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发信人: qyf (奋起), 信区: Visual
标 题: TCP/IP简介
发信站: 荔园晨风BBS站 (Mon Oct 27 11:00:03 2003), 站内信件
1.1 TCP/IP协议的起源和发展
微电子技术、计算机技术、通信技术的迅猛发展，促进了计算机网络的实
现和发展。从1969年第一个分组交换计算机网ARPANET 的出现，随着计算机硬件技
术的飞速发展，计算机硬件价格的急骤下降，至今涌现了许多大型计算机网络，如
由美国NFS 支持设计的计算机科学研究网CSNET 、租用9600 波特速率电话线作传
输介质连接400 多所大学的开放式计算机网络BITNET、为全美医学科学家提供研究
合作环境的斯坦福大学医学实验计算机网SUMEX—AIM、英国的联合科学网JANET 、
台湾学术网络TANET 等。计算机网络的发展为提高信息工业的生产力，提供了一种
全社会的、经济的、快速的存取手段。
这些网络建立的目标是:
1. 网络用户的资源共享（包括软件、硬件、信息等）；
2. 强化网络用户间的合作机会；
3. 加速学术研究成果的传播与流通；
4. 提供对网络技术的研究。
因此，如何实现不同网络及计算机间的互操作成为计算机联网的最关键问
题。经过近二十年的研究，到八十年代末九十年代初，有了肯定的答案：这就是采
用TCP/IP协议。
TCP/IP协议只是众多比较完善的网络协议中的一种。许多其它网络协议，
如Xerox的XNS，DEC的DECNET和IBM的SNA，虽然功能强大且拥有很多用户，但它们
在异种机互联方面功能很弱。国际标准化组织(ISO)为实现计算机网络互联制定了
开放系统互联标准(OSI)，但OSI目前还缺乏足够多的产品支持，而且OSI的许多标
准仍在制定中。于是，在80年代初，人们选择了TCP/IP作为实现异种机互联的工业
标准。这是一个在国际标准ISO/OSI尚未完全被采纳时，用户和厂家共同承认的标
准。
在TCP/IP协议成为工业标准之前，TCP/IP协议经历了近12年的实际测试。
早在70年代中期，为了支持研究工作，美国国防部高级计划署（以下简称高研署）
就开始着手全美范围内异种计算机间的连接。那时，计算机与计算机间的连接使用
的还只是点对点专用线路，计算机与计算机的通讯规约采用的是各厂家自行定义的
专门协议。针对当时的现状，高研署与许多机构共同讨论制订了开放的通信协议标
准，以满足日益迫切的基于异种操作系统的异种网络之间的通讯连接，即TCP/IP开
放协议。
1980年，高研署在它的网络上首先采用TCP/IP协议。随后，又命令它所赞
助的ARPANET网上的计算机都必须遵循TCP/IP协议。1983年1月，ARPANET网向
TCP/IP的转换全部结束。美国国防通信署(Defense Communication Agency, DCA)
将ARPANET分为独立的两部分，一部分仍叫ARPANET，用于进一步的研究工作；另一
部分稍大一些，成为著名的MILNET，用于军方的非机密通讯。为推广TCP/IP协议，
高研署又首先与许多公司达成协议，低价出售TCP/IP的实现，将TCP/IP模块安装
在政府部门通用的计算机操作系统上；并通过资助BBN(Bolt Beranek and Newman,
Inc.)实现用于其UNIX操作系统的TCP/IP协议；还通过资助加州伯克利大学，将
TCP/IP协议融入UNIX BSD，促成TCP/IP与当时多数大学中流行的UNIX BSD的结合。
对于各厂家开发的TCP/IP产品，由于有国防部通信署检查和验证，保证产品符合标
准，具有良好的互操作性，因而极大地推广了TCP/IP的应用。
1983年，伯克利推出内含TCP/IP的第一个UNIX BSD版本，满足了当时许多
大学院系间联网的要求，提供了一种联网的手段，以建立各自的局域网。使得未加
入ARPANET网的用户也可以使用TCP/IP。随着安装UNIX BSD操作系统的SUN工作站的
普及，TCP/IP的需求量迅速增加。UNIX BSD 在网络方面的成功有以下几个原因:首
先，除提供标准的TCP/IP应用程序外，它还支持一组网络服务工具程序
(utilities)。这些工具的调用格式与UNIX命令调用格式相似，深受UNIX用户欢迎
。第二，UNIX BSD提供一种供应用程序访问通信协议的操作系统调用:socket（套
接字）。 socket是一种进程间通信机制，是UNIX输入/输出机制的推广。socket的
出现使程序员可以很方便地访问TCP/IP，从事网络的研究开发工作。第三，UNIX
BSD的开发者在其操作系统中还实现了地址解析协议(ARP)。地址解析协议是
TCP/IP协议集中的一个协议，它能将Ethernet地址映射成Internet地址。
Internet是ARPANET、NFSNET、MILNET等一组网络的集合，它用TCP/IP协议集来实
现一个统一可互操作的网络。这样，便使得TCP/IP和Ethernet紧紧地联系在一起。
现在，Ethernet网成为介质访问的工业标准并日渐流行，也使TCP/IP在当今局域网
上得以流行，成为事实上的工业标准。
随着TCP/IP协议的普及和流行，今天，对TCP/IP的支持又出现了一些新的
趋势，即许多外部设备安装有TCP/IP软件并通过网络直接与UNIX 主机通信，达到
资源共享的目的。这一趋势是用户对网络需求的增加和TCP/IP日益流行的结果。
人们一致认为，随着计算机网络和通信技术的不断发展，今后的计算机网
络标准必将是ISO/OSI。但由于OSI推出的时间短、产品少，目前还不能取代
TCP/IP。面对这种情况，TCP/IP将会有什么样的发展呢？
首先，应充实TCP/IP的上层协议，如网络管理、多媒体通信等。与TCP/IP
相比，OSI的应用层协议功能更为丰富，但它还不能覆盖所有应用。因此，可开发
具有TCP/IP自身特点的应用层协议。
其次，支持TCP/IP向外部设备的扩充，研制在外部设备上容易实现该协议
的方法。
第三，与OSI结合，有效地利用OSI的服务，为OSI高层协议提供接口，从而
保护现有投资，实现从TCP/IP向OSI的平滑过渡。
总之，当前采用TCP/IP实现异种机联网没有任何异议。今后，即使OSI取代
TCP/IP，由于TCP/IP庞大的装机量，会迫使厂家提供由TCP/IP向OSI过渡的策略。
1.2 TCP/IP的体系结构和特点
TCP/IP协议实际上就是在物理网上的一组完整的网络协议。用与OSI同样的
层次模型来描述TCP/IP网络协议组，则TCP是提供传输层服务，而IP是提供网络层
服务。此外，由于TCP/IP是一组协议的代名词，所以它还包含许多别的协议 ，其
层次结构图见图1.1：
Hardware Interface相当于OSI的第1-2层，表示TCP/IP的实现基础，如
Ethernet、Token Ring、Token Bus等；
IP、ARP、RARP、ICMP相当于OSI第3层，其中：
IP
网间协议(Internet Protocol)。负责主机间数据的路由和网络上数据的存储。同
时为ICMP、TCP、UDP提供分组发送服务。用户进程通常不需要涉及这一层。
ARP
地址解析协议(Address Resolution Protocol)。此协议将网络地址映射到硬件地
址。
RARP
反向地址解析协议(Reverse Address Resolution Protocol)。此协议将硬件地址
映射到网络地址。
ICMP
网间报文控制协议(Internet Control Message Protocol)。此协议处理信关和主
机间的差错和传送控制。ICMP报文使用IP数据报进行传送，这些报文通常由
TCP/IP网络软件本身来保证正确性。
TCP、UDP相当于OSI第4层，其中：
TCP
传送控制协议（Transmission Control Protocol)。这是一种提供给用户进程的
可靠的全双工字节流面向连接的协议。它要为用户进程提供虚电路服务，并为数据
可靠传输建立检查。大多数网络用户程序使用TCP。
UDP
用户数据报协议(User Datagram Protocol)。这是提供给用户进程的无连接协议
，用于传送数据而不执行正确性检查。
FTP、SMTP、TELNET、TFTP、HTTP相当于OSI第5-7层，其中：
FTP
文件传输协议(File Transfer Protocol)。允许用户以文件操作的方式(文件的增
、删、改、查、传送等)与另一主机相互通信。
SMTP
简单邮件传送协议(Simple Mail Transfer Protocol)。SMTP协议为系统之间传送
电子邮件。
TELNET
终端协议(Telnet terminal Protocol)。允许用户以虚终端方式访问远程主机。
HTTP
超文本传输协议（HyperText Transfer Protocol）。是环球网WWW的基础，它使
丰富多彩的Internet以简单的方式展现给用户。
TFTP
简单文件传输协议(Trivial File Transfer Protocol)。FTP的一种简化版本。
TCP/IP协议的核心部分是传输层协议（TCP，UDP )、网络层协议（IP）和
物理接口层，这三层通常在操作系统内核中实现。操作系统的内核是不能直接为一
般用户所感受到的。一般用户感受到的只有应用程序（包括系统应用程序），即各
种应用程序构成了操作系统的用户视图。那么应用程序通过什么样的界面与内核打
交道呢？通过的是编程界面（即程序员界面）。各种应用程序，包括系统应用程序
都是在此界面上开发的。编程界面有两种形式，一种是由内核直接提供的系统调用
，一种是以库函数方式提供的各种函数。前者在核内实现，后者在核外实现。因此
，内核中实现TCP/IP协议的操作系统可以叫做TCP/IP操作系统，其核心协议TCP、
UDP、IP等向外提供的只是原始的编程界面，而不是直接的用户服务。用户服务要
靠核外的应用程序。TCP/IP网络环境下的应用程序是通过网络系统编程界面套接字
（socket）实现的。网间应用程序之间的作用方式为客户/服务器模式。TCP/IP协
议核心与应用程序的关系如图1.2：
图1.2 TCP/IP协议核心与应用程序关系图
因此，网络的应用程序也不是能直接与TCP/IP核心打交道，而是与网络应
用编程界面（套接字）打交道，编程界面构成了核心协议的用户视图。TCP/IP核心
协议连同网络物理介质一起，都是提供网络应用程序间相互通信的设施。我们把它
叫做网际网（Internet）设施，该设施比物理通信设施抽象，通用，功能更强。在
多任务分时操作系统中（如UNIX），一个应用程序的一个实例对应于一个进程。因
此网际网设施也就是网络系统中进程间通信的设施。
需要强调的是，TCP/IP协议并没有确切地规定应用程序应该怎样与协议软
件相互作用，也就是说没有对应用程序接口进行标准化，因此在原理上必须区分
TCP/IP协议与接口。本书中讨论的TCP/IP编程界面（socket，Windows Sockets）
源于UNIX操作系统，并已扩展到DOS，Windows操作系统。
1.3 术语
1.3.1 套接字
套接字是从英文单词socket翻译而来，它是网络通信的基本构件。套接字
是可以被命名和寻址的通信端点，使用中的每一个套接字都有其类型和一个与之相
连的进程。
套接字存在于通信区域中。通信区域也叫地址族，它是一个抽象概念，主
要用于将通过套接字通信的进程的共有特性综合在一起。套接字通常只与同一区域
中的套接字交换数据（也有可能跨越区域通信，但这只在执行了某种转换进程后才
能实现）。Windows Sockets只支持一个通信区域：网际域（AF-INET），这个域被
使用网际协议簇通信的进程使用。
套接字都具有类型，它是根据用户可见的通信特征进行分类的。应用程序
被假定为只在同一类型的套接字间通信，不过只要依据的通信协议支持，也完全可
以在不同类型的套接字间通信。Windows Sockets版本1.1支持两种套接字：流套接
字（SOCK_STREAM）和数据报套接字（SOCK_DGRAM）。
1.3.2 Windows Sockets实现
一个Windows Sockets实现是指实现了Windows Sockets规范所描述的全部
功能的一套软件。一般来说，在Windows下实现Windows Sockets功能都是通过DLL
实现的，并且很多实现是纯粹通过DLL实现的，因此，本书中的Windows Sockets实
现的提法可以说等价于Windows Sockets DLL（WINSOCK.DLL）。
Windows Sockets版本1.1的实现必须支持TCP和UDP两种类型的套接字（即
流套接字和数据报套接字），某些实现可能提供原始套接字（或SOCK_RAM类型），
但这不是强制的。原始套接字是不鼓励使用的，应用程序为了兼容性最好不要使用
它们。
1.3.3 阻塞处理例程
阻塞处理例程（Blocking Hook，阻塞钩子）是Windows Sockets实现为了
支持阻塞套接字函数调用而提供的一种机制。对单线程环境下的Windows Sockets
来说，它有一个默认的阻塞处理例程。当应用程序引出一个阻塞的Windows
Sockets API操作时，Windows Sockets实现在让操作等待完成时调用此例程来模拟
阻塞机制。默认的阻塞处理例程只是简单地获取并发送Windows消息，应用程序可
以使用WSASetBlockingHook()函数来安装自己定义的阻塞处理例程，它在函数阻塞
时代替默认的阻塞处理例程执行。
1.3.4 多址广播
多址广播（multicast，也译作多点传送）是一种一对多的传输方式，传输
发起者通过一次传输就将信息传送到一组接收者，与单点传送（unicast）和广播
（broadcast）相对应。
多址广播使用最广泛的是IP multicast，它标准IP网络层协议的扩展，由Steve
Deering定义的Host Extensions for IP Multicasting（RFC 1112）奠定基础。IP
Multicasting的定义为：到一个“主机组”的IP数据报的传送，主机组是由零个
或多个用同一IP目的地址标识的主机集合。Multicast数据报被传递到其目的主机
组的所有成员，并且同常规单点传送的IP数据报一样可靠。主机组的成员是动态的
，也就是说，主机可以在任何时间加入或离开主机组。主机组中成员在位置上和数
量上都没有限制，一个主机可以同时是一个以上主机组的成员。
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与其浑浑噩噩地生，不如轰轰烈烈地死
软件协会欢迎每一位有志献身于民族软件事业发展的同仁加盟。
※ 来源:·荔园晨风BBS站 bbs.szu.edu.cn·[FROM: 192.168.0.182]
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