淺談TCP/IP參考模型

@author Mr.Lito

背景

OSI參考模型的提出在計算機網絡發展史上具有裡程碑的意義，以至于提到計算機網絡就不得不提OSI參考模型。但考慮到OSI參考模型的定義和實作困難等缺點。在1973年9月，TCP/IP被文頓·瑟夫與卡恩提出。TCP/IP是一組協定的代名詞，目前總共有100多個協定，組成了著名的TCP/IP協定族。值得留意的是，TCP/IP中的IP協定問世到現在，它總共出現過6個版本，而目前使用的是IPv4版本，但為了解決IP資源不足的問題和為了計算機網絡能夠有更好的發展，不久的将來将采用IPv6版本，IPv6被稱為“下一代的IP”。

模型簡介

TCP/IP參考模型被劃分為四個層次，分别是應用層、傳輸層、網際層（網絡層）和網絡接口層。它的層次劃分與OSI模型層次對應關系如下圖所示。

OSI參考模型	對應關系	TCP/IP參考模型
應用層	<------------->	應用層
表示層	<------------->	應用層
會話層	<------------->	應用層
傳輸層	<------------->	傳輸層
網絡層	<------------->	網際層
資料鍊路層	<------------->	網絡接口層
實體層	<------------->	網絡接口層

從上面的對應關系可以看出，TCP/IP參考模型對OSI模型進行了化簡，一是将OSI參考模型各層的功能進行了集中處理，如資料鍊路層和實體層歸為網絡接口層；二是因為OSI參考模型中會話層和表示層很少用到，甚至表示層幾乎是空的，是以OSI參考模型中的應用層、表示層和會話層都被歸為TCP/IP中的應用層。

層次解析

1.網絡接口層

網絡接口層又稱為主機接口層，位于TCP/IP參考模型中的最底層。它負責發送和接收IP分組，或者從網絡上接收資料幀，抽取IP資料報交給互聯層。

該層主要的協定有：

協定名稱	作用
串行線路網際協定（Serial Line Internet Protocol）SLIP	點對點式的網路接口層通信協定，發送和接收IP資料報，不支援動态IP位址的配置設定，不能差錯檢驗
點對點協定（Point to Point Protocol）PPP	動态配置設定IP位址，支援多中網絡協定，允許在連接配接時協商IP位址，有糾錯功能
同步光纖網絡（Synchronus Opitical Network）SONET	詳細介紹：https://baike.baidu.com/item/同步光纖網絡
802.11	現今無線區域網路通用的标準
以太網 Ethernet	詳細介紹：https://baike.baidu.com/item/以太網/99684?fr=aladdin
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2.網際層（網絡層）

網際層大緻對應于OSI的網絡層，是TCP/IP體系結構的第二層，它定義了官方的資料包格式和協定，即網際網路協定（Internet Protocol，IP），負責相鄰計算機之間的通信。網路層的協定資料單元是IP分組，主要功能包括：

（1）處理來自傳輸層的分組發送請求，收到請求後，将分組形成IP資料報，填充報頭，并為該資料報進行路徑選擇，然後将其發送到相應的網絡接口。

（2）處理接收到的資料報，首先檢查其合法性，如需要轉發，則選擇發送路徑轉發出去，如目的位址為本節點IP位址，則除去報頭，将分組送交傳輸層處理。

（3）處理路徑選擇、流量控制、擁塞控制等問題。

該層主要的協定有：

協定名稱	作用
IP（Internet Protocol）網際網路協定	負責為計算機之間傳輸的資料報尋址，提供不可靠、無連接配接的資料報傳輸服務（網絡層的核心）
ICMP（Internet Control Message Protocol）控制封包協定	TCP/IP協定族的一個子協定，用在IP主機和路由器之間傳遞控制資訊
IGMP (Internet Group Manage Protocol) Internet組管理協定	IP協定家族中的一個多點傳播協定。該協定運作在主機群組播路由器之間。IGMP協定共有三個版本，即IGMPv1、v2 和v3
ARP（Address Resolution Protocol）位址轉換協定	正向位址解析協定，通過已知道IP，尋找目的主機的實體位址，以完成資料的傳輸
RARP（Reverse ARP）反向位址解析協定	主要是用于結點在隻知本身的實體位址而不知IP位址時，通過RARP協定發出廣播請求，征求自己的IP位址
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3.傳輸層

傳輸層位于網絡層之上，主要提供可靠的端到端的資料傳輸，端到端的連接配接靠的是傳輸控制協定（TCP）和使用者資料報協定（UDP）。在發送端，它負責吧上層傳送下來的位元組流分成封包段并傳遞給下層。在接受端，它負責把收到的封包進行重組後傳遞交給上層。

該層主要的協定有：

協定名稱	作用
TCP (Transmission Control Protocol) 傳輸控制協定	一種面向連接配接的、可靠的、基于位元組流的通信協定。通信過程有建立連接配接、使用連接配接和釋放連接配接三個過程。
UDP （User Datagram Protocol）使用者資料報協定	一種無連接配接的、不可靠的的通信協定。

4.應用層

應用層是TCP/IP體系結構中的最高層，與OSI模型中的高三層的任務相同。該層有着豐富的協定，即應用層可以提供相當多的功能，如檔案傳輸、遠端登入和簡單的網絡管理等。

該層主要的協定有：

協定名稱	作用
HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）超文本傳輸協定	實作網際網路中的WWW服務
SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）簡單郵件傳輸協定	在Internet傳輸email的事實标準。
DNS（Domain Name Service）域名解析系統	提供域名到IP位址之間的轉換，允許對域名資源進行分散管理
NFS（Network File System）網絡檔案系統	用于網絡中不同主機間的檔案共享
FTP （File Transfer Protocol）檔案傳輸協定	用于實作網際網路中檔案的傳輸功能，一般上傳、下載下傳用FTP服務。工作時建立兩條TCP連接配接，一條用于傳送檔案，另一條用于傳輸控制
TELNET 遠端登入協定	TCP/IP協定族中的一員，是Internet遠端登入服務的标準協定和主要方式
SNMP（Simple Network Manage Protocol）簡單網絡管理協定	支援網絡管理系統，用以監測連接配接到網絡上的裝置是否有任何引起管理上關注的情況

補充

在網絡不同主機之間進行資料傳輸，光是靠協定是不行的。一個完整的程序通信需要協定、本地位址、本地端口号、遠端位址和遠端端口号。下面給出TCP和UDP熟知的端口号。（熟知端口号範圍：0~1023 ； 注冊端口号：1024 ~ 49151 ； 動态端口号 ：49152 ~ 65535）

UDP	TCP
DNS ：53（域名服務）	FTP:20（資料連接配接）/21（控制連接配接）
DHCP：67/68（動态主機配置）	TELNET：23（虛拟終端）
TFTP：69（簡單檔案傳送）	SMTP：25（簡單郵件傳輸）
SNMP：161/162（簡單網絡管理）	HTTP：80（超文本傳輸）
BIP：520（路由資訊）	BGP：179（邊界路由）

這些知識在軟體設計師（中級）的考試中也頻繁出現，無論是在網絡知識方面還是對于考試而言，熟練掌握是非常必要的。

以上就是TCP/IP體系結構所有的内容，錯誤之處歡迎指出。下次分享的内容是IP編址技術，會詳細介紹IP位址的分類以及子網劃分等内容。