翟军

(新疆大黄山鸿基焦化有限责任公司阜康分公司阜康831500)

浅析计算机网络通讯协议

翟军

(新疆大黄山鸿基焦化有限责任公司阜康分公司阜康831500)

浅析和解读了计算机网络通讯协议，从网络协议的分类、网络通讯协议的原则、配置局域网中的通讯协议、优缺点、安全性以及TCP/IP整体架构，协议的发展状况等进行了阐述。网络中的计算机之间要想正确地传输信息和数据，必须在传输数据的顺序、数据的格式及内容等方面有一个约定或规则，这种约定或规则就称为协议。

网络协议适用原则优缺点TCP/IP协议安全发展状况

网络中不同的工作站，服务器之间能传输数据，源于协议的存在。协议的实质是网络通信所使用的一种语言。不同厂商的网络设备有许多差异，但只要这些设备遵守相同的协议(使用相同的技术语言进行通信)就可实现互联。根据网络通讯协议适用原则、优缺点、安全性等考虑，现使用最广泛的TCP/IP应用及发展。

1 解读网络协议

组建网络时，必须选择一种网络通信协议，使得用户之间能够相互进行“交流”。关于网络中的协议可以概括为两类：“内部协议”和“外部协议”。

1.1 内部协议

1978年，国际标准化组织（ISO）为网络通信制定了一个标准模式，称为OSI/RM（Open System Inter⁃connect/Reference Model，开放系统互联参考模型）体系结构。该结构共分7层，从低到高分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，其中任何一个网络设备的上下层之间都有其特定的协议形式，在此，将这种上下层之间和同层之间的协议全部定义为“内部协议”。

1.2 外部协议

外部协议即组网时所必须选择的协议。由于它直接负责计算机之间的相互通信，所以通常称为网络通信协议。就像使用不同母语的人与人之间需要一种通用语言才能交谈一样，网络之间的通信也需要一种通用语言，这种通用语言就是通信协议。目前，局域网中常用的通信协议（外部协议）主要有NetBEUI、IPX/SPX及其兼容协议和TCP/IP 3类。

⑴NetBEUI协议

NetBEUI通信协议的特点：NetBEUI(NetBIOS Ex⁃tended User Interface，用户扩展接口)由IBM于1985年开发完成，它是一种体积小、效率高、速度快的通信协议。

⑵IPX/SPX及其兼容协议

IPX/SPX通信协议的特点：IPX/SPX(Internetwork Packet eXchange/Sequences Packet eXchange，网际包交换/顺序包交换)是Novell公司的通信协议集。因为，IPX/ SPX在设计一开始就考虑了多网段的问题，具有强大的路由功能，适合于大型网络使用。

⑶TCP/IP协议

TCP/IP（TransmissionControlProtocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）是目前最常用的一种通信协议，它是计算机世界里的一个通用协议。在局域网中，TCP/IP最早出现在Unix系统中，现在几乎所有的厂商和操作系统都开始支持它。同时，TCP/IP也是Internet的基础协议。TCP/IP通信协议的特点。TCP/ IP具有很高的灵活性，支持任意规模的网络，几乎可连接所有的服务器和工作站。

2 选择网络通信协议的原则

在组建局域网时，具体选择哪一种网络协议主要取决于网络规模、网络间的兼容性和网络管理几个方面，如果正在组建一个小型的单网络，并且对外没有连接的需要，这时最好选择NETBEUI通讯协议，如果正从NETWARE迁移到WINDOWS NT或两种平台共存时，IPX/SPX及其兼容协议可提供一个很好的传输环境，如果正在规划一个高效率，可互联性和可扩展性的网络，TCP/IP则是理想选择。

在选择通信协议时一般应遵循以下的原则：

第一,所选协议要与网络结构和功能相一致。

第二,除特殊情况外，一个网络尽量只选择一种通信协议。

第三,注意协议的版本。每个协议都有它的发展和完善过程，因而出现了不同的版本每个版本的协议都有它最为合适的网络环境。从整体来看，高版本协议的功能和性能要比低版本好。

第四，协议的一致性。如果要让两台实现互联的计算机间进行对话，它们两者使用的通信协议必须相同。否则中间还需要一个“翻译”进行不同协议的转换，这样不仅影响通信速度同时也不利于网络的安全和稳定运行。

3 协议的优缺点

已经开发了许多协议，但是只有少数被保留了下来。当今局域网中最常见的3个协议是MICROSOFT的NETBEUI、NOVELL的IPX/SPX和交叉平台TCP/IP。3.1 NETBEUI

NETBEUI是为IBM开发的非路由协议，用于携带NETBIOS通信。NETBEUI缺乏路由和网络层寻址功能，既是其最大的优点，也是其最大的缺点。因为它不需要附加的网络地址和网络层头尾，所以很快并很有效且适用于只有单个网络或整个环境都桥接起来的小工作组环境(小型办公室、网吧、家庭局域网)这样通过局域网域数据会省使省力。因为不支持路由，所以NETBEUI永远不会成为企业网络的主要协议。

3.2 IPX/SPX

IPX是NOVELL用于NETWARE客户端/服务器的协议群组，避免了NETBEUI的弱点；但是，带来了新的不同弱点。IPX具有完全的路由能力，可用于大型企业网。但现在不能常用——大部分可以联机的游戏都支持IPX/SPX协议，虽然这些游戏通过TCP/IP协议也能联机，但显然还是通过IPX/SPX协议更省事，因为根本不需要任何设置。它包括32位网络地址，在单个环境中允许有许多路由网络。IPX的可扩展性受到其高层广播通信和高开销的限制。

3.3 TCP/IP

4 协议安全性分析

4.1 TCP协议

TCP使用3次握手机制来建立一条连接，握手的第一个报文为SYN包；第二个报文为SYN/ACK包，表明它应答第一个SYN包同时继续握手过程；第三个报文仅仅是一个应答，表示为ACK包。

4.2 IP协议

IP协议是TCP/IP中最重要的协议之一，提供无连接的数据包传输机制，其主要功能有：寻址、路由选择、分段和组装。传送层把报文分成若干个数据包，每个数据包在网关中进行路由选择，穿越一个个物理网络从源主机到达目标主机。在传输过程中数据包可能被分成若干小段，以满足物理网络中最大传输单元长度的要求，每一小段都当作一个独立的数据包被传输，其中只有第一个数据包含有TCP层的端口信息。在包过滤防火墙中根据数据包的端口号检查是否合法，这样后续数据包可以不经检查而直接通过。攻击者若发送一系列有意设置的数据包，以非法端口号为数据的后续数据包覆盖前面的具有合法端口号的数据包，那么该路由器防火墙上的过滤规则被旁路，从而攻击者便达到了进攻目的。

4.3 路由协议

Internet使用动态路由，通过路由器相互通信和传递路由信息，实现路由表的自动更新。自治域内部采用的路由协议称为内部网关协议，常用的有路由信息协议RIP(Routing Information Protocol)、开放式最短路径优先协议OSPF(Open Shortest Path First)。外部网关协议主要用于多个自治域之间的路由选择，常用的是边界网关协议BGP(Border Gateway Protocol)。

5 TCP/IP整体构架概述

TCP/IP协议是一组协议的集合，是internet运行的基础，并不完全符合OSI的7层参考模型。传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的7层抽象的参考模型,其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7层是:物理层、数据链路层、网路层、传输层、话路层、表示层和应用层。而TCP/IP采用了网络互联的思想采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求，负责不同的通讯功能。

散射曲线平滑程度主要从样本的物理性质描述样品.与样品受到轻微震动时，电磁波的反射和折射情况随着液面的波动改变，所以散射参数出现波动.同种容器中，粘度小的液体液面变化程度剧烈，所以散射参数波动程度较大.

每一层负责不同的功能（图1）：

⑴链路层，有时也称作数据链路层或网络接口层。通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们共同处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。负责接收IP数据报，并通过网络发送出去或者从网络上接收物理包，抽出数据包交给IP层。

图1

⑵网络层，有时也称作互联网层。负责相邻计算机间的通信，处理来自传输层的分组发送请求，收到请求之后将分组装入IP数据包填充表头，选择去接收机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口，处理输入数据报，将收到的数据包经合法性检验后，或者选择路径出发，或者去掉报头发给传输层,处理分组在网络中的活动。

⑶运输层，主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在T C P/I P协议族中有两个互不相同的传输协议：T C P（传输控制协议）和U D P（用户数据报协议），T C P为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。而另一方面，U D P则为应用层提供一种非常简单的服务它只是把称作数据包的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据包能到达另一端，任何必需的可靠性必须由应用层来提供。

⑷应用层。负责处理特定的应用程序细节，几乎各种不同的T C P/I P实现都会提供下面这些通用的应用程序：

•Telnet远程登录

•FTP文件传输协议

•SMTP简单邮件传送协议

•SNMP简单网络管理协议

6 协议的改进和发展状况

Internet每天都在发生变化，作为被广泛使用的基础性协议，TCP/IP也在不断改善和发展之中。

6.1 IP协议的改进

目前我们使用的第二代互联网IPv4技术，核心技术属于美国。它的最大问题是网络地址资源有限，从理论上讲，编址1 600万个网络、40亿台主机。但采用A、B、C三类编址方式后，可用的网络地址和主机地址的数目大打折扣，以至目前的IP地址已于2011年2月3日分配完毕。其中北美占有3/4，约30亿个，而人口最多的亚洲只有不到4亿个，中国截止2010年6月IPv4地址数量达到2.5亿，落后于4.2亿网民的需求。地址不足，严重地制约了我国及其他国家互联网的应用和发展。一方面是地址资源数量的限制，另一方面是随着电子技术及网络技术的发展，计算机网络将进入人们的日常生活，可能身边的每一样东西都需要连入全球因特网。在这样的环境下，IPv6应运而生。单从数量级上来IPv6所拥有的地址容量是IPv4的约8×10^28倍，达到2^128（算上全零的）个。这不但解决了网络地址资源数量的问题，同时也为除电脑外的设备连入互联网在数量限制上扫清了障碍。但是与IPv4一样，IPv6一样会造成大量的IP地址浪费。准确的说，使用IPv6的网络并没有2^128个能充分利用的地址。首先，要实现IP地址的自动配置，局域网所使用的子网的前缀必须等于64，但是很少有一个局域网能容纳2^64个网络终端；其次，由于IPv6的地址分配必须遵循聚类的原则，地址的浪费在所难免。但是，如果说IPv4实现的只是人机对话，而IPv6则扩展到任意事物之间的对话，它不仅可以为人类服务，还将服务于众多硬件设备，如家用电器、传感器、远程照相机、汽车等，它将是无时不在，无处不在的深入社会每个角落的真正的宽带网。而且它所带来的经济效益将非常巨大。

7 结论

Internet安全是广大网络用户普遍关心的一个重要问题。尽管利用协议中存在的安全缺口来实施攻击技术性强、难度大，但突破率高、危害性极大。正因为如此，各国耗资致力于该问题的研究，并已取得了显著的成效。TCP/IP的重要性是毋庸置疑的，可以相信，随着网络的发展和安全技术应用的深入，TCP/IP将不断地改进和完善，从而更显示出其旺盛的生命力。

[1]电脑报社.组建局域网.重庆出版社，2004.

[2]赛迪网.中国教育和科研计算机网版，2014.

[3]韩杰.计算机网络与通讯.人民邮电出版社，2009.

收稿：2014-03-10