TCPIP網絡簡述

魏銘　王明月　張德慧

摘 要：隨著信息技術迅速的發展普及，網絡已經融入我們社會的方方面面，給我們的日常生活帶來了極大便利，豐富了我們的世界。我國的互聯網技術發展取得顯著成就，它與我們息息相關。本文介紹了TCP/IP，簡述了其體系及路由這一重要功能。

關鍵詞：TCP/IP 路由

一、TCP/IP協議體系

1、定義：TCP/IP協議為傳輸控制協議/因特網互聯協議，又名網絡通訊協議，是Internet最基本的協議、Internet國際互聯網絡的基礎，由網絡層的IP協議和傳輸層的TCP協議組成。TCP/IP 定義了電子設備如何連入因特網，以及數據如何在它們之間傳輸的標準。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協議來完成自己的需求。通俗而言：TCP負責發現傳輸的問題，一有問題就發出信號，要求重新傳輸，直到所有數據安全正確地傳輸到目的地。而IP是給因特網的每一臺聯網設備規定一個地址。

2、協議體系：

TCP/IP是一個四層的體系機構，應用層、運輸層、網際層和網絡接口層。從實質上講，TCP/IP只有最上面的三層，最下面的網絡接口層并沒有什么具體內容。因此往往采取折中的辦法，即綜合OSI和TCP/P的優點，采用一種只有五層協議的體系結構，這樣既簡潔又能將概念闡述清楚。

（1）應用層：應用層是體系結構中的最高層。應用層的任務是通過應用進程間的交互來完成特定網絡應用。應用層協議定義的是應用進程間通信和交互的規則，這里的進程就是指主機中正在運行的程序，對于不同的網絡應用需要有不同的應用層協議。在互聯網中的應用層協議很多，如支持萬維網應用的HTTP協議，支持電子郵件的SMTP協議，支持文件傳送的FTP協議等等。我們將應用層交互的數據單元稱為報文。

（2）運輸層：運輸層的任務就是負責向兩臺主機中進程之間的通信提供通用的數據傳輸服務。應用進程利用該服務傳送應用層報文。“通用的”是指并不針對某個特定網絡應用，而是多種應用可以使用同一個運輸層服務。由于一臺主機可同時運行多個進程，因此運輸層有復用和分用的功能。復用就是多個應用層進程可同時使用下面運輸層的服務；分用和復用相反，是運輸層把收到的信息分別交付上面應用層中的相應進程運輸層主要使用以下兩種協議：傳輸控制協議TCP：提供面向連接的、可靠的數據傳輸服務，其數據傳輸的單位是報文段。用戶數據報協議UDP：提供無連接的、盡最大努力的數據傳輸服務（不保證數據傳輸的可靠性），其數據傳輸的單位是用戶數據報。

（3）網絡層：網絡層負責為分組交換網上的不同主機提供通信服務。在發送數據時，網絡層把運輸層產生的報文段或用戶數據報封裝成分組或包進行傳送。在TCP/P體系中，由于網絡層使用IP協議，因此分組也叫做IP數據報或簡稱為數據報。網絡層的另一個任務就是要選擇合適的路由，使源主機運輸層所傳下來的分組，能夠通過網絡中的路由器找到目的主機。互聯網是由大量的異構網絡通過路由器相互連接起來的，互聯網主要的網絡層協議是無連接的網際協IP和許多種路由選擇協議，因此互聯網的網絡層也叫做網際層或IP層。

（4）數據鏈路層： 數據鏈路層常簡稱為鏈路層。兩臺主機之間的數據傳輸，總是在一段一段的鏈路上傳送的，這就需要使用專門的鏈路層的協議。在兩個相鄰結點之間傳送數據時，數據鏈路層將網絡層交下來的IP數據報組裝成幀，在兩個相鄰結點間的鏈路上傳送幀。每一幀包括數據和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差錯控制等）。在接收數據時，控制信息使接收端能夠知道一個幀從哪個比特開始和到哪個比特結束。這樣，數據鏈路層在收到一個幀后，就可從中提取出數據部分，上交給網絡層。

控制信息還使接收端能夠檢測到所收到的幀中有無差錯。如發現有差錯，數據鏈路層就簡單地丟棄這個出了差錯的幀，以免繼續在網絡中傳送下去白白浪費網絡資源。如果需要改正數據在數據鏈路層傳輸時出現的差錯，那么就要采用可靠傳輸協議來糾正出現的差錯。這種方法會使數據鏈路層的協議復雜些。

（5）物理層：在物理層上所傳數據的單位是比特。發送方發送1（或0）時，接收方應當收到1（或0）而不是0（或1）。因此物理層要考慮用多大的電壓代表“1”或“0”，以及接收方如何識別出發送方所發送的比特。物理層還要確定連接電纜的插頭應當有多少根引腳以及各引腳應如何連接。當然，解釋比特代表的意思，就不是物理層的任務。請注意，傳遞信息所利用的一些物理媒體，如雙絞線、同軸電纜、光纜、無線信道等，并不在物理層協議之內而是在物理層協議的下面。因此也有人把物理媒體當作第0層。

二、TCP/IP路由技術

路由是TCP/IP協議非常重要的功能，也是復雜的TCP/IP協議得以廣泛使用的主要原因。

1、概念：

路由是指把IP數據報從源結點通過通信網絡傳遞到目的結點的傳送過程。

互聯網是由許多利用路由器連接起來的網絡組成的。當數據報需要從源結點發送到目的結點時，它可能要通過許多路由器，直至它到達連接在目的網絡上的路由器為止。路由器從網絡接收數據報并把這個數據報轉發到另一個網絡。一個路由器通常與多個網絡連接，路由功能使 TCP/IP協議完美地適應了連網需求。

可將信息從一地攜帶到另一地的協議稱為可路由協議，IP就是一種可路由協議。路由（選擇）協議允許路由器相互之間共享路徑信息。

2、路由信息協議（RIP）：

（1）概念：是一種使用最廣泛的內部網關協議，屬于網絡層，一種在網關與主機之間交換路由選擇信息的標準。在國家性網絡中如當前的因特網，擁有很多用于整個網絡的路由選擇協議。作為形成網絡的每一個自治系統，都有屬于自己的路由選擇技術，不同的 AS 系統，路由選擇技術也不同。

（2）工作原理：是內部網關協議IGP中最先得到廣泛使用的協議。RIP是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協議，是互聯網的標準協議。RIP協議讓一個自治系統中的所有路由器都和自己的相鄰路由器定期交換路由信息，并更新其路由表，使得從每一個路由器都能找出到每一個目的網絡的最佳下一跳路由器（即到目的網絡的跳數最少）。這里還應注意：雖然所有的路由器最終都擁有了整個自治系統的全局路由信息，但由于每一個路由器的位置不同，它們的路由表當然也應當是不同的。

現在較新的RIP版本是1998年11月公布的RIP2（已成為互聯網標準協議），新版本協議在性能上有些改進。例如，RIP2支持CIDR。RIP協議使用運輸層的用戶數據報UDP進行傳送。

（3）優缺點：RIP協議最大的優點就是實現簡單，開銷較小。但RIP協議的缺點也較多。首先，RIP限制了網絡的規模，它能使用的最大距離為15（16表示不可達）。其次，路由器之間交換的路由信息是路由器中的完整路由表，因而隨著網絡規模的擴大，開銷將增加。最后，在某些情況下，網絡拓撲的變化會使路由表的更新花費較長的時間。

（3）穩定特性： 路由信息協議中指定了一些在網絡拓撲發生快速變化時能使其操作更穩定的特性。DVA路由容易受到路由循環的影響，而這種路由循環主要是由慢速“收斂”所引起的。RP中的DVA穩定特性有助于控制使用DVA路由選擇協議時可能發生的路由循環，這些穩定特性包括跳步數限制、抑制、水平分割及毒素反向更新等。

結束語：這是一個以網絡為核心的信息時代，網絡已經成為信息社會的命脈和發展知識經濟的重要基礎。網絡對社會生活方方面面影響巨大。相信隨著科技發展，網絡技術更加先進，我們的生活將更加多姿多彩。

參考文獻：

[1]謝希仁.計算機網絡簡明教程.電子工業出版社.2017

[2]劉化君.TCP/IP基礎.電子工業出版社.2015