秦皇岛职业技术学院信息工程系

TCP/IP结课论文

专业： 网络系统管理

班级： 1100202

题目：网络协议在的实际应用及其性能研究

姓名： 杨滨

网络协议在的实际应用及其性能研究

摘要：协议是用来描述进程之间信息交换数据时的规则术语，而网络协议顾名思义是应用于网络中的协议，一说到网络协议，人们脑海中往往浮现出来的是TCP/IP，其实TCP和IP分别是传输层和网络层的一个协议。本文将从应用层、运输层、网络层三个层次上对目前常用的网络协议性能进行描述。

关键词：应用层 运输层 网络层 IP ARP RARP TCP UDP FTP

TELENET SMTP POP3 HTTP RIP DHCP.

一、主流网络协议简介

应用层

FTP协议、Telnet协议、SMTP协议、HTTP协议、RIP协议

运输层

TCP协议、UDP协议。

网络层

IP协议、ICMP协议、ARP协议、RARP协议

物理层 数据链路层 图1

图1所示是经典的TCP/IP结构图，本文将主要分析上面三层中的协议，即应用层、传输层、和网络层中的协议。

应用层中的协议主要包括文件传输协议FTP，用于远程联接服务的标准协议TELENET,简单邮件传输协议SMTP，超文本传输协议HTTP，路由信息协议RIP。

传输层中的协议主要包括TCP和UDP，这两种协议也是应用的最广泛的协议，TCP是传输控制协议，是面向连接的，可靠的，基于字节流的。UDP是用户数据报协议，是不面向连接的，不可靠的，基于用户数据报的。

网络层中的协议主要包括网络互联协议IP，互联网控制报文协议ICMP，地址解析协议ARP和逆向地址解析协议RARP。

TCP/IP模型的主要缺点有：

首先，该模型没有清楚地区分哪些是规范、哪些是实现；其次，TCP/IP模型的主机—网络层定义了网络层与数据链路层的接口，并不是常规意义上的一层，和接口层的区别是非常重要的，TCP/IP模型没有将它们区分开来。

二、应用层协议的实际应用及性能

2.1 FTP

FTP是人们常用的一种协议，用于文件传输，通过FTP，用户可以从FTP服务器上下载所需要的各种资源，也可以把本地资源上传到FTP服务器上，通过对FTP的长时间使用和测试，引起FTP性能差异的主要有如下两个方面的因素。一是网络问题，主要表现为丢包导致变慢。在多数情况下，解决这一问题的方法是在通信线路的两端同时进行通信跟踪，检查从一侧发出的包是否能在另一侧收到。另一个是数据传输的速度一个方向比另一个方向快，这个问题的主要原因是截断文件结尾多余的空格、发出传输请求的机器的CPU使用率、交互式于批处理文件传输、网络的各异性。

FTP实现的目标

1.促进文件的共享（计算机程序或数据）

2.鼓励间接或者隐式的使用远程计算机

3.向用户屏蔽不同主机中各种文件存储系统的细节

4.可靠和高效的传输数据

TELENET

TELENET主要用于远程登录，目前很多的网站都提供TELENET方式登录，TELENET的方式登录速度更快也更安全。TELENET的根本目的是使本地用户访问远程资源。如果不采用TELENET远程登录系统的方式，可以采用单纯的客户—服务器方式，但单纯的客户—服务器方式要求在远程系统上为每一种服务器创建一个服务器。TELENET的主要用途表现在以下几个方面：远程登录缩短了空间距离，远程登录计算机具有广泛的兼容性，通过TELENET访问其他因特网服务。

SMTP

SMTP 是一种提供可靠且有效电子邮件传输的协议。 SMTP 是建立在 FTP 文件传输服务上的一种邮件服务，主要用于传输系统之间的邮件信息并提供来信有关的通知。SMTP 独立于特定的传输子系统，且只需要可靠有序的数据流信道支持。 SMTP 重要特性之一是其能跨越网络传输邮件，即“ SMTP 邮件中继”。 SMTP主要用于邮件收发，当用户需要发邮件的时候，需要通过SMTP把邮件发送到邮件服务器上，邮件服务器给收件人提示，然后收件人登录邮件服务器，通过SMTP把邮件从邮件服务器取到本地。SMTP作为一种主流邮件协议，在传输速度和丢包率方面都表现的让人满意。

POP3

POP3，即“邮局协议版本3”。 ,它是规定个人计算机如何连接到互联网上的邮件服务器进行收发邮件的协议。它是因特网电子邮件的第一个离线协议标准,POP3协议允许用户从服务器上把邮件存储到本地主机（即自己的计算机）上,同时根据客户端的操作删除或保存在邮件服务器上的邮件,而POP3服务器则是遵循POP3协议的接收邮件服务器,用来接收电子邮件的。是TCP/IP协议族中的一员，由RFC 1939

定义。本协议主要用于支持使用客户端远程管理在服务器上的电子邮件。提供了SSL加密的POP3协议被称为POP3S。

POP3 协议支持“离线”邮件处理。其具体过程是：邮件发送到服务器上，电子邮件客户端调用邮件客户机程序以连接服务器，并下载所有未阅读的电子邮件。这种离线访问模式是一种存储转发服务，将邮件从邮件服务器端送到个人终端机器上，一般是 PC 机或

MAC。一旦邮件发送到 PC 机或 MAC 上，邮件服务器上的邮件将会被删除。但目前的POP3邮件服务器大都可以“只下载邮件，服务器端并不删除”，也就是改进的POP3协议。还有在线工作模式和断开连接工作模式。

HTTP

HTTP是超文本传输协议，在互联网越来越发达的今天，HTTP发挥着巨大的作用，HTTP协议采用了请求/响应模型。HTTP协议并没有规定必须使用它和（基于）它支持的层。 事实上，HTTP可以在任何其他互联网协议上，或者在其他网络上实现。HTTP只假定（其下层协议提供）可靠的传输，任何能够提供这种保证的协议都可以被其使用。客户端向服务器发送一个请求给服务器，服务器接收到请求，经过解析处理把结果返回给客户端。图2中可以清楚地看到HTTP的结构。

图2

通过在实践中的研究及测试，发现影响HTTP性能的主要因素包括服务器的访问负载机当前的网络状况，负载过大超过瓶颈的时候会导致HTTP性能严重下降。

RIP

RIP是应用较早、使用较普遍的内部网关协议(Interior Gateway Protocol,简称IGP)，适用于小型同类网络，是典型的距离向量(distance-vector)协议。影响RIP性能的主要问题有三个。一、仅以hop最为度量的问题，此问题产生的根本原因是仅考虑路由而没有考虑路由的带宽的问题，此问题可能导致很大的时延。二、广播更新问题，RIP协议缺省设臵是每隔30秒进行广播交换整个路由表信息，这将大量消耗网络带宽，尤其是在广域网环境中，可能出现严重性能问题。三、慢收敛问题，这个问题的原因是因RIP协议是一个距离矢量协议，同时由于Garbage定时器的设臵。

DHCP

动态主机配臵协议DHCP是在TCP/IP网络上使客户机获得配臵信息的协议。它基于BOOTP协议，并在BOOTP协议的基础上添加了自动分配可用网络地址等功能。DHCP是可自动将IP位址指派给登入TCP/IP网络的用户端的一种软件，(此种IP位址称为「动态IP位址」)。这种软件通常是在路由器及其他网络设备上执行的。依照预先设定，您的GateLock路由器设定为使用DHCP，因此就无须手动指派永久IP位址给网络上的每个设备。

不设臵DHCP的后果

若机器的DHCP Client出现异常或应急关闭会导致，该机器与其局域网内其他机器数据传输速度大大降低，如果你的机器与其他局域网内的机器数据传输速度慢的话，可能就是这个原因引起的！

三、传输层协议的实际应用及其性能 3.1 TCP

TCP：传输控制协议TCP是一种面向连接（连接导向）的、可靠的、基于字节流的运输层（Transport layer）通信协议，由IETF的RFC 793说明（specified）。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能，UDP是同一层内另一个重要的传输协议。在因特网协议族（Internet protocol suite）中，TCP层是位于IP层之上，应用层之下的运输层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接，但是IP层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。

现实应用中我们经常会碰到这样的需求，不同主机之间的应用程序之间需要可靠的，像管道一样的链接，通过这种连接可以提供连续的服务，但是下层的网络层并不能提供这种服务，于是TCP协议的作用就体现出来了，通过图3中TCP的包头格式可以很清楚地看到TCP的工作原理

图3

在TCP中一些特定参数将影响设备在网络上有效传输信息的能力，如传输窗口的大小、传输段的大小以及重传超时。TCP外部参数也将影响其性能，其中环回延迟和丢帧率在TCP链路的运行中扮演最重要的角色。此外，如所使用的应用、TCP/IP栈的类型以及运行这些应用的计算机/服务器的性能等因素也会影响其传输性能。

UDP

UDP与TCP位于同一层，但对于数据包的顺序错误或重发。因此，UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务，UDP主要用于那些面向查询---应答的服务，例如NFS。相对于FTP或Telnet，这些服务需要交换的信息量较小。使用UDP的服务包括NTP（网落时间协议）和DNS（DNS也使用TCP）。

欺骗UDP包比欺骗TCP包更容易，因为UDP没有建立初始化连接（也可以称为握手）（因为在两个系统间没有虚电路），也就是说，与UDP相关的服务面临着更大的危险。

UDP协议从某种意义上来说是一种不可靠的协议，因为他不是面向连接的，是尽最大努力交付的，既然是一种不可靠的网络协议，未什么目前还广泛应用呢，这是因为UDP较之于TCP效率更高，尤其是在局域网内，因为局域网内的丢包率基本可以忽略不计。

四、网络层协议的实际应用及性能

4.1 IP

目前的IP协议主要有两个版本，IPV4和IPV6，IPV6是为了解决IPV4地址资源不足而设计的，现在IPV4和IPV6共同存在，IPV6技术正在逐步发展。 目前解决IPV4和IPV6共存方面主要有三种方法，一、双栈技术，这种方案实施简单，投资小，便于平滑过渡到目标网络，但开启支持双栈的任何场景，是其他过渡技术的基础，双栈会对设备性能产生影响。二、隧道技术，充分利用原有网络，只涉及部分边缘设备，但方案部署复杂，传输效率低。三、协议转换技术，方案的实施部影响远远网络，但对于特定的需要集合应用，另外转换协议的设备可能成为网络的瓶颈。IP协议还定义了数据包的递交办法和路由选择。同样用货物运输做比喻，IP协议规定了货物的运输方法和运输路线。

4.2 ARP和RARP

在局域网中，两台不同的主机之间如果需要通信，必须知道目标主机的MAC地址，如何获取目标主机的MAC地址，这就是ARP协议所要做的工作。

另外，当发送主机和目的主机不在同一个局域网中时，必须经过路由转发才可以。所以此时，发送主机通过ARP协议获得的将不是目的主机的真实MAC地址，而是一台可以通往局域网外的路由器的某个端口的MAC地址。于是此后发送主机发往目的主机的所有帧，都将发往该路由器，通过它向外发送。图4中可以清楚地看到ARP是如何应用的。