落地檢查的過程是一個耗時的過程。從上面，我們可以看出 TCP 傳送的基本過程，當然具體過程可能要復雜得多。 在實現 TCP的主機上， TCP 可以被看成是一個模塊，和文件系統區(qū)別不大， TCP也可以調用一些操作系統的功能， TCP 不直接和網絡打交道，控制網絡的任務由專門的設備驅動模塊完成。 TCP只是調用 IP接口， IP向 TCP 提供所有 TCP需要的服務。通過下圖我們可以更清楚地看到 TCP協議的結構。 上面已經說過了， TCP連接是可靠的，而且保證了傳送數據包的順序，保證順序是用一個序號來保證的。響應包內也包括一個序列號，表示接收方準備好這個序號的包。在 TCP傳送一個數據包時，它同時把這個數據包放入重發(fā)隊列中，同時啟動記數器，如果收到了關于這個包的確認信息，將此包從隊列中刪除，如果計時超時則需要重新發(fā)送此包。請注意，從 TCP返回的確認信息并不保證最終接收者接收 到數據，這個責任由接收方負責。 每個用于傳送 TCP的通道都有一個端口標記，因為這個標記是由每個 TCP終端確定的，因此 TCP 可能不唯一，為了保證這個數值的唯一，要使用網絡地址和端口號的組合達到唯一標識的目的，我們稱這個為了套接字（ Socket），一個連接由連接兩端的套接字標識，本地的套接字可能和不同的外部套接字通信，這種通信是全雙工的。 通過向本地端口發(fā)送 OPEN 命令及外部套接字參數建立連接， TCP返回一個標記這個連接的名稱，以后如果用戶需要使用這個名稱標記這個連接。為了保存這個連接的信息，我們假設有一個稱為 傳輸控制塊（ Transmission Control Block， TCB）的東西來保存。 OPEN 命令還指定這個連接的建立是主動請求還是被動等待請求。下面我們要涉及具體的功能了， TCP 段以inter 數據報的形式傳送。 IP 包頭傳送不同的信息域，包括源地址和目的地址。 TCP 頭跟在 inter 包頭后面，提供了一些專用于 TCP協議的信息。下圖是 TCP包頭格式圖： 源端口： 16位； 目的端口： 16位 序列碼： 32 位，當 SYN 出現，序列碼實際上是初始序列碼（ ISN），而第一個數據字節(jié)是 ISN+1； 確認碼： 32 位，如果設置了 ACK 控制位，這個值表示一個準備接收的包的序列碼； 數據偏移量： 4 位，指示何處數據開始； 保留： 6 位，這些位必須是 0； 控制位： 6 位； 窗口： 16位； 校驗位： 16位； 優(yōu)先指針： 16位，指向后面是優(yōu)先數據的字節(jié)； 選項：長度不定；但長度必須以字節(jié)記；選項的具體內容我們結合具體命令來看； 填充：不定長，填充的內容 必須為 0，它是為了保證包頭的結合和數據的開始處偏移量能夠被 32整除； 我們前面已經說過有一個 TCB的東西了， TCB 里有存儲了包括發(fā)送方，接收方的套接字，用戶的發(fā)送和接收的緩沖區(qū)指針等變量。除了這些還有一些變量和發(fā)送接收序列號有關： 發(fā)送序列變量 發(fā)送未確認 發(fā)送下一個 發(fā)送窗口 發(fā)送優(yōu)先指針 用于最后窗口更新的段序列號 用于最后窗口更新的段確認號 ISS 初始發(fā)送序列號 接收序列 號 接收下一個 接收下一個 接收優(yōu)先指針 IRS 初始接收序列號 下圖會幫助您了解發(fā)送序列變量間的關系： 當前段變量 段序列號 段確認標記 段長 段窗口 段緊急指針 段優(yōu)先級 連接進程是通過一系列狀態(tài)表示的，這些狀態(tài)有： LISTEN，SYNSENT ， SYNRECEIVED ， ESTABLISHED ， FINWAIT1 ，FINWAIT2， CLOSEWAIT， CLOSING， LASTACK， TIMEWAIT 和 CLOSED。 CLOSED 表示沒有連接，各個狀態(tài)的意義如下 ： LISTEN 偵聽來自遠方 TCP端口的連接請求； SYNSENT 在發(fā)送連接請求后等待匹配的連接請求； SYNRECEIVED 在收到和發(fā)送一個連接請求后等待對連接請求的確認； ESTABLISHED 代表一個打開的連接，數據可以傳送給用戶； FINWAIT1 等待遠程 TCP 的連接中斷請求，或先前的連接中斷請求的確認； FINWAIT2 從遠程 TCP等待連接中斷請求； CLOSEWAIT 等待從本地用戶發(fā)來的連接中斷請求； CLOSING 等待遠程 TCP對連接中斷的確認； LASTACK 等待原來發(fā)向遠程 TCP的連接中斷請求的確認； TIMEWAIT 等待足夠的時間以確保遠程 TCP接收到連接中斷請求的確認； CLOSED 沒有任何連接狀態(tài)； TCP連接過程是狀態(tài)的轉換，促使發(fā)生狀態(tài)轉換的是用戶調用：OPEN， SEND， RECEIVE， CLOSE， ABORT 和 STATUS；傳送過來的數據段，特別那些包括以下標記的數據段 SYN， ACK， RST 和 FIN；還有超時，上面所說的都會時 TCP狀態(tài)發(fā)生變化。 下面的圖表示了 TCP狀態(tài)的轉換，但這圖中 沒有包括錯誤的情況和錯誤處理，不要把這幅圖看成是總說明了。 序列號 請注意，我們在 TCP連接中發(fā)送的字節(jié)都有一個序列號。因為編了號，所以可以確認它們的收到。對序列號的確認是累積性的，也就是說，如果用戶收到對 X 的確認信息，這表示在 X 以前的數據（不包括 X）都收到了。在每個段中字節(jié)是這樣安排的：第一個字節(jié)在包頭后面，按這個順 序排列。我們需要認記實際的序列空間是有限的，雖然很大，但是還是有限的，它的范圍是 0到 2 的 32 次方減 1。我想熟悉編程的一定知道為什么要在計算兩個段是不是相繼的時候要使用 2 的 32 次方為模了。 TCP 必須進行的序列號比較操作種類包括以下幾種： (a) 決定一些發(fā)送了的但未確認的序列號； (b) 決定所有的序列號都已經收到了； (c) 決定下一個段中應該包括的序列號。 對于發(fā)送的數據 TCP要接收確認，處理確認時必須進行下面的比較操作： = 最老的確認了的序列號； = 下一個要發(fā)送的序 列號； = 接收 TCP 的確認，接收 TCP期待的下一個序列號； = 一個數據段的第一個序列號； = 數據段中包括的字節(jié)數； + = 數據段的最后一個序列號。 請注意下面的關系： = 如果一個數據段的序列號小于等于確認號的值，那么整個數據段就被確認了。而在接收數據時下面的比較操作是必須的： = 期待的序列號和接收窗口的最低沿； + = 最后一個序列號和接收窗口的最高沿； = 接收到的第一個序列號； + = 接收到的最后一個序列號； 上面幾個量有如下關系： = + 或 = + + 測試的第一部分是檢查數據段的開始部分是否在接收窗口中，第二部分是檢查數據段的結束部分是否也在接收窗口內；上面兩個檢查通過任何一個就說明它包括窗口要求的數據。實 際中的情況會更復雜一些，因為有零窗口和零數據段長，因此我們有下面四種情況： 段長度 接收窗口 測試 0 0 = 0 0 = + 0 0 不可接受 0 0 = + 或 = + + 請注意接收窗口的大小可以為零，在窗口為零時它只用來接收 ACK信息，因此對 于一個 TCP 來說，它可以使用零大小窗口在發(fā)送數