第三章 第三章 TCP/IP TCP/IP 概述概述 3-1 TCP/IP 3-1 TCP/IP 通訊協定的緣起通訊協定的緣起3-2 3-2 不同的協定層不同的協定層3-3 3-3 網域名稱系統網域名稱系統3-4 3-4 封裝封裝3-5 3-5 分工分工

3-6 3-6 埠號埠號3-7 3-7 標準化過程標準化過程3-8 IP 3-8 IP 路由選擇路由選擇3-9 3-9 標準服務標準服務 3-10 3-10 檔案傳輸協定檔案傳輸協定

3-1 TCP/IP3-1 TCP/IP 通訊協定的緣起通訊協定的緣起 TCP/IPTCP/IP 初步架構的出現源於１９６４年，初步架構的出現源於１９６４年，

美國冷戰時期。在這個時候爲了戰爭需求，美國冷戰時期。在這個時候爲了戰爭需求，必須有一個強又牢固的網路系統來做整個國必須有一個強又牢固的網路系統來做整個國防部的聯繫。美國於１９６９年便賦予先進防部的聯繫。美國於１９６９年便賦予先進研究計劃委員會【ＡＲＰＡ】這一項任務。 研究計劃委員會【ＡＲＰＡ】這一項任務。

於１９８２年時，美國正式使用於１９８２年時，美國正式使用 TCP/IPTCP/IP 協協定，並將此協定當成整個國防部網路的標準定，並將此協定當成整個國防部網路的標準協定。１９８３年所有協定。１９８３年所有 ARPANetARPANet 的網路系的網路系統也正式啓用統也正式啓用 TCP/IPTCP/IP 協定。至此，正式奠協定。至此，正式奠定了定了 TCP/IPTCP/IP 協定的地位。 協定的地位。

3-2 3-2 不同的協定層不同的協定層 OSIOSI 組織定義的七層網路組織定義的七層網路

協定，分別有：協定，分別有：․․Application(Application( 應用層應用層 ) ) ․․Presentation(Presentation( 表示層表示層 ) ) ․․Session(Session( 會談層會談層 ) ) ․․Transport(Transport( 傳輸層傳輸層 ) ) ․․Network(Network( 網路層網路層 ) ) ․․DataLinkDataLink （資料連接層） （資料連接層） ․․PhysicalPhysical （實體層） （實體層）

TCP/IPTCP/IP 通訊協定層，大通訊協定層，大致可區分四個協定層：致可區分四個協定層：

․․ApplicationApplication （應用層） （應用層） ․․TransportTransport （傳輸層） （傳輸層） ․․InternetInternet （網際網路層） （網際網路層） ․․NetworkNetwork （網路層） （網路層）

OSIOSI 、、 TCP/IPTCP/IP 與微軟網路協定層比與微軟網路協定層比較較

OSI 網路協定層 TCP/IP 通訊協定 Microsoft Network

Application( 應用層 )Application( 應用層 )

Application Interface（應用程式介面層）

Presentation( 表現層 )Session( 會談層 )

Transport( 傳輸層 ) Transport( 傳輸層 )Transport Device Interface（傳輸裝置介面層）

Network( 網路層 ) Internet（網際網路層）

Network Driver Interface（網路驅動介面層）

DataLink （資料連接層） Network （網路層） Physical Network Lay

er （實體網路層）Physical （實體層）

3-2-1 IP3-2-1 IP

IPIP 資料封包資料封包 (packet)(packet) 是一捆一捆的資料，是一捆一捆的資料，它是它是 TCP/IP TCP/IP 協定群的基礎資料形式。每個協定群的基礎資料形式。每個資料封包都帶有一個資料封包都帶有一個 3232 位元的源位址、目位元的源位址、目的位址、一些選項位元、一個標頭和以及的位址、一些選項位元、一個標頭和以及資料封包的有效資料。 資料封包的有效資料。

資料、資料、 IPIP 與網路的關係與網路的關係

IPIP 位址結構位址結構 IPIP 中的位址是一個中的位址是一個 3232 位元長的數字，被分位元長的數字，被分

成兩個部分，分別是網路部分（成兩個部分，分別是網路部分（ Network INetwork IDD ）） /16Bits/16Bits 和主機部分（和主機部分（ Host IDHost ID ）） /16/16BitsBits ，也就是『，也就是『 IP=Network ID + Host IIP=Network ID + Host IDD 』。等級』。等級 A~EA~E 各自以最前列位元的各自以最前列位元的 0(0( 等等級級 A)A) 、、 10(10( 等級等級 B)B) 、、 110(110( 等級等級 C)C) 、、 1111110(0( 等級等級 D)D) 來識別。 來識別。

IPIP 等級的劃分 等級的劃分

等 級 前列位元Network Host 使用範圍 申請網域

Class A

0 7bits 24bits 1.x.x.x - 126.x.x.x

國家級

Class B

10 14bits 16bits 128.n.x.x-191.n.x.x

跨國組織

Class C

110 21bits 8bits 192.n.n.x-223.n.n.x

企業組織

Class D

1110 － － 224.- -239.- 特殊用途

Class E

1111 － － 240.- -255.- 目前未使用

3-2-2 ARP3-2-2 ARP

位了在乙太網路上通信，源站必須知道目位了在乙太網路上通信，源站必須知道目的站的的站的 IPIP 和和 MACMAC 位址。當源站點確定了位址。當源站點確定了目的站點的目的站點的 IPIP 位址後，源站點的網際網路位址後，源站點的網際網路協定會查看它的協定會查看它的 ARP(ARP( 位址解析協定位址解析協定 )) 表來表來查尋目的站點的查尋目的站點的 MACMAC 位址。位址。

如果目的站點不知道如果目的站點不知道 MACMAC 位址，源必需發位址，源必需發送送 ARPARP 請求。為了確定資料封包的目的位請求。為了確定資料封包的目的位址，它會檢查路由器上的址，它會檢查路由器上的 ARPARP 表。如果位表。如果位址不在這個表中，址不在這個表中， ARPARP 發送一個廣播查找發送一個廣播查找目的站點。 目的站點。

3-2-3 TCP3-2-3 TCP

TCPTCP 是一種傳輸協定，它可以在網路用戶啓是一種傳輸協定，它可以在網路用戶啓動的軟體應用過程之間建立通信會談。動的軟體應用過程之間建立通信會談。 TCPTCP通過控制資料流量可以提供可靠的端到端資通過控制資料流量可以提供可靠的端到端資料傳送。網路節點可以就資料傳輸的“窗口料傳送。網路節點可以就資料傳輸的“窗口”大小達成一個協定，該窗口大小規定了將”大小達成一個協定，該窗口大小規定了將要發送的資料位元組數。傳輸視窗可以根據要發送的資料位元組數。傳輸視窗可以根據當前的網路流量進行即時調整。當前的網路流量進行即時調整。

這裡稱的窗口為滑動視窗這裡稱的窗口為滑動視窗 (Sliding Window) (Sliding Window)

TCPTCP 封包格式封包格式

滑動視窗滑動視窗

TCPTCP 封包會通過封包會通過 SQNSQN 和和 ACKACK 序號來確保序號來確保傳送的正確性﹐但如果每一個封包都要等傳送的正確性﹐但如果每一個封包都要等上一個封包的回應才被發送出去的話，實上一個封包的回應才被發送出去的話，實在是太慢和難以接受的。這樣，我們可以在是太慢和難以接受的。這樣，我們可以利用利用 Sliding WindowSliding Window 在傳送兩端劃分出一在傳送兩端劃分出一個緩衝範圍，規定出可以一次性發送的最個緩衝範圍，規定出可以一次性發送的最大封包數目。 大封包數目。

3-2-4 UDP3-2-4 UDP UDPUDP 的工作是負責將封包分送給不同的應的工作是負責將封包分送給不同的應

用程式，就如同用程式，就如同 IPIP 將封包送給遠端機器一將封包送給遠端機器一樣。樣。 UDPUDP 是一種不可靠且非連接性的通訊是一種不可靠且非連接性的通訊協定，它沒有檢驗封包是否正確到達遠端協定，它沒有檢驗封包是否正確到達遠端的功能。的功能。 UDPUDP 和和 TCPTCP 最大的分別是不偵測最大的分別是不偵測對方的存在就直接將資料送給對方，而假對方的存在就直接將資料送給對方，而假設對方會自行接收。設對方會自行接收。

UDPUDP 對那些需要大樓資料存取而又不要求對那些需要大樓資料存取而又不要求可靠傳輸的程式，如﹕聲音傳遞﹐可以省可靠傳輸的程式，如﹕聲音傳遞﹐可以省卻雙方的溝通和確認時間，進而提高資料卻雙方的溝通和確認時間，進而提高資料傳輸量。 傳輸量。

3-2-5 ICMP3-2-5 ICMP

網際網路控制訊息協定網際網路控制訊息協定 (Internet Control (Internet Control Message ProtocolMessage Protocol ，， ICMP)ICMP) 是一個用來左是一個用來左右右 TCPTCP 和和 UDPUDP 連接行爲的低層機制。它可連接行爲的低層機制。它可通知主機一條到達目的地的較好路徑，報通知主機一條到達目的地的較好路徑，報告路由中出現的問題，或者在網路出現故告路由中出現的問題，或者在網路出現故障時終止連接。它給系統和網路管理員提障時終止連接。它給系統和網路管理員提供了一個最重要的低層監視工具：供了一個最重要的低層監視工具： pingping程程式。 式。

3-3 3-3 網域名稱系統網域名稱系統 DNSDNS 網域名稱系統 網域名稱系統 (Domain Name Syste(Domain Name System)m) ，是一套系統軟體，讓大家所使用及管，是一套系統軟體，讓大家所使用及管理的電腦網路系統能夠順利地做網域名稱 理的電腦網路系統能夠順利地做網域名稱 (Domain Name)(Domain Name) 與位址與位址 (IP)(IP) 之間的轉換。之間的轉換。

網域名稱系統 網域名稱系統 (DNS) (DNS) 是一個網域和 是一個網域和 IP IP 位位址的階層式名稱系統，包括了一個分散式址的階層式名稱系統，包括了一個分散式和可調整的資料庫。和可調整的資料庫。

(1) (1) 網域名稱的結構網域名稱的結構

(2) (2) 網域名稱系統階層的規格網域名稱系統階層的規格

(3) (3) 目前網域名稱系統階層的規格目前網域名稱系統階層的規格

3-4 3-4 封裝封裝 ( Encapsulation ) ( Encapsulation )

在 在 TCP/IP TCP/IP 的協定堆疊中，每一層將資料傳的協定堆疊中，每一層將資料傳至下一層之前會先於其資料區塊的前端附加至下一層之前會先於其資料區塊的前端附加一稱作標頭或表頭 一稱作標頭或表頭 ( header ) ( header ) 的控制資訊，的控制資訊，此標頭記錄了該資料塊相對於該層的特性及此標頭記錄了該資料塊相對於該層的特性及相關資訊，每一層會將上一層傳來的資料連相關資訊，每一層會將上一層傳來的資料連同其標頭一同視為上層的資料，並附加該層同其標頭一同視為上層的資料，並附加該層的標頭之後再送至下一層，這種過程稱為資的標頭之後再送至下一層，這種過程稱為資料封裝。 料封裝。

資料進入協定堆疊時的封裝過程資料進入協定堆疊時的封裝過程

3-5 3-5 分工分工

當目的主機收到一個乙太網資料框時，資當目的主機收到一個乙太網資料框時，資料就開始從協定堆疊中由底向上升，同時料就開始從協定堆疊中由底向上升，同時去掉各層協定加上的訊息標頭。每層協定去掉各層協定加上的訊息標頭。每層協定都要去檢查訊息標頭中的協定標識，以確都要去檢查訊息標頭中的協定標識，以確定接收資料的上層協定，這個過程稱作定接收資料的上層協定，這個過程稱作分分工工（ （ Demultiplexing Demultiplexing ） 。 ） 。

乙太網資料框的分工過程乙太網資料框的分工過程

3-6 3-6 埠號埠號 由於接收者端可能同時有許多不同的資料由於接收者端可能同時有許多不同的資料

(( 如電子郵件或來自新聞論壇的新聞如電子郵件或來自新聞論壇的新聞 )) 到達，到達，而這不同的而這不同的 IPIP 資料封包必須配置到應用層資料封包必須配置到應用層的正確服務上，為達成此一目的，的正確服務上，為達成此一目的， TCPTCP 資資料封包必須賦與一個「埠號」。料封包必須賦與一個「埠號」。

埠號代表某一特定的服務，如埠號埠號代表某一特定的服務，如埠號 119119 代代表新聞服務， 表新聞服務， FTPFTP 伺服器的伺服器的 TCPTCP 埠號是埠號是 2211 ，每個，每個 TelnetTelnet 伺服器的伺服器的 TCPTCP 埠號是埠號是 2323 ，，TFTP(TFTP( 簡單檔案傳送協定簡單檔案傳送協定 ))伺服器的伺服器的 UDPUDP埠號是埠號是 6969。 。

3-7 3-7 標準化過程標準化過程 Internet Internet 協會（協會（ ISOCISOC ，， Internet SocietyInternet Society ）是一）是一

個推動、支援和促進個推動、支援和促進 Interne t Interne t 不斷成長和發展的不斷成長和發展的專業組織。專業組織。

Internet Internet 體系結構委員會（體系結構委員會（ IABIAB ，， Internet ArchitInternet Architecture Boardecture Board）是一個技術監督和協調的機構。）是一個技術監督和協調的機構。

Internet Internet 工程專案小組（工程專案小組（ IETFIETF，， Internet EngineInternet Engineering Task Forceering Task Force ）是一個標準制定的組織，它分）是一個標準制定的組織，它分爲爲 99個領域（應用、尋徑和定址、安全等等）。 個領域（應用、尋徑和定址、安全等等）。

Internet Internet 研究專案小組（研究專案小組（ IRIFIRIF，， Internet ResearInternet Research Task Forcech Task Force ）主要對長遠發展的專案進行研究。）主要對長遠發展的專案進行研究。

TCP/IPTCP/IP 技術標準的文件技術標準的文件 由於 由於 TCP/IP TCP/IP 技術的公開性，它不屬於任技術的公開性，它不屬於任何廠商或專業協會所有，因此關於它的相何廠商或專業協會所有，因此關於它的相關資訊，是由一個叫 關資訊，是由一個叫 Internet Network InfInternet Network Information Center (INTERNIC) ormation Center (INTERNIC) 來維護和發來維護和發表，以及處理許多網路管理細節表，以及處理許多網路管理細節 (( 如 如 DNS DNS 等等 )) 。。 TCP/IP TCP/IP 的標準大部份都以 的標準大部份都以 RequesRequest For Comment (RFC) t For Comment (RFC) 技術報告的形式公技術報告的形式公開。開。 RFC RFC 文件包含了所有 文件包含了所有 TCP/IP TCP/IP 協定標協定標準，以及其最新版本。準，以及其最新版本。

3-8 IP 3-8 IP 路由選擇路由選擇 如果目的主機與源主機直接相連（如點對如果目的主機與源主機直接相連（如點對

點連接）或都在一個共用網路上（乙太網點連接）或都在一個共用網路上（乙太網或權杖環網），那麽或權杖環網），那麽 IPIP 資料封包就直接送資料封包就直接送到目的主機上。否則，主機把資料封包發到目的主機上。否則，主機把資料封包發往一預設的路由器上，由路由器來轉發該往一預設的路由器上，由路由器來轉發該資料封包。大多數的主機都是採用這種簡資料封包。大多數的主機都是採用這種簡單機制。 單機制。

IPIP 路由主要完成以下功能 路由主要完成以下功能 (1) (1) 搜尋路由表，尋找能與目的搜尋路由表，尋找能與目的 IPIP 位址完全位址完全匹配的表目。如果找到，則把訊息發送給該匹配的表目。如果找到，則把訊息發送給該表目指定的下一站路由器或直接連接的網路表目指定的下一站路由器或直接連接的網路介面。介面。

(2) (2) 搜尋路由表，尋找能與目的網路號相匹配搜尋路由表，尋找能與目的網路號相匹配的表目。如果找到，則把訊息發送給該表目的表目。如果找到，則把訊息發送給該表目指定的下一站路由器或直接連接的網路介面。指定的下一站路由器或直接連接的網路介面。

(3) (3) 搜尋路由表，尋找標誌爲“預設”的表目。搜尋路由表，尋找標誌爲“預設”的表目。如果找到，則把訊息發送給該表目指定的下如果找到，則把訊息發送給該表目指定的下一站路由器。 一站路由器。

3-9 3-9 標準服務標準服務 TCP/IP TCP/IP 可以用在任何互連網路上的通訊，可以用在任何互連網路上的通訊，其可行性在許多地方都已經得到證實，包其可行性在許多地方都已經得到證實，包括了家庭、 校園、 公司以及全球 括了家庭、 校園、 公司以及全球 61 61 個國個國家實驗室。 家實驗室。

TCP/IP TCP/IP 協定不僅成功的連接了不同網路，協定不僅成功的連接了不同網路，而且許多應用程式和概念也是完全以 而且許多應用程式和概念也是完全以 TCP/TCP/IP IP 協定為基礎發展出來，從而讓不同的廠協定為基礎發展出來，從而讓不同的廠商能夠忽略硬體結構開發出共同的應用程商能夠忽略硬體結構開發出共同的應用程式，例如今天應用廣泛的 式，例如今天應用廣泛的 WWWWWW、、 E-MAILE-MAIL 、、FTPFTP 和和 DNS DNS 服務等等。 服務等等。

3-9-1 SMTP3-9-1 SMTP

SMTPSMTP 是網際網路 是網際網路 (Internet)(Internet) 上傳輸電子上傳輸電子郵件郵件 (E-mail)(E-mail) 的通訊協定，與郵局通訊協的通訊協定，與郵局通訊協定第三版定第三版 (POP3)(POP3) 一樣都是用來控制訊息或一樣都是用來控制訊息或是郵件傳輸與接收的協定，不同的是，是郵件傳輸與接收的協定，不同的是， SMSMTPTP 負責發信，而負責發信，而 POP3POP3 則負責收信。則負責收信。

電子郵件系統架構電子郵件系統架構

3-9-2 Telnet3-9-2 Telnet

TELNETTELNET 是使用是使用 TCP/IPTCP/IP 的遠端登入應用層的遠端登入應用層協定。遠端登入是指使用者可以在本地的協定。遠端登入是指使用者可以在本地的機器機器 (client)(client) 使用遠方的機器使用遠方的機器 (server)(server) ，感，感覺像是使用本地的機器一樣，使用者的螢覺像是使用本地的機器一樣，使用者的螢幕模擬了另一端機器的螢幕，這是經由傳幕模擬了另一端機器的螢幕，這是經由傳送控制碼給本地的機器，再由本地的機器送控制碼給本地的機器，再由本地的機器翻譯這些控制碼，再讓使用者的螢幕適當翻譯這些控制碼，再讓使用者的螢幕適當地顯示出來。 地顯示出來。

3-9-2 3-9-2 網路時間協定網路時間協定

NTPNTP （（ Network Time ProtocolNetwork Time Protocol ）是由美）是由美國德拉瓦大學的國德拉瓦大學的 D.L. MillsD.L. Mills 教授於教授於 19851985年年提出，除了可以估算封包在網路上的往返提出，除了可以估算封包在網路上的往返延遲外，還可獨立地估算電腦時鐘偏差，延遲外，還可獨立地估算電腦時鐘偏差，用來維護網路上各電腦間的時間同步。用來維護網路上各電腦間的時間同步。

3-9-4 3-9-4 查尋用戶資訊查尋用戶資訊 Finger Finger 是一個可以傳回電腦上有註冊的使是一個可以傳回電腦上有註冊的使

用者資料的程式。在您的 用者資料的程式。在您的 Unix Unix 帳號下直帳號下直接敲入 “接敲入 “ finger” finger” ，它就會顯示機器上目，它就會顯示機器上目前使用者的一些資料。前使用者的一些資料。

Whois Whois 為查詢關於網際網路資源為查詢關於網際網路資源 (( 如如 IP AdIP Addressdress 、、 Domain NameDomain Name 等等 )) 及其使用者和及其使用者和組織相關資訊的一個組織相關資訊的一個 InternetInternet 資料庫。 資料庫。

3-10 3-10 檔案傳輸協定檔案傳輸協定 將檔案從一個系統發送到另一個系統是網路將檔案從一個系統發送到另一個系統是網路功能的重要部分。用戶可以使用功能的重要部分。用戶可以使用 e maile mail 完完成這一任務，但要獲得較快的傳輸速度，則成這一任務，但要獲得較快的傳輸速度，則可以使用檔案傳輸協定，它包括檔案傳輸協可以使用檔案傳輸協定，它包括檔案傳輸協定定 (FTP)(FTP) 和簡易檔案傳輸協定和簡易檔案傳輸協定 (TFTP)(TFTP) 。。

大多數站點都使用大多數站點都使用 WebWeb 在伺服器間傳送檔在伺服器間傳送檔案，檔案傳輸協定案，檔案傳輸協定 FTPFTP 和和 TFTPTFTP 已不如過已不如過去那麽流行。 去那麽流行。

3-10-1 TFTP3-10-1 TFTP

簡單檔案傳輸協定是一種簡易的檔案傳輸簡單檔案傳輸協定是一種簡易的檔案傳輸協定，協定， TFTP TFTP 使用 使用 UDP UDP 代替 代替 TCP TCP 來傳送來傳送資料，加上沒有安全驗證，功能也很少，資料，加上沒有安全驗證，功能也很少，可以直接使用在 可以直接使用在 ROM ROM 裡面，因此可以使裡面，因此可以使用在無磁碟系統中，在開機時直接使用用在無磁碟系統中，在開機時直接使用 ROROMM 裡面的裡面的 TFTPTFTP 協定，來取得放在 協定，來取得放在 TFTP TFTP 伺服器中的檔案。 伺服器中的檔案。

3-10-2 FTP3-10-2 FTP檔案傳輸協定是 檔案傳輸協定是 Internet Internet 上的重要服務。上的重要服務。利用利用 FTPFTP 專屬程式，將收送兩端電腦建立好專屬程式，將收送兩端電腦建立好連線後，程式會將檔案自動切分成一小塊一連線後，程式會將檔案自動切分成一小塊一小塊，透過小塊，透過 FTPFTP 協定在協定在 InternetInternet 上傳送，上傳送，然後由接收端程式將檔案重新組合起來。然後由接收端程式將檔案重新組合起來。

使用支援使用支援 FTPFTP 的程式，就可以連到網路上提的程式，就可以連到網路上提供檔案傳輸的主機，這些提供檔案傳輸的主供檔案傳輸的主機，這些提供檔案傳輸的主機叫做ＦＴＰ伺服器。通常ＦＴＰ伺服器會機叫做ＦＴＰ伺服器。通常ＦＴＰ伺服器會提供一個以 提供一個以 「「 anonymousanonymous」作」作為使用者名稱為使用者名稱的匿名帳戶，方便用戶可以下載公開散發的的匿名帳戶，方便用戶可以下載公開散發的檔案。 檔案。