TCP/IP协议族概述

TCP/IP协议族概述，TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)，中文名称为传输控制协议/网际互联协议，TCP/IP协议也随之不断发展，不仅在广域网上被普遍应用，在局域网上TCP/IP协议也已经取代其他协议而成为被普遍采用的协议。如今，TCP/IP协议已经成为了一种普遍且通用的网络互联标准。

TCP/IP协议是以OSI参考模型为框架开发出来的，是一种分层协议。图1显示了TCP/IP协议的层次结构与OSI参考模型的对应关系。

图1 TCP/IP层次结构与OSI参考模型的比较

由图1可以看出，TCP/IP协议的层次结构基本上是按照OSI参考模型设计的。只有在上三层的分层上，TCP/IP协议将OSI参考模型的应用层、表示层和会话层统一整合成为一个单一的应用层，从而使数据格式的表示、会话的建立等功能和应用软件更紧密地结合起来，与OSI参考模型相比更为实用和简单。

我们虽然在习惯上把TCP/IP称为协议，实际上它并不是一个单一的协议，而是一组协议的集合，称为TCP/IP协议族。

在TCP/IP协议族里，每一种协议负责网络数据传输中的一部分工作，为网络中数据的传输提供某一方面的服务。正是由于有了这些工作于各个层次的协议，整个TCP/IP协议族才能够有效地协同工作。图2展示了TCP/IP协议族的基本组成结构。

图2 TCP/IP协议族的基本组成结构
下面，我们对TCP/IP协议族的协议进行逐层的简要介绍。

1、应用层

应用层位于TCP/IP协议族的最上层，相当于OSI参考模型的应用层、表示层、会话层的综合。在应用层中包括了一些高层协议，如Telnet、FTP、SMTP、HTTP等，如图3所示。这些协议为用户提供最基本的应用和服务。

图3 TCP/IP协议族的应用层协议
在图3 所介绍的应用层协议中，Telnet协议可以让用户登录到远程主机上进行操作;FTP协议提供了数据在主机间进行有效传输的手段;SMTP协议是专用于传送电子邮件的协议;DNS协议用于将主机名和IP地址形成一对一或多对一的映射关系;HTTP协议用于搜索WWW上的超文本。

2、传输层

传输层主要负责端到端的通信，源端的应用进程通过传输层，可以与目的端的相应进程进行直接会话。

在一台网络主机上，发送给网络上其他主机的数据流从应用层向下传递到传输层，并且在这一层被分割封装成为“数据段(Segment)”。在向数据段中添加必要的传输层控制信息后，传输层将数据段向下传送给网络层进行处理;同时，该主机所接收的数据信息在经过网络层处理之后，向上传递到传输层，由传输层将这些数据段组装成数据流后向上传送给应用层进行处理。

传输层为数据提供可靠传输和不可靠传输两种传输方式。

TCP协议是一个面向连接的数据传输协议，它提供数据的可靠传输。TCP协议在把数据完整无缺地传送到网络中的目的端的同时，对数据进行监控、纠错和重发，并且进行数据流量控制，即确保发送方的发送能力和接收方的接收能力实时、一致。但是TCP协议保证数据传输可靠性的这些操作，也使得TCP协议传输数据的延迟时间大于UDP协议传输数据的延迟时间。

UDP协议是一种提供无连接服务的协议。当我们希望减少数据在传输过程中的延迟时间时，我们可以使用UDP协议传输数据。UDP协议提供的传输是不可靠的，它虽然实现了快速的请求与响应，但是不具备纠错和数据重发功能。

综上所述，我们可以知道，TCP协议具有高可靠性，而UDP协议具有高效性。

3、网络层(IP层)

在TCP/IP协议族中，有多个协议工作在网络层上，图4显示了这些工作在网络层上的协议。

图4 TCP/IP协议族的网络层协议
在如图4所示的这些工作在网络层的协议中，IP协议是非常重要的一个协议。它负责对传输层传递来的数据段进行封装，通过在其中添加IP地址等网络层信息，将数据段封装成数据包，并且将数据包进行无连接地传送。也就是说，IP协议的数据传输也是无顺序的、不可靠的，它的可靠性依靠传输层的TCP协议提供。

另外，在网络层的其他协议中，ICMP协议在TCP/IP协议族中负责发送出错和控制信息。ARP和RARP负责IP地址与MAC地址之间的映射和反向映射。