TCP/IP 協定堆疊 - 翻轉工作室

TCP/IP 網路為提供遠距離之間的網路連結，其網際層採用變異性較高的電報傳輸（Datagram）方式，亦是『網際協定』（Internet Protocol, IP）。

雖然網際層還有若干個通訊軟體 ... 電腦網路與連結技術：第十 三章TCP/IP與Internet連結技術 上一頁    下一頁 13-2TCP/IP 協定堆疊 內容： 13-2-1TCP/IP協定堆疊 13-2-2協定資料單元(PDU)包裝 13-3-3資料名稱與協定定址 一般所說的TCP/IP是指TCP和IP兩個通訊協定，而TCP/IP網路是指ARPANET網路。

目前ARPANET網路與『網際網路』（Internet）已幾乎整合在一起，都以Internet網路為代名詞。

圖13-1為TCP/IP通訊協定的堆疊，我們還是依照傳統OSI參考模式和它比較相關的功能。

基本上，早期ARPANET所訴求的是讓各偏遠地區上的電腦彼此之間能互相連接（軍事用途），至於應用方面則較為簡單的遠端登入、電子郵遞和檔案傳送等等。

因此，ARPANET網路早期並沒有提供較複雜的使用環境，在應用層方面也沒有再細分表現層和交談層。

Internet網路也沿用ARPANET架構，在通訊協定方面只區分為四個層次。

但隨著Internet網路的應用逐漸複雜，標準化的資料表示（如加密、壓縮等）是否有需要（表現層功能），或異質電腦的程序之間的對談（多方通訊）標準是否有需要制定（交談層功能），也漸漸在Internet網路中蘊釀著。

圖13-1TCP/IP 協定堆疊 13-2-1TCP/IP 協定堆疊         在TCP/IP 協定堆疊中，區分為四個層次，各個層次功能如下： (A)應用層（ApplicationLayer） 簡單的說，應用層就是在網路上所開發的應用軟體。

隨著網路的發展，應用軟體的開發愈來愈多，應用層也就愈來愈豐富，延伸出許多新的網路軟體技術。

雖然TCP/IP網路沒有另外區分表現層和交談層，並不表示沒有提供這方面的服務，只是沒有提供這兩個層次的標準介面。

儘管它減少開發軟體的方便性，但也促進新技術的發展。

以下列出在TCP/IP網路上較常見的應用軟體：（有關應用層的相關技術請參考本書第六章） (1)FTP（FileTransferProtocol）：遠端檔案傳輸協定，透過FTP可和不同地區的異質電腦之間檔案互相傳送。

(2)SMTP（SimpleMailTransferProtocol）：簡易郵件傳輸協定。

在各個電子郵件伺服器之間郵件傳輸的協定，使用者可透過SMTP傳送郵件。

(3)HTTP（HyperTextTransferProtocol）：超文件傳輸協定。

使用者（瀏覽器）和網頁伺服器器（WebServer）之間超文件（文字、聲音、圖片、影像等）的傳輸協定。

(4)DNS（DomainNameServer）：將主機名稱和IP位址之間的轉換。

(B)傳輸層（TransportLayer） 傳輸層如同OSI參考模式的第四層（請參考本書第五章）。

基本上，傳輸層是提供可靠性連線服務（TCP），但也提供非連接方式（UDP）的傳輸，以作為一般網路管理或快速資料傳輸之連線使用。

兩個主要通訊軟體說明如下： (1)TCP（TransmissionControlProtocol）：傳輸控制協定。

提供連接導向（Connection-oriented）程序（Process）之間的可靠性（Reliable）連線服務。

TCP提供標準傳輸介面，讓不同電腦之間可以連線。

(2)UDP（UserDatagramProtocol）：使用者電報傳輸協定。

提供非連接服務（Connectionless）的使用者（或程序）之間連線。

類似TCP服務但為不可靠性（Unreliable）連線。

(C)網際層（InternetLayer） 網際層（InternetLayer）相當於OSI參考模式的網路層（請參考本書第四章）。

TCP/IP網路為提供遠距離之間的網路連結，其網際層採用變異性較高的電報傳輸（Datagram）方式，亦是『網際協定』（InternetProtocol,IP）。

雖然網際層還有若干個通訊軟體（ICMP、IGMP等），但都包裝在IP封包內，以IP方式傳輸（Datagram）。

以下介紹幾個較重要的通訊軟體： (1)IP（InternetProtocol）：提供網路之間的路徑選擇協定。

遠端電腦之間可透過IP協定尋找出對方位址，並能互相連接在一起。

(2)ICMP（InternetControlMessageProtocol）：網際控制訊息協定。

網路之間互相傳送網路狀況的資料格式，以及回報方式的協定。

使用者可利用ICMP查詢網路狀況（網路負載情況或斷路等等）。

(3)ARP（AddressResolutionProtocol）：位址解析協定。

某部電腦可透過ARP協定以對方（使用者）的網路位址（IP位址），來查問其網路介面卡位址（Ethernet位址）。

(4)RARP（ReverseAddressResolutionProtocol）：反向位址解析協定。

使用者透過RARP協定以本身的網路介面卡位址（Ethernet位址），向網路上其他電腦（如名稱伺服器）詢問本身的網路位址（IP位址） (D)網路存取層（NetworkAccessLayer） 網路存取層相當於OSI參考模式中的第一、二層，TCP/IP網路並未對它提出特殊標準，因此未再細分層次。

媒介存取層大多是沿用現有的網路介面存取方式，在區域網路方面以IEEE802系列為主，如Ethernet、Token-Ring、FDDI等。

廣域網路方面，早期有PPP、SLIP等通訊協定，目前為要求更高的傳輸速度，即有ATM網路中的IPoverATM或ADSL、CableModem等標準介面被製定出來。

13-2-2協定資料單元包裝 TCP/IP協定堆疊的特性如同OSI參考模式一樣，各個層次之間也具有隔離性和獨立性。

上下層之間的『協定資料單元』（ProtocolDataUnit,PDU）經過『包裝』（Encapsulation）（傳送端）和『拆裝』（Decapsulation）（接收端），控制訊息（通訊協定）包裝在『協定標頭』（Protocolheader）上。

如圖13-2中，傳送端（User_A）發送一個訊息經由應用層加入AH的協定前頭，再經過傳輸層加入TH包裝成為TL-PDU，再傳送給網際層。

接收端依反方向拆裝，網際層接收到IL-PDU拆解出IH協定標頭，得到傳送端給予有關網際層的控制訊息，再將TL-PDU傳送給傳輸層，依此類推，各層次之間的通訊協定就如此構成。

路由器（Router_X和Router_Y）只負責封包路徑之尋找及轉送，因此只提供到網際層（InternetLayer）的服務，對於PDU的拆裝和解裝也只有到網際層。

圖13-2TCP/IP之協定資料單元的包裝 13-2-3資料名稱及協定定址 在OSI參考模式之中各個層次的資料都稱為『協定資料單元』（ProtocolDataUnit,PDU），如傳輸層（TransportLayer）的資料就稱為TL-PDU。

同樣的，TCP/IP協定堆疊的每一層資料都有其固定的結構和名稱，理論上，每一層皆可忽略其他層次的資料結構。

但實際上，由於考量了傳輸效率的因素，每一層的資料結構都被設計成相容於該層的上、下兩層的資料結構。

在TCP/IP網路底下，我們為了能突顯出每一資料單元的特性，而各訂一個特殊的名稱，這樣在程式設計時，也比較能夠區分其屬性。

各層次資料單元的名稱如圖13-3所示，其中應用層如使用TCP連接時，其資料單元稱之為『串流』（Stream）；而使用UDP連線則稱之為『訊息』（Message）。

在傳輸層方面，TCP的協定資料單元，稱之為『資料段』（Segment）；在UDP中則稱為『封包』（Packet）。

網際層的資料單元統稱為『資料片』（Datagram）；網路存取層的資料單元稱為『訊框』（Frame）。

但在網路上傳送的資料包裝，一般還是以『封包』（Packet）稱呼較多。

在通訊協定裡，每一層次皆有多工處理的功能，每一條虛擬鏈路在各層次之間都要有一個位址，這各位址就是在OSI參考模式中，各層次之間的『服務存取點』（ServiceAccessPoint）。

TCP/IP制定一個『協定定址方法』（ProtocolAddressing）來表示一個通訊連線，在各層次之間的連結位址，如圖13-3與13-4所示。

各層次間的連接位址有：網路實體位址（如EthernetAddress）、IP位址（IPaddress）、協定號碼（ProtocolNumber）與埠口號碼（PortNumber）。

其中協定號碼比較特殊，這是因為傳輸層或許多網際層協定（如TCP、UDP、ICMP）都是使用IP封包轉送，因此，必須有協定號碼來標示目前IP封包上，所承載的資料是屬於哪一個通訊軟體（如TCP或ICMP）。

圖13-3TCP/IP協定堆疊各層的資料名稱及定址   圖13-4TCP/IP各層次的定址名稱 翻轉工作室：粘添壽   電腦網路與連結技術： 第一章電腦網路概論 第二章實體層 第三章鏈路層 第四章網路層 第五章傳輸層 第六章 交談層、表現層與應用層 第七章區域網路模型 第八章FastEthernet網路 第九章GigabitEthernet網路 第十章區域網路連結技術 第十一章ATM電信網路 第十二章ATM網路連結技術 第十三章TCP/IP與Internet網路技術 13-1TCP/IP網路簡介 13-2TCP/IP協定堆疊 13-3IP協定 13-4ARP與RARP協定 13-5ICMP協定 13-6TCP與UDP協定 13-7IPv6協定 13-8Internet網路連結 13-9網域內繞路選擇 13-10自治系統內繞路選擇 13-11自治系統之間繞路選擇 13-12習題 第十四章廣域網路連結技術與寬頻網路 第十五章WirelessLAN網路 第十六章BluetoothLAN網路 第十七章Token-Bus與Token-Ring網路 第十八章FDDI/CDDI網路     翻轉電子書系列： 資訊與網路安全技術 電子商務安全概論 Java程式設計(一)含程式邏輯 Java 程式設計(二)含物件導向 資料庫系統概論(含邏輯設計) 資料庫程式設計-PHP+MySQL 網路規劃與管理技術 電腦網路與連結技術 TCP/IP協定與Internet網路 Linux伺服器管理-CentOS Unix/Linux系統管理實務