计算机网络中的TCP/IP协议

简介：

TCP/IP（传输控制协议/互联网协议）是定义用于通过包括互联网在内的计算机网络传输数据的标准的一组通信协议。TCP/IP协议是互联网的基础，使设备能够使用通用语言相互通信。

TCP/IP协议分为两层：传输层和互联网层。传输层负责确保数据从一个设备可靠地传输到另一个设备。该层由两个协议组成：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。TCP用于可靠的数据传输，而UDP用于能够容忍一些数据包丢失的快速数据传输。

互联网层负责在设备之间传输数据包。该层由两个协议组成：因特网协议（IP）和地址解析协议（阿普）。IP负责在设备之间路由数据包，而阿普用于将IP地址映射到物理地址。

TCP/IP还包括许多用于向终端用户提供服务的应用层协议。这些协议包括用于Web浏览的HTTP（超文本传输协议）、用于文件传输的FTP（文件传输协议）和用于电子邮件的SMTP（简单邮件传输协议）等协议。

TCP/IP是传输控制协议/ Internet协议的缩写。它是用于互连Internet上的网络设备的一组约定或规则和方法。互联网协议套件通常被称为TCP/IP，因为套件中的基础协议是传输控制协议和互联网协议。它选择如何通过端到端通信在网络上交易信息，其中包括如何将信息组织成束（数据束），在目标处寻址，发送和接收。该通信协议还可以用于互连诸如内联网或外联网专用网络中的组织设备。

TCP/IP的历史：

美国国防部高级研究计划办公室（DARPA）是美国国防部的调查部门。美国国防部在20世纪70年代推出了TCP/IP协议，用于ARPANET，一个在Web出现之前的广域组织。TCP/IP最初是为Unix工作框架计划的，并且已经被内置到了它之后的所有工作框架中。

TCP/IP的特点：

• 共享数据传输：TCP允许应用程序在网络上创建通信通道。它还允许消息在通过网络传输之前被分成更小的数据包，然后以正确的顺序在目的地址收集。因此，它保证了跨信道的数据可靠传输。
• 互联网协议：IP地址告诉数据包地址和路由，以便它们到达正确的目的地。它包括一种策略，使连接到互联网的门户计算机能够在检查IP地址后安排转发消息。
• 可靠性：TCP最重要的特性是可靠的数据传输。为了提供稳定的质量，TCP必须恢复被损坏的、放错位置的、复制的或传送到排列层之外的信息。
• 多路复用：多路复用可以通过端口的数量来实现。
• 连接：在应用程序表单可以使用TCP发送信息之前，设备必须建立连接。在发送器和收集器设备的港口号码之间进行关联。
• 兼容性：TCP/IP被设计为兼容各种硬件和软件平台。这使得它成为一个通用的协议套件，可以在各种网络环境中使用。
• 可扩展性：TCP/IP具有高度可扩展性，这意味着它可以用于任何规模的网络，从小型家庭网络到大型企业网络。
• 开放标准：TCP/IP基于开放标准，这意味着协议规范是公开可用的，任何人都可以实现。这促进了网络行业的创新和竞争。
• 模块化架构：TCP/IP采用模块化架构设计，这意味着可以根据需要添加或删除不同的协议。这允许网络管理员根据特定需求定制网络。
• 可靠性：TCP/IP具有高度可靠性，内置错误检查和纠正机制，确保数据传输准确可靠。
• 灵活性：TCP/IP是一个灵活的协议套件，可用于广泛的应用，包括Web浏览、电子邮件、文件共享等。
• 端到端连接：TCP/IP提供设备之间的端到端连接，这意味着数据可以直接从源设备传输到目的设备，而无需通过中间设备路由。

TCP/IP层

• 应用层应用层是TCP/IP模型中的最顶层。当一个应用层协议需要与另一个应用层通信时，它将其信息转发到传输层。
• 传输层负责通过网络发送的数据的可靠性、流量控制和纠正。在该层中使用了两种协议，即用户数据报协议和传输控制协议。
• Internet/网络层是TCP/IP模型的第三层，也称为网络层。这一层的主要职责是从任何网络发送数据包，它们到达目的地，而不管它们采取的路由。
• 网络访问层是TCP/IP模型的最低层。它是OSI模型中物理层和数据链路层的结合。它的主要职责是通过同一网络在两个设备之间传输信息。

TCP/ IP是如何工作的？

• TCP/IP采用通信的客户端-服务器演示，其中客户端或机器（客户端）被网络内的另一台计算机（服务器）给予益处（如发送网页）。
• 总的来说，TCP/IP协议套件被归类为无状态，这表明每个客户端请求都被认为是新的，因为它与过去的请求无关。无状态状态释放了网络路径，以便它们可以被持续利用。
• 传输层本身是有状态的。它只传输一条消息，其连接保持打开状态，直到接收到消息中的所有数据包并在目的地重新组装。
• TCP/IP模型不同于在它之后设计的七层开放系统互连（OSI）模型。

TCP/IP的应用/使用

一些实时应用包括：

• 简单邮件传输协议（SMTP）：它有助于将电子邮件发送到另一个电子邮件地址。
• 文件传输协议（FTP）：它用于发送大文件。
• 动态主机配置协议（DHCP）：它分配IP地址。
• Telnet：通过终端应用程序进行的双向文本通信。
• 超文本传输协议（HTTP）：用于传输网页。
• 域名系统（DNS）：它将网站名称转换为IP地址。
• 简单网络时间协议（SNTP）：它向网络设备提供一天中的时间。

TCP/IP的优点

• 这是一个行业标准的演示，可以在常识性的组织问题中有效地部署。
• 它是可互操作的，即，它允许异构网络之间的跨平台通信。
• 这是一个开放的会议套房。它不是由任何特定的既定要求，因此可以由任何个人或组织使用。
• 它可以是通用的，客户端-服务器工程。这允许在不干扰当前服务的情况下包括系统。
• 它为组织中的每台计算机分配一个IP地址，从而使每个设备在整个组织中都是可识别的。它为每个位置分配一个空间标题。它给出了标题并解决了确定管理问题。

TCP/IP的挑战：

• 它本质上不是通用的。因此，它不足以表示TCP/IP套件以外的任何协议栈。对于这种情况，它无法描述蓝牙连接。
• 它没有清楚地隔离服务、接口和协议的概念。因此，描绘现代网络中未使用的进步是不合适的。
• 它不能识别数据链路和物理层之间的关系，而物理层具有非常独特的功能。
• 信息接口层主要负责轮廓信息的传输。另一方面，物理层应该规定传输的物理特性。
• 在这种情况下，传输层模型不保证数据包的传递。
• 安全性：TCP/IP最初是为开放和信任的环境而设计的，因此，它本身并不安全。这导致了一系列安全挑战，包括DDoS攻击、中间人攻击和其他类型的基于网络的攻击。
• 复杂性：TCP/IP协议簇非常复杂，有许多不同的协议和层相互交互。这种复杂性可能会使网络问题的故障排除变得困难，并可能增加错误和错误配置的可能性。
• 可扩展性：虽然TCP/IP是高度可扩展的，但其可扩展性存在限制。随着网络变得越来越大、越来越复杂，管理和优化基于TCP/IP的网络变得越来越困难。
• 拥塞：TCP/IP在设计时没有考虑拥塞管理，这可能导致网络拥塞和数据包丢失等问题。这可能导致网络性能和可靠性降低。
• 遗留系统：TCP/IP基于20世纪70年代和80年代设计的传统技术。虽然该协议多年来一直在更新，但它仍然难以支持现代网络需求，例如实时应用程序，移动的设备和物联网。
• IPv4地址耗尽：IPv4地址空间有限，在许多地区已经耗尽，这导致了IPv6的广泛采用。然而，从IPv4到IPv6的过渡一直很慢，许多网络仍然依赖于IPv4。