TCP/IP 体系结构

简介: TCP/IP 体系结构的各层功能。

OSI 参考模型试图达到一种理想境界,即全世界的计算机都遵循统一的标准,让所有的计算机都能够方便地互连和交换数据。然而,由于 OSI 标准制定周期太长,协议实现过分复杂等原因,到了 20 世纪 90 年代初期,虽然整套的 OSI 标准都已制定出来,但当时的Internet 已抢先覆盖了全世界相当大的范围,因此网络体系结构得到广泛应用的并不是国际标准的 OSI,而是应用在 Internet 上的非国际标准的 TCP/IP 体系结构。

TCP/IP 体系结构参考模型分为四层:应用层、传输层、网络层、网络接口层。给出了 OSI 体系结构参考模型与 TCP/IP 体系结构参考模型的对比。

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TCP/IP 体系结构参考模型的四层中,分别使用不同的协议来完成数据的通信,下面就介绍一下各层中重要的协议。


TCP/IP 体系结构的层次划分

OSI 参考模型的提出在计算机网络发展史上具有里程碑的意义,以至于提到计算机网络就不能不提 OSI 参考模型。但是,OSI 参考模型具有定义过于繁杂、实现困难等缺陷。与此同时,TCP/IP 协议的出现和广泛使用,特别是因特网用户爆炸式的增长,使 TCP/IP网络的体系结构日益显示出其重要性。

TCP/IP 是指传输控制协议/网际协议,它是由多个独立定义的协议组合在一起的协议集合。TCP/IP 协议是目前最流行的商业化网络协议,尽管它不是某一标准化组织提出的正式标准,但它已经被公认为是目前的工业标准或“事实标准”。因特网之所以能迅速发展,就是因为 TCP/IP 协议能够适应和满足世界范围内数据通信的需要。

1. TCP/IP 协议的特点

1) 开放的协议标准,可以免费使用,并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。

(2) 独立于特定的网络硬件,可以运行在局域网、广域网以及因特网中。

(3) 统一的网络地址分配方案,使得整个 TCP/IP 设备在网络中都具有唯一的地址。

(4) 标准化的高层协议,可以提供多种可靠的用户服务。

2. TCP/IP 体系结构的层次

TCP/IP 体系结构将网络划分为 4 层,它们分别是应用层(Application layer)、传输层(Transport layer)、网络层(Internet layer)和网络接口层(主机-网络层)(Network interface layer),如图 3-5 所示。

3. TCP/IP 体系结构与 OSI 参考模型的对应关系

实际上,TCP/IP 的分层体系结构与 OSI 参考模型有一定的对应关系,如图 3-6 所示。

1TCP/IP 体系结构的应用层与 OSI 参考模型的应用层、表示层及会话层相对应。

(2TCP/IP 的传输层与 OSI 的传输层相对应。

(3TCP/IP 的网络层与 OSI 的网络层相对应。

(4TCP/IP 的网络接口层与 OSI 的数据链路层及物理层相对应。

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TCP/IP 体系结构各层功能

1. 网络接口层

TCP/IP 分层体系结构中,网络接口层又称主机-网络层,它是最低层,负责接收网络层的 IP 数据报以形成帧发送到传输介质上;或者从网络上接收帧,抽取数据报送给网络层。它包括了能使用 TCP/IP 与物理网络进行通信的所有协议。

TCP/IP 体系结构并未定义具体的网络接口层协议,旨在提高灵活性,以适应各种网络类型,如 LANWAN。它允许主机连入网络时使用多种现成的和流行的协议,例如局域网协议或其他一些协议。

2. 网络层

网络层又称互连层,是 TCP/IP 体系结构的第二层,它实现的功能相当于 OSI 参考模型中网络层的功能。

网络层的主要功能如下。

1) 处理来自传输层的分组发送请求。在收到分组发送请求之后,将分组装入 IP 数据报,填充报头,选择发送路径,然后将数据报发送到相应的网络接口。

(2) 处理接收的数据报。检查收到的数据报的合法性,进行路由。在接收到其他主机发送的数据报之后,检查目的地址,如需要转发,则选择发送路径,转发出去;如目的地址为本节点 IP 地址,则除去报头,将分组送交传输层处理。

(3) 处理 ICMP 报文、路由、流控与拥塞问题。

3. 传输层

传输层位于网络层之上,它的主要功能是负责应用进程之间的端到端通信。在 TCP/IP体系结构中,设计传输层的主要目的是在网络层中的源主机与目的主机的对等实体之间建立用于会话的端到端连接。因此,它与 OSI 参考模型的传输层相似。

4. 应用层

应用层是最高层。它与 OSI 模型中的高 3 层的任务相同,都用于提供网络服务,比如文件传输、远程登录、域名服务和简单网络管理等。

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