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物联网终端技术研究:TCP/IP网络模型解析

时间:2023-10-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:TCP/IP是Internet上采用的协议,其目前已形成了一个完整的网络协议体系,并且得到了广泛的支持和应用。IP协议IP协议称为Internet协议或网际协议,其工作在TCP协议的下一层(网络层),是TCP/IP的心脏,也是网络层中最主要的协议,它利用一个共同遵守的通信协议,使Internet成为一个允许连接不同类型的计算机和不同操作系统的网络。

物联网终端技术研究:TCP/IP网络模型解析

1.TCP/IP协议

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)是传输控制协议(又称Internet协议)的缩写,实际上是一个很大的协议包(簇),其中包括网络接口层、网际层、传输层和应用层中的很多协议,TCP和IP协议只是其中两个核心协议。

TCP/IP是Internet上采用的协议,其目前已形成了一个完整的网络协议体系,并且得到了广泛的支持和应用。

TCP/IP的基本作用是:要在网络上传输数据信息时:首先,要把数据拆成一些小的数据单元(不超过64kB),其次,加上“包头”做成数据报(段),才交给IP层在网络上陆续地发送和传输。采用这种传输数据方式的计算机网络就称为“分组交换”或“包交换”网络;再次,在通过电信网络进行长距离传输时,为了保证数据传输质量,还要转换数据的格式即拆包或重新打包;最后,到了接收数据的一方,就必须使用相同的协议,逐层拆开原来的数据包,恢复成原来的数据,并加以校验,若发现有错,应要求重发。

(1)TCP协议

计算机网络中非常重要的一层就是传输层,它可以向源主机和目的主机提供端到端的可靠通信。TCP协议是一个面向连接的端到端的全双工通信协议,通信双方需要建立由软件实现的虚连接,它提供了数据分组在传输过程中可靠的并且无差错的通信服务。

TCP协议规定首先要在通信的双方建立一种“连接”,也叫作实现双方的“握手”。建立“连接”的具体方式为呼叫的一方要找到对方,并由对方给出明确的响应,目的是需要确定双方的存在,并确定双方处于正常的工作状态,在整个传递多个数据报的过程中,所发送的每一个数据报都需要接受方给以明确的确认信息,然后才能发送下一个数据报。如果在预定的时间内收不到确认信息的话,发送方会重发信息。正常情况下,数据传送结束后,发送方要发送“结束”信息,“握手”才断开。

这里还要解释一下,“在通信双方建立连接”这句话的含义不是让双方去独占线路,或不是在双方之间搭建一条专线。真正双方独占线路,那是打电话的做法,所以说在计算机网络中,通信双方建立的连接实际上是一种“虚拟”的连接,是由计算机系统中相应软件程序实现的连接。

在计算机网络中,通常把连接在网络上的一台计算机叫作一台“主机”。传输层只能存在于端系统(主机)之中,所以又称为“端到端”层或“主机到主机”层。或者说,只有在作为“源主机”和“目的主机”的计算机上才有传输层,才有传输层的相应程序,才执行传输层的操作。

“全双工”通信指通信的双方主机之间,既可以同时发送信息,又可接收信息。

TCP协议还有一个作用就是保证数据传输的“可靠性”。TCP协议实际上是通过一种称为“进程通信”的方式,在通信的两端(双方)传递信息,以保证发出的数据报不仅都能到达目的地,而且是按照它们发出时的顺序到达的。如果数据报的顺序混乱了,它要负责进行“重新排列”;如果传输过程中,某个数据丢失了或出现了错误,TCP协议就会通知发送端重发该数据报。

(2)IP协议

IP协议称为Internet协议或网际协议,其工作在TCP协议的下一层(网络层),是TCP/IP的心脏,也是网络层中最主要的协议,它利用一个共同遵守的通信协议,使Internet成为一个允许连接不同类型的计算机和不同操作系统的网络。而通信协议规定了通信双方在通信中所应共同遵守的约定,即两台计算机交换信息所使用的共同语言。与此同时,计算机的通信协议精确地定义了计算机在彼此通信过程的所有细节。例如,每台计算机发送信息的格式和含义在什么情况下应发送规定的特别信息,以及接收方的计算机应做出哪些应答等。IP协议提供了能适应各种各样网络硬件的灵活性,对底层网络硬件几乎没有任何要求。任何一个网络都可以使用IP协议加入Internet,在Internet的任何一台计算机上,只要运行IP协议软件,即可以进行交流和通信。

IP协议根据其版本分为IPv4和IPv6。本章主要介绍32位的IPv4。至于128位的IPv6将在有关课程中介绍。

2.TCP/IP体系结构(www.xing528.com)

(1)TCP/IP各层主要功能

网络接口层:定义与物理网络的规范接口,负责接收IP数据报,传递给物理网络。

网际层:主要功能是实现两个不同IP地址的计算机(在Internet上都称为主机)的通信,这两个主机可能位于同一网络或互联的两个不同网络中。具体工作包括形成IP数据报和寻址。如果目的主机不是本网的,就要经路由器予以转发直到目的主机。网际层主要包括4个协议:网际协议(IP)、网际控制报文协议(ICMP),地址解析协议(ARP)、逆向地址解析协议(RARP)。

传输层:提供应用程序间(即端到端)的通信。包括传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。

应用层:支持应用服务,向用户提供了一组常用的应用协议,包括远程登录(Telnet)、文件传送协议(FTP)、平常文件传送协议(TFTP)、简单邮件传输协议(SMTP)、域名系统(DNS)、简单网管协议(SNMP)等。

(2)传输层和网际层的其他协议

①用户数据报协议(UDP)

TCP提供可靠的端到端通信连接,其用于一次传输大批数据的情形(如文件传输、远程登录等),并适用于要求得到响应的应用服务。而UDP提供了无连接通信,且不对传送数据报进行可靠保证,适合于一次传输少量数据(如数据库查询)的场合,其可靠性由其上层应用程序提供。

②网际控制报文协议(ICMP)

作为IP协议的一部分,能使网际上的主机通过相互发送报文来完成数据流量控制、差错控制和状态测试等功能。

③地址解析协议(ARP)和逆向地址解析协议(RARP)

IP地址实际上是在网际范围内标识主机的一种地址,传输报文时还必须知道目的主机在物理网络中的物理地址(MAC地址),ARP协议的功能是实现IP地址到MAC地址的动态转换,RARP协议可以实现MAC地址到IP地址的转化。

与Internet完全连接必须安装TCP/IP协议,安装Windows操作系统时可自动安装TCP/IP协议,每个节点至少需要一个“IP地址”、一个“子网掩码”、一个“默认网关”和一个“DNS服务器IP地址”。可以在“Internet协议(TCP/IP)属性”对话框中手动配置IP地址、子网掩码、默认网关和DNS服务器IP地址。如果本网络内有DHCP(动态主机配置协议)服务器,客户端也可设成自动获取IP地址和自动获取DNS服务器地址。

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