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       常用的网络协议
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考试要求:掌握      相关知识点:20个      
        本节主要介绍TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)/IP协议族中的一些主要协议。TCP/IP不是一个简单的协议,而是一组小的、专业化协议。TCP/IP最大的优势之一是其可路由性,这也就意味着它可以携带能被路由器解释的网络编址信息。TCP/IP还具有灵活性,可在多个网络操作系统或网络介质的联合系统中运行。然而由于它的灵活性,TCP/IP需要更多的配置。TCP/IP协议族可被大致分为应用层、传输层、网际层和网络接口层四层,如下图所示。
        
        TCP/IP协议族
        :上图中的分层只是一种“大致”的分法,各种文献的分法略有不同。特别是与OSI/RM层次的对应关系上,也是一种大致的对应关系,而不是严格的对应关系。上图中的虚线表示某个协议是基于哪个低层协议的,例如,TFTP(Trivial File Transfer Protocol,简单文件传输协议)是基于UDP(User Datagram Protocol,用户数据报协议)的,而FTP(File Transport Protocol,文件传输协议)是基于TCP协议的,NFS(Net File System,网络文件系统)即可基于UDP协议来实现,也可基于TCP协议来实现。
               应用层
               TCP/IP的应用层大致对应于OSI/RM模型的应用层和表示层,应用程序通过本层协议利用网络。这些协议主要有FTP、TFTP、HTTP(Hypertext Transfer Protocol,超文本传输协议)、SMTP(Simple Mail Transfer Protocol,简单邮件传输协议)、DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议)、NFS、Telnet(远程登录协议)、DNS(Domain Name System,域名系统)和SNMP(Simple Network Management Protocol,简单网络管理协议)等。
               FTP是网络上两台计算机传送文件的协议,是通过Internet把文件从客户机复制到服务器上的一种途径。
               TFTP是用来在客户机与服务器之间进行简单文件传输的协议,提供不复杂、开销不大的文件传输服务。TFTP协议设计的时候是进行小文件传输的,因此它不具备通常的FTP的许多功能,它只能从文件服务器上获得或写入文件,不能列出目录,也不进行认证。
               HTTP是用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议输。它可以使浏览器更加高效,使网络传输减少。它不仅保证计算机正确快速地传输超文本文档,还确定传输文档中的哪一部分,以及哪部分内容首先显示等。
               SMTP是一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议。SMTP是建模在FTP文件传输服务上的一种邮件服务,主要用于传输系统之间的邮件信息并提供与来信有关的通知。
               DHCP分为两个部分,一个是服务器端,另一个是客户端。所有的IP网络设定数据都由DHCP服务器集中管理,并负责处理客户端的DHCP要求;而客户端则会使用从服务器分配下来的IP环境数据。DHCP通过租约的概念,有效且动态地分配客户端的TCP/IP设定。DHCP分配的IP地址可以分为3种方式,分别是固定分配、动态分配和自动分配。
               NFS是FreeBSD支持的文件系统中的一种,允许一个系统在网络上与他人共享目录和文件。通过使用NFS,用户和程序可以像访问本地文件一样访问远端系统上的文件。
               Telnet是登录和仿真程序,它的基本功能是允许用户登录进入远程主机系统。以前,Telnet是一个将所有用户输入送到远方主机进行处理的简单的终端程序。它的一些较新的版本在本地执行更多的处理,于是可以提供更好的响应,并且减少了通过链路发送到远程主机的信息数量。
               DNS用于命名组织到域层次结构中的计算机和网络服务。在Internet上域名与IP地址之间是一一对应的,域名虽然便于人们记忆,但机器之间只能互相认识IP地址,它们之间的转换工作称为域名解析,域名解析需要由专门的域名解析服务器来完成,DNS就是进行域名解析的服务器。DNS通过对用户友好的名称查找计算机和服务。当用户在浏览器中输入域名时,DNS服务可以将此名称解析为与之相关的其他信息,如IP地址。
               SNMP是为了解决Internet上的路由器管理问题而提出的,指一系列网络管理规范的集合,包括协议本身、数据结构的定义和一些相关概念。目前SNMP已成为网络管理领域中事实上的工业标准,并被广泛支持和应用,大多数网络管理系统和平台都是基于SNMP的。
               传输层
               TCP/IP的传输层大致对应于OSI/RM模型的会话层和传输层,主要包括TCP和UDP,这些协议负责提供流量控制、错误校验和排序服务。所有的服务请求都使用这些协议。
               TCP是整个TCP/IP协议族中最重要的协议之一,它在IP协议提供的不可靠数据服务的基础上,采用了重发技术,为应用程序提供了一个可靠的、面向连接的、全双工的数据传输服务。TCP协议一般用于传输数据量比较少,且对可靠性要求高的场合。
               UDP可以保证应用程序进程间的通信,与同样处在传输层的面向连接的TCP相比较,UDP是一种无连接的协议,它的错误检测功能要弱得多,因此可靠性较差。可以这样说,TCP有助于提供可靠性,而UDP则有助于提高传输的速率。UDP协议一般用于传输数据量大,对可靠性要求不是很高,但要求速度快的场合。
               网际层
               TCP/IP的网际层对应于OSI/RM模型的网络层,包括IP、ICMP(Internet Control Message Protocol,网际控制报文协议)、IGMP(Internet Group Management Protocol,网际组管理协议),以及ARP(Address Resolution Protocol,地址解析协议)和RARP(Reverse Address Resolution Protocol,反向地址解析协议)。这些协议用于处理信息的路由及主机地址解析。
               IP所提供的服务通常被认为是无连接的和不可靠的,因此把差错检测和流量控制之类的服务授权给了其他的各层协议,这正是TCP/IP能够高效率工作的一个重要保证。网际层的功能主要由IP来提供,除了提供端到端的分组分发功能外,IP还提供了很多扩充功能。例如,为了克服数据链路层对帧大小的限制,网络层提供了数据分块和重组功能,这使得很大的IP数据包能以较小的分组在网上传输。
               网际层的另一个重要服务是在互相独立的局域网上建立互联网络,即网际网。网间的报文来往根据它的目的IP地址通过路由器传到另一网络。
               ARP用于动态地完成IP地址向物理地址的转换。物理地址通常是指主机的网卡地址(MAC地址),每一网卡都有唯一的地址;RARP用于动态完成物理地址向IP地址的转换。
               ICMP是一个专门用于发送差错报文的协议,由于IP协议是一种尽力传送的通信协议,即传送的数据可能丢失、重复、延迟或乱序传递,所以IP协议需要一种尽量避免差错并能在发生差错时报告的机制。
               IGMP允许Internet主机参加多播,也即是IP主机用做向相邻多目路由器报告多目组成员的协议。多目路由器是支持组播的路由器,向本地网络发送IGMP查询。主机通过发送IGMP报告来应答查询。组播路由器负责将组播包转发到网络中所有组播成员。
               网络接口层
               TCP/IP的网络接口层大致对应于OSI/RM模型的数据链路层和物理层,TCP/IP协议不包含具体的物理层和数据链路层,只定义了网络接口层作为物理层的接口规范。网络接口层处在TCP/IP协议的最底层,主要负责管理为物理网络准备数据所需的全部服务程序和功能。该层处理数据的格式化并将数据传输到网络电缆,为TCP/IP的实现基础,其中可包含IEEE802.3的CSMA/CD、IEEE802.5的TokenRing等。
               端口
               在TCP/IP网络中,传输层的所有服务都包含端口号,它们可以唯一区分每个数据包包含哪些应用协议。端口系统利用这种信息来区分包中的数据,尤其是端口号使一个接收端计算机系统能够确定它所收到的IP包类型,并把它交给合适的高层软件。
               端口号和设备IP地址的组合通常称作插口(socket)。任何TCP/IP实现所提供的服务都用知名的1~1023之间的端口号。这些知名端口号由Internet号分配机构(Internet Assigned Numbers Authority,IANA)来管理。例如,SMTP所用的TCP端口号是25,POP3所用的TCP端口号是110,DNS所用的UDP端口号为53,WWW服务使用的TCP端口号为80。FTP在客户与服务器的内部建立两条TCP连接,一条是控制连接,端口号为21;另一条是数据连接,端口号为20。
               256~1023之间的端口号通常由Unix系统占用,以提供一些特定的UNIX服务。也就是说,提供一些只有UNIX系统才有的、其他操作系统可能不提供的服务。
               :在实际应用中,用户可以改变服务器上各种服务的保留端口号,但要注意,在需要服务的客户端也要改为同一端口号。
 
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