TCP/IP協議族概述

TCP/IP協議族概述，TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)，中文名稱為傳輸控制協議/網際互聯協議，TCP/IP協議也隨之不斷發展，不僅在廣域網上被普遍應用，在局域網上TCP/IP協議也已經取代其他協議而成為被普遍采用的協議。如今，TCP/IP協議已經成為了一種普遍且通用的網絡互聯標準。

TCP/IP協議是以OSI參考模型為框架開發出來的，是一種分層協議。圖1顯示了TCP/IP協議的層次結構與OSI參考模型的對應關系。

圖1 TCP/IP層次結構與OSI參考模型的比較

由圖1可以看出，TCP/IP協議的層次結構基本上是按照OSI參考模型設計的。只有在上三層的分層上，TCP/IP協議將OSI參考模型的應用層、表示層和會話層統一整合成為一個單一的應用層，從而使數據格式的表示、會話的建立等功能和應用軟件更緊密地結合起來，與OSI參考模型相比更為實用和簡單。

我們雖然在習慣上把TCP/IP稱為協議，實際上它并不是一個單一的協議，而是一組協議的集合，稱為TCP/IP協議族。

在TCP/IP協議族里，每一種協議負責網絡數據傳輸中的一部分工作，為網絡中數據的傳輸提供某一方面的服務。正是由于有了這些工作于各個層次的協議，整個TCP/IP協議族才能夠有效地協同工作。圖2展示了TCP/IP協議族的基本組成結構。

圖2 TCP/IP協議族的基本組成結構
下面，我們對TCP/IP協議族的協議進行逐層的簡要介紹。

1、應用層

應用層位于TCP/IP協議族的最上層，相當于OSI參考模型的應用層、表示層、會話層的綜合。在應用層中包括了一些高層協議，如Telnet、FTP、SMTP、HTTP等，如圖3所示。這些協議為用戶提供最基本的應用和服務。

圖3 TCP/IP協議族的應用層協議
在圖3 所介紹的應用層協議中，Telnet協議可以讓用戶登錄到遠程主機上進行操作;FTP協議提供了數據在主機間進行有效傳輸的手段;SMTP協議是專用于傳送電子郵件的協議;DNS協議用于將主機名和IP地址形成一對一或多對一的映射關系;HTTP協議用于搜索WWW上的超文本。

2、傳輸層

傳輸層主要負責端到端的通信，源端的應用進程通過傳輸層，可以與目的端的相應進程進行直接會話。

在一臺網絡主機上，發送給網絡上其他主機的數據流從應用層向下傳遞到傳輸層，并且在這一層被分割封裝成為“數據段(Segment)”。在向數據段中添加必要的傳輸層控制信息后，傳輸層將數據段向下傳送給網絡層進行處理;同時，該主機所接收的數據信息在經過網絡層處理之后，向上傳遞到傳輸層，由傳輸層將這些數據段組裝成數據流后向上傳送給應用層進行處理。

傳輸層為數據提供可靠傳輸和不可靠傳輸兩種傳輸方式。

TCP協議是一個面向連接的數據傳輸協議，它提供數據的可靠傳輸。TCP協議在把數據完整無缺地傳送到網絡中的目的端的同時，對數據進行監控、糾錯和重發，并且進行數據流量控制，即確保發送方的發送能力和接收方的接收能力實時、一致。但是TCP協議保證數據傳輸可靠性的這些操作，也使得TCP協議傳輸數據的延遲時間大于UDP協議傳輸數據的延遲時間。

UDP協議是一種提供無連接服務的協議。當我們希望減少數據在傳輸過程中的延遲時間時，我們可以使用UDP協議傳輸數據。UDP協議提供的傳輸是不可靠的，它雖然實現了快速的請求與響應，但是不具備糾錯和數據重發功能。

綜上所述，我們可以知道，TCP協議具有高可靠性，而UDP協議具有高效性。

3、網絡層(IP層)

在TCP/IP協議族中，有多個協議工作在網絡層上，圖4顯示了這些工作在網絡層上的協議。

圖4 TCP/IP協議族的網絡層協議
在如圖4所示的這些工作在網絡層的協議中，IP協議是非常重要的一個協議。它負責對傳輸層傳遞來的數據段進行封裝，通過在其中添加IP地址等網絡層信息，將數據段封裝成數據包，并且將數據包進行無連接地傳送。也就是說，IP協議的數據傳輸也是無順序的、不可靠的，它的可靠性依靠傳輸層的TCP協議提供。

另外，在網絡層的其他協議中，ICMP協議在TCP/IP協議族中負責發送出錯和控制信息。ARP和RARP負責IP地址與MAC地址之間的映射和反向映射。