浅谈TCP/IP参考模型

@author Mr.Lito

背景

OSI参考模型的提出在计算机网络发展史上具有里程碑的意义，以至于提到计算机网络就不得不提OSI参考模型。但考虑到OSI参考模型的定义和实现困难等缺点。在1973年9月，TCP/IP被文顿·瑟夫与卡恩提出。TCP/IP是一组协议的代名词，目前总共有100多个协议，组成了著名的TCP/IP协议族。值得留意的是，TCP/IP中的IP协议问世到现在，它总共出现过6个版本，而目前使用的是IPv4版本，但为了解决IP资源不足的问题和为了计算机网络能够有更好的发展，不久的将来将采用IPv6版本，IPv6被称为“下一代的IP”。

模型简介

TCP/IP参考模型被划分为四个层次，分别是应用层、传输层、网际层（网络层）和网络接口层。它的层次划分与OSI模型层次对应关系如下图所示。

OSI参考模型	对应关系	TCP/IP参考模型
应用层	<------------->	应用层
表示层	<------------->	应用层
会话层	<------------->	应用层
传输层	<------------->	传输层
网络层	<------------->	网际层
数据链路层	<------------->	网络接口层
物理层	<------------->	网络接口层

从上面的对应关系可以看出，TCP/IP参考模型对OSI模型进行了化简，一是将OSI参考模型各层的功能进行了集中处理，如数据链路层和物理层归为网络接口层；二是因为OSI参考模型中会话层和表示层很少用到，甚至表示层几乎是空的，所以OSI参考模型中的应用层、表示层和会话层都被归为TCP/IP中的应用层。

层次解析

1.网络接口层

网络接口层又称为主机接口层，位于TCP/IP参考模型中的最底层。它负责发送和接收IP分组，或者从网络上接收数据帧，抽取IP数据报交给互联层。

该层主要的协议有：

协议名称	作用
串行线路网际协议（Serial Line Internet Protocol）SLIP	点对点式的网路接口层通信协议，发送和接收IP数据报，不支持动态IP地址的分配，不能差错检验
点对点协议（Point to Point Protocol）PPP	动态分配IP地址，支持多中网络协议，允许在连接时协商IP地址，有纠错功能
同步光纤网络（Synchronus Opitical Network）SONET	详细介绍：https://baike.baidu.com/item/同步光纤网络
802.11	现今无线局域网通用的标准
以太网 Ethernet	详细介绍：https://baike.baidu.com/item/以太网/99684?fr=aladdin
…	…

2.网际层（网络层）

网际层大致对应于OSI的网络层，是TCP/IP体系结构的第二层，它定义了官方的数据包格式和协议，即因特网协议（Internet Protocol，IP），负责相邻计算机之间的通信。网路层的协议数据单元是IP分组，主要功能包括：

（1）处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组形成IP数据报，填充报头，并为该数据报进行路径选择，然后将其发送到相应的网络接口。

（2）处理接收到的数据报，首先检查其合法性，如需要转发，则选择发送路径转发出去，如目的地址为本节点IP地址，则除去报头，将分组送交传输层处理。

（3）处理路径选择、流量控制、拥塞控制等问题。

该层主要的协议有：

协议名称	作用
IP（Internet Protocol）因特网协议	负责为计算机之间传输的数据报寻址，提供不可靠、无连接的数据报传输服务（网络层的核心）
ICMP（Internet Control Message Protocol）控制报文协议	TCP/IP协议族的一个子协议，用在IP主机和路由器之间传递控制信息
IGMP (Internet Group Manage Protocol) Internet组管理协议	IP协议家族中的一个组播协议。该协议运行在主机和组播路由器之间。IGMP协议共有三个版本，即IGMPv1、v2 和v3
ARP（Address Resolution Protocol）地址转换协议	正向地址解析协议，通过已知道IP，寻找目的主机的物理地址，以完成数据的传输
RARP（Reverse ARP）反向地址解析协议	主要是用于结点在只知本身的物理地址而不知IP地址时，通过RARP协议发出广播请求，征求自己的IP地址
…	…

3.传输层

传输层位于网络层之上，主要提供可靠的端到端的数据传输，端到端的连接靠的是传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。在发送端，它负责吧上层传送下来的字节流分成报文段并传递给下层。在接受端，它负责把收到的报文进行重组后传递交给上层。

该层主要的协议有：

协议名称	作用
TCP (Transmission Control Protocol) 传输控制协议	一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议。通信过程有建立连接、使用连接和释放连接三个过程。
UDP （User Datagram Protocol）用户数据报协议	一种无连接的、不可靠的的通信协议。

4.应用层

应用层是TCP/IP体系结构中的最高层，与OSI模型中的高三层的任务相同。该层有着丰富的协议，即应用层可以提供相当多的功能，如文件传输、远程登录和简单的网络管理等。

该层主要的协议有：

协议名称	作用
HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）超文本传输协议	实现互联网中的WWW服务
SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）简单邮件传输协议	在Internet传输email的事实标准。
DNS（Domain Name Service）域名解析系统	提供域名到IP地址之间的转换，允许对域名资源进行分散管理
NFS（Network File System）网络文件系统	用于网络中不同主机间的文件共享
FTP （File Transfer Protocol）文件传输协议	用于实现互联网中文件的传输功能，一般上传、下载用FTP服务。工作时建立两条TCP连接，一条用于传送文件，另一条用于传输控制
TELNET 远程登录协议	TCP/IP协议族中的一员，是Internet远程登录服务的标准协议和主要方式
SNMP（Simple Network Manage Protocol）简单网络管理协议	支持网络管理系统，用以监测连接到网络上的设备是否有任何引起管理上关注的情况

补充

在网络不同主机之间进行数据传输，光是靠协议是不行的。一个完整的进程通信需要协议、本地地址、本地端口号、远程地址和远程端口号。下面给出TCP和UDP熟知的端口号。（熟知端口号范围：0~1023 ； 注册端口号：1024 ~ 49151 ； 动态端口号 ：49152 ~ 65535）

UDP	TCP
DNS ：53（域名服务）	FTP:20（数据连接）/21（控制连接）
DHCP：67/68（动态主机配置）	TELNET：23（虚拟终端）
TFTP：69（简单文件传送）	SMTP：25（简单邮件传输）
SNMP：161/162（简单网络管理）	HTTP：80（超文本传输）
BIP：520（路由信息）	BGP：179（边界路由）

这些知识在软件设计师（中级）的考试中也频繁出现，无论是在网络知识方面还是对于考试而言，熟练掌握是非常必要的。

以上就是TCP/IP体系结构所有的内容，错误之处欢迎指出。下次分享的内容是IP编址技术，会详细介绍IP地址的分类以及子网划分等内容。