TCP/IP参考模型：计算机网络与电子信息工程

（一）TCP/IP协议

基于TCP/IP（传输控制协议/互联网协议）模型，TCP/IP得以生成和开发。TCP/IP模型和协议簇使得世界上的任意两台计算机之间都能通信。

TCP/IP是传输控制协议/互联网协议的缩写，它最初的诞生是为了美国国防部的国防高级研究计划局（DARPA）的ARPANET中的计算机能够在通用网络环境中运行。ARPA NET建于1969年初，主要是一个实验项目。20世纪70年代早期，在网络建设的初步实践经验的基础上，开始了第二代网络协议的设计，称为网络控制协议（NCP）。20世纪70年代中期，国际信息处理联合会补充了NCP，TCP/IP协议随之出现了。在20世纪80年代早期，伯克利大学在UNIX操作系统的核心中设计了TCP/IP。美国国防部在1983年宣布ARPANET的NCP完全转变为TCP/IP，成为正式的军事标准。同年，SUN公司把TCP/IP引入了商业领域。

TCP/IP协议是在OSI模型之前开发的，是当前的行业标准，当今网络互连的核心协议。TCP/IP协议实现了异构网络的互联通信。

TCP/IP协议具有以下特征：

1.协议标准是开放且独立于特定计算机硬件和操作系统的。

2.实现了高级协议的标准化，可为用户提供更多样的服务。

3.统一分配网络地址，可以让每个TCP/IP设备都在网络中享有唯一的IP地址。

（二）TCP/IP层次结构

协议分层有助于减少由通信系统的复杂性引起的不可靠因素，同时扩大应用范围。TCP/IP协议的体系结构建立在物理层硬件的概念层面上，共有四层：应用层、传输层、网络互联层和网络接口层，工作过程可以用“自上而下，自下而上”来概括。由于TCP/IP协议的设计没有考虑特定的传输媒体，所以没有规定数据链路层和物理层。这种TCP/IP层次结构遵循对等实体通信的原则，每层实现特定的功能。发送端的数据信息传输顺序为从应用层、传输层、网络互联层，最后到网络接口层，接收端则相反。

TCP/IP协议在不同层的功能：

1.应用层

TCP/IP在设计时，认为高层协议应该包括会话层和表示层的细节，因此创建了一个用来处理高层协议有关表达、编码、对话的应用层。TCP/IP将所有与应用程序相关的内容分类到这一个层中，并确保为下一层正确分组数据。因此，应用层也叫做处理层。

2.传输层

传输层负责处理的问题是可靠性、流量控制和重传等。其中使用的一种协议是传输控制协议（TCP），可以创建可靠性高、错误率低、流量流畅的网络通信过程。这类似于OSI模型的传输层。

3.网络互联层

网络互联层的作用是将来自互联网上的网络设备源数据包发送到目标设备，该过程独立于它们经过的路径和网络。该层将自动完成路径选择。

4.网络接口层

这一层也叫做主机——网络层。在OSI模型中，该层的功能显示为两层，包含选择物理线路及其从一台设备到直接连接设备的传输相关的一切问题。它包括LAN和WAN的技术细节，同时囊括OSI模型中物理层和数据链路层的所有细节。

（三）TCP/IP协议簇

TCP/IP参考模型的每一层都具有组成TCP/IP协议簇的特定协议，这一点与OSI模型不同。

1.网络接口层

网络接口层是TCP/IP协议的最低层，它的作用是联系网络层和硬件设备。该层中有许多协议，如逻辑链路控制和媒体访问控制。(www.xing528.com)

2.网络互联层

网络互联层负责计算机之间的通信，包含以下三个功能：

（1）处理网络控制报文协议，也就是处理路径选择、流量控制、拥塞控制等问题。网络互联层决定了网络互联协议（IP）和数据分组格式。此外，该层定义了ARP、RARP和CMP协议。

（2）对传输层分组发送的请求进行处理，在接收请求后将分组加载到IP数据报中，填充报头，选择路径，将数据报发送到合适的接口。

3.传输层

传输层负责计算机程序与程序之间的通信及“端到端”通信。传输层可以调节信息流，为数据的到达提供可靠的传输。

传输层中的使用主要协议是TCP和UDP这两种。TCP是一种面向连接的可靠协议，可确保通信主机之间有效的字节流传输。UDP是一种无连接的不可靠协议，优点是协议简单，但无法保证正确的传输，不能排除重复信息。因此，如果追求可靠的数据传输，应选择TCP协议；如果对数据准确性要求不高，但追求速度和效率的话，则选择UDP协议。

4.应用层

应用层的作用是为用户提供一组通用应用程序。用户在该层调用访问网络的应用程序，应用程序与传输层协议协作以发送或接收数据。应用程序的种类有很多种，如一系列报文或字节流，其功能都是将数据传输到传输层进行交换。应用层协议主要如下：

（1）超文本传输协议（HTTP）：提供WWW服务。

（2）网络终端协议（TELNET）：用于远程序维护路由器、交换机等设备，实现远程登录。

（3）域名管理系统（DNS）：域名转IP地址。

（4）电子邮件协议（SMTP）：用于互联网传输电子邮件。

（5）文件传输协议（FTP）：用于文件传输和软件下载。

（6）简单网络管理协议（SNMP）：网络管理。

（四）TCP/IP协议的工作原理

以下是传输文件（FTP应用程序）的示例，可说明TCP/IP的工作原理（假设网络接口层使用以太网）。

如果主机A要将文件传输到主机B，则数据流过程如下：

首先，源主机A上的应用层打包一系列字节流，并使用FTP将它们传输到传输层；其次，传输层将字节流划分为TCP段，并将TCP包头提供给网络互联层（IP层）；再次，IP层生成数据包，将TCP段放入其数据域，并添加源主机A和目标主机B的IP位置，IP数据包传递到网络接口层；最后，网络接口层中的数据链路功能将IP数据包加载到其帧的数据部分，并将其发送到目标主机或IP路由器。上述将必要的协议信息附加到数据的过程称为封装。

在目标主机B中，数据链路层删除数据链路层的帧头，并将IP包提供给IP层；IP层检查IP包头，如果包头中的校验和与计算的校验和不一致，则删除该包；如果是一致的，则IP层将删除IP包头并将TCP段提供给TCP层，TCP层检查序列号以确定TCP段是否正确；TCP层检查TCP包头和数据，如果不正确，TCP层丢弃数据包；如果正确，向源主机发送确认，随后TCP层删除TCP包头并将字节传递给应用程序，至此，目标主机B接收到字节流。

此示例让人感觉源主机和目标主机是直接连接的，而实际上它们跨越了多个网络，要求分组交换设备一次次地保存和转发。在每个站，IP和以太网数据包都会被分解和重新打包，只有TCP数据包保持不变。这就是传输层的功劳：对于两个端点计算机，它们认为TCP数据包是直接传递的。传输层屏蔽了下层的通信过程，这使得通信的两端更容易处理传输问题。