第15卷第2期交通与计算机vol.15No.21997年4月ComputerandCommunicationsApril.1997收稿日期:1996—10—18TCPIP协议结构分析郭庆平叶俊全(武汉交通科技大学武汉430063)摘要分析了TCPIP协议集的结构,从TCPIP协议集的分层开始,逐层介绍了其主要协议,内容包括协议的原理及与其它协议的交互作用。关键字TCPIP协议互联网TCPIP即运输控制协议互联网协议。它是70年代中期美国国防部为其ARPANET广域网开发的网络体系结构和协议标准。目前国际上规模最大的计算机互联网Internet便是以TCPIP协议集为基础的。与国际标准ISOOSI相比,虽然其框架和实现细节都有些差异,但其基本原理是一致的。事实上,在制定OSI模型时,主要参考了Internet的TCPIP协议集,因此,两者大部分几乎是一样的。另外,TCPIP开发较早,适用范围广(可用于局域网和广域网)。目前已比较成熟,占有市场较大,已成为一种事实上的标准。因此,对TCPIP协议的研究令人瞩目,本文对TCPIP协议集的框架结构进行了分析。1TCPIP协议的分层与OSI的七层模型相比,TCPIP分层较少,由四个层次构成,分别说明如下:链路层:负责接收IP数据报并通过网络发送数据报,或从网络上接收物理帧,抽出IP数据报交给IP层。网络层:负责相邻计算机之间的通信。其功能主要有如下几个方面。处理来自运输层的分组发送请求,将分组添加报头,形成IP数据报,选择适当的路径,把IP数据报送往适当的网络接口;处理输入数据报,对其进行合法性检查,并检查其信宿地址,分别将其转发或经处理后送往运输层:网络层还负责处理ICMP报文,进行路径选择、流控、拥塞控制等。运输层:提供端到端的通信。它从应用层接收数据,经处理后交网络层传送,或接收网络层数据交应用层指定的应用。其功能有二点:格式化信息和提供可靠性传输。TCPIP在其运输层中提供了两类服务,即面向连接的TCP服务和面向数据报的UDP服务。应用层:向用户提供一组常用的应用程?1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net序,比如文件传输访问,电子邮件等。以上四个层次中各层由若干子协议构成,相互之间进行作用,如图1所示。图1TCPIP的结构框架2链路层协议如前所述:在TCPIP协议集中链路层的作用是:(1)接收和发送IP层的IP数据报;(2)接收和发送ARP模块的ARP请求和应答信号;(3)RARP模块的请求和应答信号。下面以以太网为例,说明链路层的工作原理。由于链路层的主要任务是发送或接收IP数据报,而在IP数据报中的地址和物理链路中所使用的地址不一样,仅有信宿的IP地址,物理链路还是无法进行传送。因此,在进行数据发送之前必须把这个IP地址转换为对应的物理地址。所谓物理地址,就是硬件固有的标识该硬件的地址,全网唯一,不能变化,而IP地址则是赋予某端点一个4字节的代码。这种从IP地址到物理地址的转换便是由ARP协议完成的。链路层发送数据报时,将IP数据报加上以太帧头,并调用ARP模块获取信宿的物理地址,填入帧头的“目的地址”域内,并把自己的物理地址填入“源地址”域内,然后计算校验和填入CRC域,将经如此处理的以太帧挂入链路驱动器的输出队列中等待发送。当有数据帧到达时,链路驱动器检查目的地址,若与本站地址相符,取下该帧,检查其检验和,若无错误,再进行开包处理,去掉帧头和帧尾,送给IP层,由IP层处理。链路层还要处理ARP请求和回答。当需要把IP地址转换成物理地址时,链路层便调用ARP模块,发出请求帧。当收到其它端点发出的ARP请求时,要在链路层作出反应。ARP协议即地址解析协议,它将IP地址转换成相应的物理地址,其工作原理如下:ARP模块发一个ARP请求,广播到所有与53第2期郭庆平叶俊全:TCPIP协议结构分析?1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net之相连的点,在ARP请求中记录有本地IP地址和物理地址,以及待查的IP地址等域信息,等待其它结点回答。