TCP/IP体系结构

TCP/IP模型是由美国国防部在ARPANET网络中创建的网络体系结构，所以有时又称为DoD（Department of Defense）模型，是至今为止发展最成功的通信模型，它用于构筑目前最大的、开放的互联网络系统Internet。TCP/IP模型分为不同的层次，每一层负责不同的通信功能。但TCP/IP简化了层次模型（只有4层），由下而上分别为网络接口层、网络层、运输层、应用层，如图2.14所示。

图 2.14 TCP/IP 模型

在TCP/IP模型中，网络接口层是TCP/IP模型的最底层，负责接收从网络层交付的IP数据包，并将IP数据包通过底层物理网络发送出去，或者从底层物理网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给网络层。

网络层负责独立地将分组从源主机送往目的主机，为分组提供最佳路径选择和交换功能，并使这一过程与它们所经过的路径和网络无关。

运输层的作用是在源节点和目的节点的两个对等实体间提供可靠的端到端的数据通信。

应用层为用户提供网络应用，并为这些应用提供网络支撑服务，把用户的数据发送到低层，为应用程序提供网络接口。

TCP/IP模型每一层都提供了一组协议，各层协议的集合构成了TCP/IP模型的协议簇。

1．网络接口层协议

TCP/IP的网络接口层中包括各种物理网络协议，例如Ethernet、令牌环、帧中继、ISDN和分组交换网X.25等。当各种物理网络被用做传输IP数据包的通道时，这种传输过程就可以认为是属于这一层的内容。

2．网络层协议

网络层包括多个重要协议，主要协议有4个，即IP、ARP、RARP和ICMP。网际协议（Internet Protocol，IP）是其中的核心协议，IP协议规定网络层数据分组的格式。Internet控制消息协议（Internet Control Message Protocol，ICMP）提供网络控制和消息传递功能。地址解释协议（Address Resolution Protocol，ARP）用来将逻辑地址解析成物理地址。反向地址解释协议（Reverse Address Resolution Protocol，RARP）通过RARP广播，将物理地址解析成逻辑地址。

3．运输层协议

运输层协议主要包含TCP和UDP两个协议。传输控制协议（Transport Control Protocol，TCP）是面向连接的协议，用三次握手和滑动窗口机制来保证传输的可靠性和进行流量控制。用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）是面向无连接的不可靠运输层协议。

4．应用层协议

应用层包括了众多的应用与应用支撑协议。常见的应用层协议有：文件传输协议（FTP）、超文本传输协议（HTTP）、简单邮件传输协议（SMTP）、远程登录（Telnet）。常见的应用支撑协议包括域名服务（DNS）和简单网络管理协议（SNMP）等。

TCP/IP网络模型处理数据的过程描述如下：

1）生成数据。当用户发送一个电子邮件信息时，它的字母或数字字符被转换成可以通过互联网传输的数据。

2）为端到端的传输将数据打包。通过对数据打包来实现互联网的传输。通过使用端传输功能确保在两端的信息主机系统之间进行可靠的通信。

3）在首部上附加目的网络地址。数据被放置在一个分组或者数据报中，其中包含了带有源和目的逻辑地址的网络首部，这些地址有助于网络设备在动态选定的路径上发送这些分组。

4）附加目的数据链路层MAC地址到数据链路首部。每一个网络设备必须将分组放置在帧中，该帧的首部包括在路径中下一台直接相连设备的物理地址。

5）传输比特。帧必须转换成“1”和“0”的信息模式，才能在介质上进行传输。时钟功能（Clocking Function）使得设备可以区分这些在介质上传输的比特，物理互联网络上的介质可能随着使用的不同路径而有所不同。例如，电子邮件信息可以起源于一个局域网LAN，通过校园骨干网，然后到达广域网WAN链路，直到到达另一个远端局域网LAN上的目的主机为止。