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1.2.2 TCP/IP体系结构
12-11-10    奋斗的小年轻
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TCP/IP是Transmission Control Protocol/Internet Protocol的缩写,中文译名为传输控制协议/网际协议,又名网络通信协议,是Internet国际互联网络的基础协议。确切地说它是由一组协议组成的协议族,其中包含两个著名的协议:传输控制协议和网际协议。因此又常把TCP/IP体系结构称为TCP/IP协议族或TCP/IP协议栈,简称为TCP/IP。

TCP/IP是由美国国防部在20世纪60年代末为ARPAnet而开发的。由于低成本和在多个平台间通信的可靠性,TCP/IP迅速流行并发展起来。TCP/IP协议现在得到了全世界的公认。目前,众多的网络设备厂商都支持TCP/IP协议,它实际上已代替OSI协议,发展成为一个事实上的全球网络互联工业标准。严格地说,TCP/IP并没有形成一个完整的体系结构,为了方便阐述TCP/IP协议族中的各种协议功能,通常也会像OSI参考模型那样,采用分层的方式解释TCP/IP,如图1-3所示。


 

从图1-3可以看出,TCP/IP协议族分层和OSI参考模型分层结构基本相似,但在功能划分上有一定的区别。TCP/IP将OSI中的上三层统一整合成为一个单一的应用层,从而使数据的格式表示、数据会话的建立等功能和应用软件更精密地结合起来,使通信中的数据处理部分更集中,与OSI相比也更为实用和简单。另外,TCP/IP也将OSI中的下两层统一整合成为一个单一的网络接口层。TCP/IP协议族各层协议分布如图1-4所示。


 

下面针对TCP/IP,逐层介绍其每一层的协议。

1.应用层

应用层是TCP/IP的最高层,相当于OSI参考模型中应用层、表示层和会话层的综合,是面向用户使用的层次,为终端用户提供使用网络的服务。应用层服务由使用TCP/IP进行通信的程序提供。一个应用就是一个用户进程,它通常与其他主机上的另一个进程合作。应用层包含了所有的高层协议,如:

1)FTP(File Transfer Protocol)是文件传输协议,一般上传、下载会用到FTP服务,数据端口是20,控制端口是21。

2)TELNET服务是用户远程登录服务,它使用23端口,使用明码传送,保密性差,但简单方便。

3)DNS(Domain Name Service)是域名解析服务,提供域名到IP地址之间的转换。

4)SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)是简单邮件传输协议,用来控制信件的发送、中转。

5)POP3(Post Office Protocol 3)是邮局协议第3版本,用于接收邮件。

2.传输层

TCP/IP中的传输层对应OSI参考模型中的传输层,提供了端到端的数据传输。这一层包含两个协议:传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)。这两种协议都很重要,各有其优缺点。

1)TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议,提供了面向连接的可靠的数据传送、重复数据抑制、拥塞控制以及流量控制等功能。

2)UDP提供了一种无连接的、不可靠的、尽最大努力交付的服务。UDP协议主要用于那些“不想使用TCP提供的序列化或者流控功能,而希望自己提供这些功能”的应用程序。

3.互联网络层

TCP/IP中的互联网络层对应OSI参考模型中的网络层,该层为分组交换网上的不同主机提供通信。该层的主要任务是将传输层产生的报文封装成数据包进行传送,并且让这些数据包独立地到达目的地(目的地可能与源地在不同的网段上),这些数据包到达目的地的顺序可能与它们发送的顺序不一致,数据包在传送的过程中也可能丢失、传错。在这种情况下,如果有必要保证有序、正确地到达目的地,则由高层来负责。互联网络层主要有以下一些协议:

1)IP网际协议。是互联网络层的核心协议,是一种无连接协议,不负责传输的可靠性,不具有流量控制和差错恢复功能。IP协议提供了路由功能,它试图把传输的数据传送到目的地,数据包路由和避免拥塞是需要解决的最主要问题。

2)ICMP(Internet Control Message Protocol)控制报文协议。IP协议提供了无连接的数据包传送服务,然而,在传送过程中如果发生差错或意外情况(如数据包目的地址不可达,数据包在网络中的滞留时间超过其生存期,中转节点或目的节点主机因缓冲区不足而无法处理数据包等),总要通过一种通信机制向源节点报告差错情况,以便源节点对差错进行相应的处理。ICMP正是提供这类差错报告服务的协议。它在IP层加入一类特殊用途的报文机制,以满足IP协议报告差错的需求。该协议典型的应用有:测试目的地的可达性(ping)、测试到达目的地的路径(tracert)等。

3)ARP(Address Resolution Protocol)地址解析协议。用于将IP地址解析成硬件地址。

4)RARP(Reverse ARP)逆地址解析协议。用于将硬件地址解析成IP地址。

4.网络接口层

TCP/IP中的网络接口层对应OSI参考模型中的数据链路层和物理层,是TCP/IP的最底层,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,它们一起处理线缆上的物理接口的细节。

网络接口层的主要作用是负责接收IP数据包并通过网络发送,或者从网络上接收物理帧,抽出IP数据包,交给IP层。网络接口层直接控制着网络层与介质的通信,主要任务有:组帧、物理编址、流量控制、差错控制、接入控制等。网络接口层常见的协议有:

1)802.3以太网协议。

2)802.4令牌环网协议。

3)802.11a/b/g无线局域网协议。

4)PPP点到点协议。

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