【文章內(nèi)容簡介】 層，每一子層賦予不同的功能。 OSI的另一個(gè)問題是有些功能在不同的層一再出現(xiàn)，如編址、流量控制、糾錯(cuò)等等。有些功能放在那里很難達(dá)成一致意見，如安全性、加密及網(wǎng)絡(luò)管理層很難達(dá)成一致而干脆未包括在內(nèi)。同時(shí) OSI完全忽略了無連接業(yè)務(wù)的相應(yīng)的協(xié)議，而這在 LAN和演播室局域網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用，只是后來才加以補(bǔ)充。另一個(gè)嚴(yán)重問題是 OSI主要考慮通信，而計(jì)算機(jī)世界有相當(dāng)多的不同點(diǎn)。最后在 OSI的實(shí)現(xiàn)和政策上都有一些問題。 我們?cè)賮砜匆幌?TCP/IP參考模型，如圖 1。 可以看到，其中不存在會(huì)晤層和表述層，主要面向連接的網(wǎng)絡(luò)層也被以包交接為基礎(chǔ)的無連接互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層代替，稱為互聯(lián)網(wǎng)層，數(shù)據(jù)鏈路層和物理層也大大簡化為主機(jī)到網(wǎng)絡(luò)層（ HostToNetwork），除了指出主機(jī)必須使用能發(fā)送 IP包的協(xié)議外并不規(guī)定什么。在互聯(lián)網(wǎng)層中定義了包結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的協(xié)議，稱為互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（ IP： Inter Protocol），主要作用是將 IP包送到相應(yīng)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(biāo)設(shè)備相互對(duì)話。 TCP/IP 定義了兩種端到端協(xié)議，第一種是傳輸 控制協(xié)議（ TCP： Transmission Control Protocol），是可靠的面向連接的協(xié)議，能確保拜特流無誤 碼從源設(shè)備傳送到互聯(lián)網(wǎng)中的其他設(shè)備。它將輸入拜特流分割成較小的信息并將其每一個(gè)都放入互聯(lián)網(wǎng)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(jìn)行流量控制，確保較高速的發(fā)送端不會(huì)使較低速的接收設(shè)備過載。第二種協(xié)議是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（ UDP： User Datagram 圖 1 OSI 參考模型和 TCP/IP 參考模型 Protocol），是一個(gè)非確保的無連接協(xié)議，用于那些不需要 TCP順序和流量控制的應(yīng)用，廣泛用于單項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸、服務(wù) 器用戶類型的應(yīng)答應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，即時(shí)傳送比精確傳送更重要，典型的應(yīng)用就是語言和視頻傳輸。 TCP/IP 在網(wǎng)絡(luò)中的地位和作用 TCP/IP 協(xié)議并不完全符合 OSI的七層參考模型。傳統(tǒng)的開放式系統(tǒng)互連參考模型，是一種通信協(xié)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(wù)。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(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)路層、傳輸層、話路層、表示層和應(yīng)用層。而 TCP/IP 通訊協(xié)議采用了4 層的層級(jí)結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的網(wǎng)絡(luò)來完成自己的需求。這 4 層分別 為：應(yīng)用層、傳輸層、互連網(wǎng)絡(luò)層、網(wǎng)絡(luò)接口層。 網(wǎng)際協(xié)議 IP是 TCP/IP的心臟，也是網(wǎng)絡(luò)層中最重要的協(xié)議。IP層接收由更低層（網(wǎng)絡(luò)接口層例如以太網(wǎng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序）發(fā)來的數(shù)據(jù)包，并把該數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包傳送到更低層。IP數(shù)據(jù)包是不可靠的，因?yàn)?IP并沒有做任何事情來確認(rèn)數(shù)據(jù)包是按順序發(fā)送的或者沒有被破壞。 IP數(shù)據(jù)包中含有發(fā)送它的主機(jī)的地址（源地址）和接收它的主機(jī)的地址（目的地址）。 面向連接的服務(wù)（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(xié)議 TCP協(xié)議主為了在主機(jī)間實(shí)現(xiàn)高可靠性的包交換傳輸協(xié)議。因?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代社會(huì)中已經(jīng)是不可缺少的了， TCP協(xié)議主要在網(wǎng)絡(luò)不可靠的時(shí)候完成通信，對(duì)軍方可能特別有用，但是對(duì)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(xié)議。它支持多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。 TCP對(duì)下層服務(wù)沒有多少要求，它假定下層只能提供不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，它可以在多種硬件構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。下面的圖是 TCP在層次式結(jié)構(gòu)中的位置，它的下層是 IP協(xié)議， TCP可以根據(jù) IP協(xié)議提供的服務(wù)傳送大小不定的數(shù)據(jù)， IP協(xié)議負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分段，重組，在多種網(wǎng)絡(luò)中傳送。 TCP 的上面就是應(yīng)用程序，下面是 IP 協(xié)議，上層接口包括一系列類似于操作系統(tǒng)中斷的調(diào)用。對(duì)于上層應(yīng)用程序來說， TCP應(yīng)該能夠異步傳送數(shù)據(jù)。下層接口我們假定為 IP 協(xié)議接口。為了在并不可靠的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)面向連接的可靠的傳送數(shù)據(jù)， TCP必須解 決可靠性，流量控制的問題，必須能夠?yàn)樯蠈討?yīng)用程序提供多個(gè)接口，同時(shí)為多個(gè)應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)，同時(shí) 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(wǎng)絡(luò)環(huán)境包括由網(wǎng)關(guān)（或其它設(shè)備）連接的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)可以是局域網(wǎng)也可以是一些城域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，但無論它們是什么，它們必須是基于包交換的。主機(jī)上不同的協(xié)議有不同的端口號(hào)，一對(duì)進(jìn)程通過這個(gè)端口號(hào)進(jìn)行通信。這個(gè)通信不包括計(jì)算機(jī)內(nèi)的I/O操作，只包括在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行的操作。網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)被看作包傳送的源和目的結(jié)點(diǎn)。特別應(yīng)該注意的是 ：計(jì)算機(jī)中的不同進(jìn)程可能同時(shí)進(jìn)行通信，這時(shí)它們會(huì)用端口號(hào)進(jìn)行區(qū)別，不會(huì)把發(fā)向 A 進(jìn)程的數(shù)據(jù)由 B 進(jìn)程接收的。 進(jìn)程為了傳送數(shù)據(jù)會(huì)調(diào)用 TCP，將數(shù)據(jù)和相應(yīng)的參數(shù)傳送給TCP，于是 TCP 會(huì)將數(shù)據(jù)傳送到目的 TCP 那里，當(dāng)然這是通過將TCP 包打包在 IP 包內(nèi)在網(wǎng)絡(luò)上傳送達(dá)到的。接收方 TCP 在接收到數(shù)據(jù)后會(huì)通信上層應(yīng)用程序， TCP會(huì)保證接收數(shù)據(jù)順序的正確性。雖然下層協(xié)議可能不會(huì)保證順序是正確的。這里需要說明的是網(wǎng)關(guān)在接收到這個(gè)包后，會(huì)將包解開，看看是不是已經(jīng)到目的地了，如果沒有到，應(yīng)該走什么路由達(dá)到目的地，在決定后，網(wǎng)關(guān)會(huì) 根據(jù)下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的協(xié)議情況再次將 TCP包打包傳送，如果需要，還要把這個(gè)包再次分成幾段再傳送。這個(gè)落地檢查的過程是一個(gè)耗時(shí)的過程。從上面，我們可以看出 TCP 傳送的基本過程，當(dāng)然具體過程可能要復(fù)雜得多。 在實(shí)現(xiàn) TCP的主機(jī)上， TCP 可以被看成是一個(gè)模塊，和文件系統(tǒng)區(qū)別不大， TCP也可以調(diào)用一些操作系統(tǒng)的功能， TCP 不直接和網(wǎng)絡(luò)打交道，控制網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)由專門的設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊完成。 TCP只是調(diào)用 IP接口， IP向 TCP 提供所有 TCP需要的服務(wù)。通過下圖我們可以更清楚地看到 TCP協(xié)議的結(jié)構(gòu)。 上面已經(jīng)說過了， TCP連接是可靠的，而且保證了傳送數(shù)據(jù)包的順序，保證順序是用一個(gè)序號(hào)來保證的。響應(yīng)包內(nèi)也包括一個(gè)序列號(hào)，表示接收方準(zhǔn)備好這個(gè)序號(hào)的包。在 TCP傳送一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，它同時(shí)把這個(gè)數(shù)據(jù)包放入重發(fā)隊(duì)列中，同時(shí)啟動(dòng)記數(shù)器，如果收到了關(guān)于這個(gè)包的確認(rèn)信息，將此包從隊(duì)列中刪除，如果計(jì)時(shí)超時(shí)則需要重新發(fā)送此包。請(qǐng)注意，從 TCP返回的確認(rèn)信息并不保證最終接收者接收 到數(shù)據(jù)，這個(gè)責(zé)任由接收方負(fù)責(zé)。 每個(gè)用于傳送 TCP的通道都有一個(gè)端口標(biāo)記，因?yàn)檫@個(gè)標(biāo)記是由每個(gè) TCP終端確定的，因此 TCP 可能不唯一，為了保證這個(gè)數(shù)值的唯一，要使用網(wǎng)絡(luò)地址和端口號(hào)的組合達(dá)到唯一標(biāo)識(shí)的目的，我們稱這個(gè)為了套接字（ Socket），一個(gè)連接由連接兩端的套接字標(biāo)識(shí)，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(shù)建立連接， TCP返回一個(gè)標(biāo)記這個(gè)連接的名稱，以后如果用戶需要使用這個(gè)名稱標(biāo)記這個(gè)連接。為了保存這個(gè)連接的信息，我們假設(shè)有一個(gè)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(gè)連接的建立是主動(dòng)請(qǐng)求還是被動(dòng)等待請(qǐng)求。下面我們要涉及具體的功能了， TCP 段以inter 數(shù)據(jù)報(bào)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(xié)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(dāng) SYN 出現(xiàn)，序列碼實(shí)際上是初始序列碼（ ISN），而第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)是 ISN+1； 確認(rèn)碼： 32 位，如果設(shè)置了 ACK 控制位，這個(gè)值表示一個(gè)準(zhǔn)備接收的包的序列碼； 數(shù)據(jù)偏移量： 4 位，指示何處數(shù)據(jù)開始； 保留： 6 位，這些位必須是 0； 控制位： 6 位； 窗口： 16位； 校驗(yàn)位： 16位； 優(yōu)先指針： 16位，指向后面是優(yōu)先數(shù)據(jù)的字節(jié)； 選項(xiàng)：長度不定；但長度必須以字節(jié)記；選項(xiàng)的具體內(nèi)容我們結(jié)合具體命令來看； 填充：不定長，填充的內(nèi)容 必須為 0，它是為了保證包頭的結(jié)合和數(shù)據(jù)的開始處偏移量能夠被 32整除； 我們前面已經(jīng)說過有一個(gè) TCB的東西了， TCB 里有存儲(chǔ)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(hào)有關(guān)： 發(fā)送序列變量 發(fā)送未確認(rèn) 發(fā)送下一個(gè) 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(hào) 用于最后窗口更新的段確認(rèn)號(hào) ISS 初始發(fā)送序列號(hào) 接收序列 號(hào) 接收下一個(gè) 接收下一個(gè) 接收優(yōu)先指針 IRS 初始接收序列號(hào) 下圖會(huì)幫助您了解發(fā)送序列變量間的關(guān)系： 當(dāng)前段變量 段序列號(hào) 段確認(rèn)標(biāo)記 段長 段窗口 段緊急指針 段優(yōu)先級(jí) 連接進(jìn)程是通過一系列狀態(tài)表示的，這些狀態(tài)有： LISTEN，SYNSENT ， SYNRECEIVED ， ESTABLISHED ， FINWAIT1 ，F(xiàn)INWAIT2， CLOSEWAIT， CLOSING， LASTACK， TIMEWAIT 和 CLOSED。 CLOSED 表示沒有連接，各個(gè)狀態(tài)的意義如下 ： LISTEN 偵聽來自遠(yuǎn)方 TCP端口的連接請(qǐng)求； SYNSENT 在發(fā)送連接請(qǐng)求后等待匹配的連接請(qǐng)求； SYNRECEIVED 在收到和發(fā)送一個(gè)連接請(qǐng)求后等待對(duì)連接請(qǐng)求的確認(rèn)； ESTABLISHED 代表一個(gè)打開的連接，數(shù)據(jù)可以傳送給用戶； FINWAIT1 等待遠(yuǎn)程 TCP 的連接中斷請(qǐng)求，或先前的連接中斷請(qǐng)求的確認(rèn)； FINWAIT2 從遠(yuǎn)程 TCP等待連接中斷請(qǐng)求； CLOSEWAIT 等待從本地用戶發(fā)來的連接中斷請(qǐng)求； CLOSING 等待遠(yuǎn)程 TCP對(duì)連接中斷的確認(rèn)； LASTACK 等待原來發(fā)向遠(yuǎn)程 TCP的連接中斷請(qǐng)求的確認(rèn)； TIMEWAIT 等待足夠的時(shí)間以確保遠(yuǎn)程 TCP接收到連接中斷請(qǐng)求的確認(rèn)； CLOSED 沒有任何連接狀態(tài)； TCP連接過程是狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，促使發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換的是用戶調(diào)用：OPEN， SEND， RECEIVE， CLOSE， ABORT 和 STATUS；傳送過來的數(shù)據(jù)段，特別那些包括以下標(biāo)記的數(shù)據(jù)段 SYN， ACK， RST 和 FIN；還有超時(shí)，上面所說的都會(huì)時(shí) TCP狀態(tài)發(fā)生變化。 下面的圖表示了 TCP狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，但這圖中 沒有包括錯(cuò)誤的情況和錯(cuò)誤處理，不要把這幅圖看成是總說明了。 序列號(hào) 請(qǐng)注意，我們?cè)?TCP連接中發(fā)送的字節(jié)都有一個(gè)序列號(hào)。因?yàn)榫幜颂?hào)，所以可以確認(rèn)它們的收到。對(duì)序列號(hào)的確認(rèn)是累積性的，也就是說，如果用戶收到對(duì) X 的確認(rèn)信息，這表示在 X 以前的數(shù)據(jù)（不包括 X）都收到了。在每個(gè)段中字節(jié)是這樣安排的：第一個(gè)字節(jié)在包頭后面，按這個(gè)順 序排列。我們需要認(rèn)記實(shí)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(jì)算兩個(gè)段是不是相繼的時(shí)候要使用 2 的 32 次方為模了。 TCP 必須進(jìn)行的序列號(hào)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(rèn)的序列號(hào)； (b) 決定所有的序列號(hào)都已經(jīng)收到了； (c) 決定下一個(gè)段中應(yīng)該包括的序列號(hào)。 對(duì)于發(fā)送的數(shù)據(jù) TCP要接收確認(rèn)，處理確認(rèn)時(shí)必須進(jìn)行下面的比較操作： = 最老的確認(rèn)了的序列號(hào)； = 下一個(gè)要發(fā)送的序 列號(hào)； = 接收 TCP 的確認(rèn)，接收 TCP期待的下一個(gè)序列號(hào)； = 一個(gè)數(shù)據(jù)段的第一個(gè)序列號(hào)； = 數(shù)據(jù)段中包括的字節(jié)數(shù)； + = 數(shù)據(jù)段的最后一個(gè)序列號(hào)。 請(qǐng)注意下面的關(guān)系： = 如果一個(gè)數(shù)據(jù)段的序列號(hào)小于等于確認(rèn)號(hào)的值，那么整個(gè)數(shù)據(jù)段就被確認(rèn)了。而在接收數(shù)據(jù)時(shí)下面的比較操作是必須的： = 期待的序列號(hào)和接收窗口的最低沿； + = 最后一個(gè)序列號(hào)和接收窗口的最高沿； = 接收到的第一個(gè)序列號(hào)； + = 接收到的最后一個(gè)序列號(hào)； 上面幾個(gè)量有如下關(guān)系： = + 或 = + + 測(cè)試的第一部分是檢查數(shù)據(jù)段的開始部分是否在接收窗口中，第二部分是檢查數(shù)據(jù)段的結(jié)束部分是否也在接收窗口內(nèi)；上面兩個(gè)檢查通過任何一個(gè)就說明它包括窗口要求的數(shù)據(jù)。實(shí) 際中的情況會(huì)更復(fù)雜一些，因?yàn)橛辛愦翱诤土銛?shù)據(jù)段長，因此我們有下面四種情況： 段長度 接收窗口 測(cè)試 0 0 = 0 0 = + 0 0 不可接受 0 0 = + 或 = + + 請(qǐng)注意接收窗口的大小可以為零，在窗口為零時(shí)它只用來接收 ACK信息，因此對(duì) 于一個(gè) TCP 來說，它可以使用零大小窗口在發(fā)送數(shù)