TCP/IP模型与协议：PLC网络系统配置指南

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）为网络的传输控制协议/网际协议，源于美国国防部研究性网络ARPANET。用它可将不同的网络实现无缝连接。它既是一个完整的协议簇，又是一个网络体系结构。它出现在OSI/RM模型之前，早已成为计算机网络事实上的标准，网络体系结构事实上的参考模型。当今互联网使用的都是这个模型与协议簇。

TCP/IP网络体系结构分为4个层次，自下向上依次为网络接口层、网际层、传输层和应用层。在各个层都定义相应协议。

在TCP/IP参考模型中，去掉了OSI参考模型中的会话层和表示层（这两层的功能被合并到应用层实现）。同时将OSI参考模型中的数据链路层和物理层合并为主机到网络层。下面分别介绍各层的主要功能。

1.网络接口层

这个层大体与OSI的物理层及数据链路层相当。是TCP/IP模型的最低层。但TCP/IP模型没有具体定义它的内涵。只是指出主机必须使用某种协议与互连网络连接，以便能在其上传递IP分组。这里没有具体的协议，为的是保证通过TCP/IP参考模型可将不同的物理网络互连起来。

2.互连网（IP）层

互连网层也称网际层，负责源站点与目标站点之间的数据传输，相当于OSI参考模型中的网络层。

TCP/IP是为包容各种物理网络技术而设计的，这种包容性主要体现在IP层中。在实际网络中，帧或报文格式、地址格式差别很大。TCP/IP的重要思想之一就是通过IP将各种底层网络统一起来，达到屏蔽底层细节，提供统一界面的目的。

IP向上层（主要是TCP层）提供统一的IP报文，使得各种网络帧或报文格式的差异性对高层已不复存在。IP层是TCP/IP实现异构网络互连的最关键一层。

IP层使用的IP协议主要用于负责IP寻址、路由选择和IP数据包的分割和组装。目前，常用的IP协议是IP协议的第四版本，即IPv4，是互联网中最基础的协议，最多可支持4294967296（2³²）个地址连接到Internet。

3.传输层

它与OSI参考模型中传输层的功能是一样的，即在源站点和目的站点的两个进程实体之间提供可靠的端到端的数据传输。

TCP/IP模型提供了两个传输层协议：传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。

TCP协议是一个可靠的面向连接的传输层协议，它将某站点的数据以字节流形式无差错投递到互联网的任何一台机器上。发送方的TCP将用户交来的字节流划分成独立的报文，交给互连网层，并由其发送，而接收方的TCP将接收的报文重新装配，再交给接收用户。TCP同时处理有关流量控制的问题，以防止快速的发送方淹没慢速的接收方。

用户数据报协议UDP是一个不可靠的、无连接的传输层协议，UDP协议将可靠性问题交给应用程序解决。UDP协议主要面向请求/应答式的交易型应用，一次交易往往只有一来一回两次报文交换，假如为此而建立连接和撤销连接，开销是相当大的。这种情况下使用UDP就非常有效。另外，UDP协议也应用于那些对可靠性要求不高，但要求网络的延迟较小的场合，如话音和视频数据的传送。

(www.xing528.com)

图1-32 TCP/IP模型各层使用的主要协议

4.应用层

与OSI模型的3个高层相当。包括所有的高层协议。有远程登录协议（Telnet）、文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）、简单邮件传输协议（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP）、主机名字地址映射成网络地址的域名服务协议（Domain Name Service，DNS）、传输网络新闻协议（Network News Transfer Protocol，NNTP）和用于从WWW网上读取页面信息的超文本传输协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）协议等。

图1-32所示为TCP/IP模型各层所使用的主要协议。

从图知，网络接口层除了支持以太网协议，还支持其他一些网络协议。

TCP/IP协议使用一组由十进制数组成的4段数字（最大为255）来确定计算机的地址。每段数字之间用小数点隔开，例如122.68.73.1，习惯上把这种识别计算机的数字称为IP地址。通过IP地址，操作系统可以方便地在网络中识别不同的计算机，在TCP/IP协议中提供了称为域名解析服务（DNS）的方案，它可以将IP地址转化为用文字表示的计算机名称，例如www.microsoft.com，这种用文字表示主机的方法，可以使用户更加容易理解IP地址所代表的含义或者拥有该地址的计算机所代表的公司或提供服务的领域，避免了纯数字的枯燥乏味。另外，TCP/IP协议是一种可以路由的协议，通过识别子网掩码，可以在多个网络间传递和复制信息。

微软的联网方案也使用了TCP/IP协议，在Windows2000Server中，TCP/IP协议与DNS以及动态主机配置协议（DHCP）配合使用。DHCP用来分配IP地址，当用户计算机登录网络时，会自动寻找网络中的DHCP服务器，以便从DHCP服务器获得网络连接的动态配置，并获得IP地址。

TCP/IP还有一个基本思想：任何一个能传输数据分组的通信系统，均可被看做是一个独立的物理网络，这些通信系统均得到平等对待。大到广域网、小到局域网，甚至两台机器之间的点到点专线以及拨号电话线路都被当做网络，这就是互联网的网络对等性。

TCP/IP还具有以下特点：

1）TCP/IP通信协议简单、灵活、易于实现，充分考虑不同用户的需求，并已经在现实的网络中使用。

2）TCP/IP不是某特定厂商所制定的通信协议，是开放的协议标准，可以免费使用，并有组织负责管理，如统一的网络地址分配，整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址等。

3）独立于特定的网络硬件与操作系统，可以运行在局域网、广域网，更适用于互联网中。

4）已经有相当数量的软件及操作系统采用TCP/IP通信协议作为建立网络的基础，而且相关的文件数量相当多，影响力大。

5）标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。

正是这样，在PLC信息网中也有TCP/IP的应用。但TCP/IP也有不足，主要是没有明显地区分出协议、接口和服务的概念；不通用，只能描述它本身；主机-网络层只是个接口；不区分物理层和数据链路层。