程式扎記: [網路教學] TCP/IP 基礎 : TCP/IP 簡介

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2010年11月10日 星期三

[網路教學] TCP/IP 基礎 : TCP/IP 簡介

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TCP/IP 的起源歷史 : 
早期的電腦﹐並非如我們日常生活中見到的個人 PC 那樣細小﹔它們大都是以一個集中的中央運算系統﹐用一定的線路與終端系統(輸入輸出設備)連接起來。這樣的一個連接系統﹐就是網路的最初出現形式。各個網路都使用自己的一套規則協定﹐可以說是相互獨立的. 
在 1969 年﹐為美蘇冷戰期間﹐美國政府機構試圖發展出一套機制﹐用來連接各個離散的網路系統﹐以應付戰爭危機的需求。這個計劃﹐就是由美國國防部委託 Advanced Research Project Agency 發展的 ARPANET 網路系統﹐研究當部份電腦網路遭到工具而癱瘓後﹐是否能夠透過其他未癱瘓的線路來傳送資料. 
ARPANET 的構想和原理﹐除了研發出一套可靠的資料通訊技術外﹐還同時要兼顧跨平臺作業。後來﹐ARPANET 的實驗非常成功﹐從而奠定了今日的網際網路模式﹐它包括了一組電腦通訊細節的網路標準﹐以及一組用來連接網路和選擇網路交通路徑的協定﹐就是大名鼎鼎的 TCP/IP 網際網路協定。 時至 1983 年﹐美國國防部下令用於連接長距離的網路的電話都必須適應 TCP/IP﹐同時 Defense Communication Agency (DCA) 將 ARPANET (Advanced Research Projects Agency Net)分成兩個獨立的網路﹕一個用於研究用途﹐依然叫做 ARPANET﹔另一個用於軍事通訊﹐則稱為 MILNET (Military Network). 
ARPA 後來發展出一個開放版本, 以鼓勵大學和研究人員來採用它的協定﹐其時正適逢大部份大學電腦學係的 UNIX 系統需要連接它們的區域網路。由於 UNIX 系統上面研究出來的許多抽象概念與 TCP/IP 的特性有非常高度的吻合﹐再加上設計上的公開性﹐而導致其它組織也紛紛使用 TCP/IP 協定。從 1985 年開始﹐TCP/IP 網路迅速擴展至美國﹑歐洲好幾百個大學﹑政府機構﹑研究實驗室。它的發展大大超過了人們的預期﹐而且每年以超過 15% 的速度成長﹐到了 1994 年﹐使用 TCP/IP 協定的電腦已經超過三百萬台之多。及後數年﹐由於 Internet 的爆炸性成長﹐TCP/IP 協定已經成為無人不知﹑無人不用的電腦網路協定了. 

TCP/IP 之標準制定 : 
雖然 ARPA 計劃從 1970 年就開始發展交換網路技術﹐到了 1979 年 ARPA 組織了一個委員會叫做 Initernet Control and Configuration Board (ICCB)﹐但事實上 TCP/IP 協定並不屬於某一特定廠商和機構。它的標準是由 Internet Architecture Board (IAB) 所制定的。IAB 目前從屬於 The Internet Society (ISOC)﹐專門在技術上作監控及協調﹐且負責最終端評估及科技監控。 
IAB 組織除了自身的委員會之外﹐它主要包含兩個主要團體﹕InternetResearch Task Force (IRTF) ﹐和 Internet Engineering Task Force (IETF)。這兩個團體的職能各有不同﹐IRTF 主要致力於短期和中期的難題﹔而 IETF 則著重處理單一的特別事件﹐其下又分出許多不同題目的成員與工作小組﹐各自從事不同的研究項目﹐研發出網際網路的標準與規格. 
由於 TCP/IP 技術的公開性﹐它不屬於任何廠商或專業協會所有﹐因此關於它的相關資訊﹐是由一個叫 Internet Network Information Center (INTERNIC) 來維護和發表﹐以及處理許多網路管理細節(如 DNS 等)。TCP/IP 的標準大部份都以 Request For Comment (RFC) 技術報告的形式公開。RFC 文件包含了所有 TCP/IP 協定標準﹐以及其最新版本。RFC 所涵蓋的內容和細節非常廣﹐也可以為新協定的標準和計劃﹐但不能以學術研究論文的方式來編輯。RFC 有許多有趣且實用的資訊﹐並非僅限於正式的數據通訊協定規範而已. RFC 在全世界很多地方都有它的複製文件﹐可以輕易透過電子郵件﹑FTP 等方式從網際網路取得. (RFC Database) 
RFC 是依據其所寫的時間順序來編號的﹐不過 RFC1000 這份文件﹐可以用來做 RFC 文件的指引﹐卻是一個不錯的起始點。閱讀及研究 RFC﹐恐怕是每一個網絡系統管理員必不可少的題目了吧.

TCP/IP 的應用 : 
TCP/IP 可以用在任何互連網路上的通訊﹐其可行性在許多地方都已經得到證實﹐包括了家庭﹑校園﹑公司以及全球 61 個國家實驗室。例如在美國就有 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)﹐等大機構投注了相當大的資源來開發和應用 TCP/IP 網路. 
這些技術的應用﹐讓所有與網路相連的研究人員能夠和全世界的同僚們共同分享資料和研究成果﹐感覺就像隔壁一樣。網路證明了 TCP/IP 的可行性和它優秀的整合性﹐使之能適應各種不同的現行網路技術。對今天的網路發展局面來說﹐TCP/IP 的實作可以說是一個卓越的成就. 
TCP/IP 協定不僅成功的連接了不同網路﹐而且許多應用程式和概念也是完全以 TCP/IP 協定為基礎發展出來,從而讓不同的廠商能夠忽略硬體結構開發出共同的應用程式﹐例如今天應用廣泛的 WWW﹑E-MAIL﹑FTP﹑DNS 服務等等. 

TCP/IP 的特性 : 
對於一個電子郵件的使用者來說﹐他無需透徹了解 TCP/IP 這個協定﹔但對於 TCP/IP 程式人員和網路管理人員來說﹐TCP/IP 的一些特性卻是不能忽略的 : 
* Connectionless Packet Delivery Service 

它是其它網路服務的基礎﹐幾乎所有封包交換網路都提供這種服務。TCP/IP 是根據信息中所含的位址資料來進行資料傳送﹐它不能確保每個獨立路由的封包是可靠和依序的送達目的地。在每一個連線過程中﹐線路都不是被“獨佔”的﹐而是直接映對到硬體位址上﹐因此特別有效。更重要的是﹐此種封包交換方式的傳送﹐使得 TCP/IP 能適應各種不同的網路硬體.

* Reliable Stream Transport Service 
因為封包交換並不能確保每一個封包的可靠性, 因此我們就需要通訊軟體來自動偵測和修復傳送過程中可能出現的錯誤﹐和處理不良的封包。這種服務就是用來確保電腦程式之間能夠建立連接和傳送大量資料。關鍵的技術是將資料流進行切割﹐然後編號傳送﹐然後透過接收方的確認(acknowledgement)來保證資料的完整性.

* Network Technology Independent 
在封包交換技術中﹐TCP/IP 是獨立與硬體之上的。TCP/IP 有自己的一套資料包規則和定義﹐能應用在不同的網路之上。

* Universal Interconnection 
只要電腦用 TCP/IP 連接網路﹐都將獲得一個獨一無二的識別位址。資料包在交換的過程中﹐是以位址資料為依據的﹐不管封包所經過的路由之選擇如何﹐資料都能被送達指定的位址。

* End-to-End Acknowledgements 
TCP/IP 的確認模式是以“端到端”進行的。這樣就無需理會封包交換過程中所參與的其它設備﹐發送端和接收端能相互確認才是我們關心得。

* Application Protocol Standards 
TCP/IP 除了提供基礎的傳送服務﹐它還提供許多一般應用標準﹐讓程式設計人員更有標準可依﹐而且也節省了許多不必要的重複開發.

正式由於 TCP/IP 具備了以上那些有利特性﹐才使得它在眾多的網路連接協定中脫穎而出﹐成為大家喜愛和願意遵守的標準. 

TCP/IP 在網路中所扮演的角色 : 
TCP/IP 的全稱是 Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP)﹐當初是用來配合 ARPANET 來處理不同硬體之間的連接問題的﹐比如Sun系統和Mainframe﹑Mainframe和個人電腦之間的連接. 
Internet Protocol (IP) 工作於網路層. 它提供了一套標準讓不同的網路有規則可循﹐當然﹐前提是您想使用 IP 從一個網路將封包路由到另一個網路。IP 在設計上是用來在 LAN 和 LAN 及 P C 和 PC 之間進行傳輸﹐每一台 PC 或每一個 LAN﹐都可以由一組 IP 位址來區分。一個 IP 位址的格式是四個用小數點( . ) 分隔開來的十進位數字﹐每各數值介乎於 0 到 255 之間。實實上,每一組數字﹐在 IP 位址中是以 “Octet”的格式承現的,也就是完整的 8 個 bit 。我們會在後面的「網際網路層」中詳細講解 IP 位址的所包含的信息和功用. 
您可以把 IP 看成是遊戲規則﹐而 TCP 則用來詮釋這些規則的﹐更準確來說﹐TCP 在 IP 的基礎之上﹐解釋了參與通訊的雙方是如何透過 IP 進行資料傳送的。TCP 提供了一套協定﹐能夠將電腦之間使用的資料透過網路相互傳送﹐同時也提供一套機制來確保資料傳送的準確性和連續性. 
雖然 TCP/IP 原先是專門為幾所大學和機構的使用而設計的﹐但現在TCP/IP已經成為最流行的通訊協定了﹐我們使用的Internet就是用TCP/IP來傳送封包的. 

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