TCP/IP基础 TCP/IP 简介

TCP/IP 的起源历史
早期的电脑﹐并非如我们日常生活中见到的个人 PC 那样细小﹔它们大都是以一个集中的中央运算系统﹐用一定的线路与终端系统(输入输出设备)连接起来。这样的一个连接系统﹐就是网路的最初出现形式。 
各个网路都使用自己的一套规则协定﹐可以说是相互独立的。
在 1969 年﹐为美苏冷战期间﹐美国政府机构试图发展出一套机制﹐用来连接各个离散的网路系统﹐以应付战争危机的需求。这个计划﹐就是由美国国防部委托 Advanced Research Project Agency 发展的 ARPANET 网路系统﹐研究当部份电脑网路遭到工具而瘫痪后﹐是否能够透过其他未瘫痪的线路来传送资料。
ARPANET 的构想和原理﹐除了研发出一套可靠的资料通讯技术外﹐还同时要兼顾跨平台作业。后来﹐ARPANET 的实验非常成功﹐从而奠定了今日的网际网路模式﹐它包括了一组电脑通讯细节的网路标准﹐以及一组用来连接网路和选择网路交通路径的协定﹐就是大名鼎鼎的 TCP/IP 网际网路协定。 时至 1983 年﹐美国国防部下令用于连接长距离的网路的电话都必须适应 TCP/IP﹐同时 Defense Communication Agency (DCA) 将 ARPANET (Advanced Research Projects Agency Net)分成两个独立的网路﹕一个用于研究用途﹐依然叫做 ARPANET﹔另一个用于军事通讯﹐则称为 MILNET (Military Network)。
ARPA 后来发展出一个便宜版本﹐以鼓励大学和研究人员来采用它的协定﹐其时正适逢大部份大学电脑学系的 UNIX 系统需要连接它们的区域网路。由于 UNIX 系统上面研究出来的许多抽象概念与 TCP/IP 的特性有非常高度的吻合﹐再加上设计上的公开性﹐而导致其它组织也纷纷使用 TCP/IP 协定。从 1985 年开始﹐TCP/IP 网路迅速扩展至美国﹑欧洲好几百个大学﹑政府机构﹑研究实验室。它的发展大大超过了人们的预期﹐而且每年以超过 15% 的速度成长﹐到了 1994 年﹐使用 TCP/IP 协定的电脑已经超过三百万台之多。及后数年﹐由于 Internet 的爆炸性成长﹐TCP/IP 协定已经成为无人不知﹑无人不用的电脑网路协定了。
TCP/IP 之标准制定
虽然 ARPA 计划从 1970 年就开始发展交换网路技术﹐到了 1979 年 ARPA 组织了一个委员会叫做 Initernet Control and Configuration Board (ICCB)﹐但事实上 TCP/IP 协定并不属于某一特定厂商和机构。它的标准是由 Internet Architecture Board (IAB) 所制定的。IAB 目前从属于 The Internet Society (ISOC)﹐专门在技术上作监控及协调﹐且负责最终端评估及科技监控。
IAB 组织除了自身的委员会之外﹐它主要包含两个主要团体﹕InternetResearch Task Force (IRTF) ﹐和 Internet Engineering Task Force (IETF)。这两个团体的职能各有不同﹐IRTF 主要致力于短期和中期的难题﹔而 IETF 则着重处理单一的特别事件﹐其下又分出许多不同题目的成员与工作小组﹐各自从事不同的研究项目﹐研发出网际网路的标准与规格。
由于 TCP/IP 技术的公开性﹐它不属于任何厂商或专业协会所有﹐因此关于它的相关资讯﹐是由一个叫 Internet Network Information Center (INTERNIC) 来维护和发表﹐以及处理许多网路管理细节(如 DNS 等)。TCP/IP 的标准大部份都以 Request For Comment (RFC) 技术报告的形式公开。RFC 文件包含了所有 TCP/IP 协定标准﹐以及其最新版本。RFC 所涵盖的内容和细节非常广﹐也可以为新协定的标准和计划﹐但不能以学术研究论文的方式来编辑。RFC 有许多有趣且实用的资讯﹐并非仅限于正式的数据通讯协定规范而已。
RFC 在全世界很多地方都有它的复制文件﹐可以轻易透过电子邮件﹑FTP 等方式从网际网路取得。例如﹐您可以可以用 guest 的身份 FTP 至 ds.internic 或 ftp://nic.merit.edu/internet/documents/rfc/ 下载相关的 RFC 文件。 RFC 是依据其所写的时间顺序来编号的﹐不过 RFC1000 这份文件﹐可以用来做 RFC 文件的指引﹐却是一个不错的起始点。阅读及研究 RFC﹐恐怕是每一个网络系统管理员必不可少的题目了吧。
TCP/IP 的应用
TCP/IP 可以用在任何互连网路上的通讯﹐其可行性在许多地方都已经得到证实﹐包括了家庭﹑校园﹑公司以及全球 61 个国家实验室。例如在美国就有 National Science Foundation (NFS )﹑Department of Energy (DDE)﹑Department of Defense (DOD)﹑Health and Human Services Agency (HHS)﹐以及 National Aeronautics and Space Administration (NASA)﹐等大机构投注了相当大的资源来开发和应用 TCP/IP 网路。
这些技术的应用﹐让所有与网路相连的研究人员能够和全世界的同僚们共同分享资料和研究成果﹐感觉就像隔壁一样。网路证明了 TCP/IP 的可行性和它优秀的整合性﹐使之能适应各种不同的现行网路技术。对今天的网路发展局面来说﹐TCP/IP 的实作可以说是一个卓越的成就。
TCP/IP 协定不仅成功的连接了不同网路﹐而且许多应用程式和概念也是完全以 TCP/IP 协定为基础发展出来，从而让不同的厂商能够忽略硬体结构开发出共同的应用程式﹐例如今天应用广泛的 WWW﹑E-MAIL﹑FTP﹑DNS 服务等等。
TCP/IP 的特性
对于一个电子邮件的使用者来说﹐他无需透彻了解 TCP/IP 这个协定﹔但对于 TCP/IP 程式人员和网路管理人员来说﹐TCP/IP 的一些特性却是不能忽略的﹕
· Connectionless Packet Delivery Service
它是其它网路服务的基础﹐几乎所有封包交换网路都提供这种服务。TCP/IP 是根据信息中所含的位址资料来进行资料传送﹐它不能确保每个独立路由的封包是可靠和依序的送达目的地。在每一个连线过程中﹐线路都不是被“独占”的﹐而是直接映对到硬体位址上﹐因此特别有效。更重要的是﹐此种封包交换方式的传送﹐使得 TCP/IP 能适应各种不同的网路硬体。
· Reliable Stream Transport Service
因为封包交换并不能确保每一个封包的可靠性﹐因此我们就需要通讯软体来自动侦测和修复传送过程中可能出现的错误﹐和处理不良的封包。这种服务就是用来确保电脑程式之间能够建立连接和传送大量资料。关键的技术是将资料流进行切割﹐然后编号传送﹐然后透过接收方的确认(acknowledgement)来保证资料的完整性。
· Network Technology Independent
在封包交换技术中﹐TCP/IP 是独立与硬体之上的。TCP/IP 有自己的一套资料包规则和定义﹐能应用在不同的网路之上。
· Universal Interconnection
只要电脑用 TCP/IP 连接网路﹐都将获得一个独一无二的识别位址。资料包在交换的过程中﹐是以位址资料为依据的﹐不管封包所经过的路由之选择如何﹐资料都能被送达指定的位址。
· End-to-End Acknowledgements
TCP/IP 的确认模式是以“端到端”进行的。这样就无需理会封包交换过程中所参与的其它设备﹐发送端和接收端能相互确认才是我们关心得。
· Application Protocol Standards
TCP/IP 除了提供基础的传送服务﹐它还提供许多一般应用标准﹐让程式设计人员更有标准可依﹐而且也节省了许多不必要的重复开发。
正式由于 TCP/IP 具备了以上那些有利特性﹐才使得它在众多的网路连接协定中脱颖而出﹐成为大家喜爱和愿意遵守的标准。
TCP/IP 在网路中所扮演的角色
TCP/IP 的全称是 Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP)﹐当初是用来配合 ARPANET 来处理不同硬体之间的连接问题的﹐比如Sun系统和Mainframe﹑Mainframe和个人电脑之间的连接。
Internet Protocol (IP) 工作于网路层﹐它提供了一套标准让不同的网路有规则可循﹐当然﹐前提是您想使用 IP 从一个网路将封包路由到另一个网路。IP 在设计上是用来在 LAN 和 LAN 及 P C 和 PC 之间进行传输﹐每一台 PC 或每一个 LAN﹐都可以由一组 IP 位址来区分。一个 IP 位址的格式是四个用小数点( . ) 分隔开来的十进位数字﹐每各数值介乎于 0 到 255 之间。实实上，每一组数字﹐在 IP 位址中是以 “Octet”的格式承现的，也就是完整的 8 个 bit 。我们会在后面的「网际网路层」中详细讲解 IP 位址的所包含的信息和功用。
您可以把 IP 看成是游戏规则﹐而 TCP 则用来诠释这些规则的﹐更准确来说﹐TCP 在 IP 的基础之上﹐解释了参与通讯的双方是如何透过 IP 进行资料传送的。TCP 提供了一套协定﹐能够将电脑之间使用的资料透过网路相互传送﹐同时也提供一套机制来确保资料传送的准确性和连续性。
虽然 TCP/IP 原先是专门为几所大学和机构的使用而设计的﹐但现在TCP/IP已经成为最流行的通讯协定了﹐我们使用的Internet就是用TCP/IP来传送封包的。
　
习题﹕
1. 简单描述 TCP/IP 协定的起源。
2. 制定 TCP/IP 标准的机构有哪些﹖
3. RFC 的全称是什么﹖有何作用﹖请尝试到 Internet 上下载 RFC 资料。
4. 简述 TCP/IP 协定的特性。
5. TCP 和 IP 各代表什么协定﹖它们的功能是什么﹖