TCP/IP详解---四层协议体系结构、常用协议、对应设备

在说TCP/IP协议体系结构之前我们首先来看看最早用的OSI七层参考模型，自底向上依次是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。下图则为由OSI七层参考模型到TCP/IP体系结构产生过程。

     

          OSI                                      TCP/IP

 
 

TCP/IP体系结构的优点：

（1）简化了计算机网络的结构，由原来的七层编导现在的四层，但是其功能并没有减少。

（2）每一层即独立又有联系，独立是因为如果那一层出现问题了不会影响其他层的工作，联系是因为上层协议又使用下层协议提供的服务。

由上也可以看到TCP/IP协议族是一个四层的协议系统，从下到上依次是数据链路层、网络层、传输层、应用层。每一层通过若干协议完成不同的功能，上层协议使用下层协议提供的服务。下来我就谈一下每一层的功能和常用协议。

 
 

1、数据链路层

   功能：实现了网卡接口的网络驱动程序，以处理数据在物理媒介（如以太网、令牌环等）上的传输。

   对应设备：网线、网桥、集线器、交换机

   常用协议：

（1）ARP(地址解析协议）：它实现IP地址到物理地址（通常是MAC地址，通俗的理解就是网卡地址）的转换。

（2）RARP(逆地址解析协议）：顾名思义，它和ARP是相反的，它是实现从物理地址到IP地址的转换。

那有人就会问它们的用途是什么呢？？？

ARP用途：网络层使用IP地址寻找一台机器，而数据链路层则是使用物理地址寻找一台机器，因此网络层必须先将目标机器的IP地址转化成物理地址，才能使用数据链路层提供的服务。

RARP用途：RARP协议仅用于网络上的某些无盘工作站，因为缺少储存设备，无盘工作站无法记录自己的IP地址，然而通过RARP就可以看到从物理地址到IP地址的映射。

2、网络层

  功能：实现数据包的选路和转发。

  对应设备：路由器

  常用协议：

（1）IP协议（英特网协议）根据数据包的目的IP地址来决定如何将它发送给目标主机。如果数据包不能直接发送给目标主机，那么IP协议为它寻找一个合适的下一跳路由器，将数据包交给路由器来转发，多次之后数据包将到达目标主机，或者因发送失败而被丢弃。

 （2）ICMP协议是网络层的另一个重要协议，它是IP协议的重要补充，主要用于检测网络连接。

 
 

8位类型：将ICMP报文分为两大类：一类是差错报文，比如目标不可达（类型值为3）和重定向（类型值为5）；另一类是查询报文，用来查询网络信息。

有的ICMP报文还用8位代码字段细分不同的条件。比如代码值0表示网络重定向，代码值1表示主机重定向。

16位校验和：对整个报文（包括头部和内容部分）进行循环冗余校验（CRC）。

注意：ICMP协议并非严格意义上的网络层协议，因为它使用了处于同一层的IP协议提供的服务，而一般来说，上层协议使用下层协议提供的服务。

 

3、传输层

  功能：为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。与网络层使用的逐跳通信方式不同，传输层只关心通信的起始端和目的端，而不在乎数据包的中转过程。

主要协议：

（1）TCP协议（传输控制协议）：为应用层提供可靠的、面向连接的和流式服务。

（2）UDP协议（用户数据报协议）：为应用层提供不可靠的、无连接的和数据报服务。(TCP和UDP协议的详解和区别将在下一篇详讲）

（3）SCTP协议（流控制传输协议）它是为在英特网上传输电话信号而设计的，这里不再细说。

 

4、应用层

 功能：负责处理应用程序的逻辑，比如文件传输，名称查询和网络管理等。

注意：数据链路层、网络层、传输层复制处理网络通信 细节，所以这些部分必须稳定且高效，因此它们都在内核空间实现（如上图二），而应用层在用户空间中实现，因为它负责众多逻辑，在内核中实现的话，则会使内核变得非常庞大。也有少数服务器程序是在内核中实现，这样代码就不用在用户空间和内核空间中来回切换（主要是数据的复制）提高了工作效率。

常用协议：

（1）OSPF（开放最短路径优先）协议：是一种动态路由更新协议，用于路由器之间的通信，以告知对方各自的路由信息。

（2）DNS（域名服务）协议：提供机器域名到IP地址的转换。（如将www.baidu.com转化成百度的IP，输入域名就直接可以进入。因为IP地址记的时候太麻烦，就像每个人都是由身份证唯一标识的，但为了好记就起了名字。DNS就是一个将姓名与身份证对应的过程）

（3）telnet协议是一种远程登陆协议，使我们能在本地完成远程任务。

（4）HTTP协议（超文本传输协议）是一个基于请求与响应模式的、无状态的、应用层的协议，常基于TCP的连接方式。

 

说完这些我再简单的说一下数据传输的过程都经历了什么！！！

 
 

下面是一个封装过程

 
 

一个数据从一台主机应用程序上发出后，传输层根据协议选择传输方式，如选择TCP协议，则在数据前面加上自己的头部，到达网络层后，网络层又选择协议，再加上自己的头部信息交给下一层，再到数据链路层后加上以太网头部后成为一个以太网帧，经过路由转发，到达目标主机后有一层层的根据头部信息选择协议，然后去掉各自的头部，一层层的交给上一层，最终到达目标主机的应用程序上。