TCP/IP协议族详解（一）

写在最前面：大学时，自己所学的专业就是网络工程，奈何自己对这方面兴趣不大，一心想要开发游戏，所以学的也是乱七八糟，谁曾想，毕业后真的入了游戏这一行，而且还是服务器，网络方便的知识多少还是要掌握一下，遂依照网易云课堂上的教程又重新复习了一遍TCP/IP结构。

本系列文章是教程：TCP、IP协议族详解的学习笔记。

该系列大概分为下面几个部分：

• 1、TCP/IP协议4层结构以及每层的作用
• 2、IP协议详解
• 3、ARP协议和RARP协议详解
• 4、ICMP协议详解
• 5、TCP协议详解
• 6、UDP协议详解

本文主要介绍TCP/IP网络体系四层结构，以及每层的作用。

在介绍TCP/IP四层结构之前，先介绍一下OSI七层参考模型。

1、ISO/OSI

英文全称为Open Systems Interconnection Reference Model(开放式通信系统互联参考模型)，它是国际标准化组织ISO(International Organization for Standardization)提出的一个框架，注意的是，OSI只是一个参考模型，现在的厂商并不是完全按照这个标准，而是参考了这个标准，所以才有现在比较常用的TCP/IP四层网络体系结构，它简化了OSI模型。

7层模型的功能

OSI标准分为7层，从下往上分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层，同时规定了这个7层结构需要遵循的一些准则。见下图：

下面介绍下OSI七层模型每层的作用：

1. 应用层：是应用程序访问网络服务的窗口，提供应用程序运行的环境、负责管理和执行应用程序，它是直接面向应用程序的
2. 表示层：确定计算机之间交换数据的格式，为数据在传输之前，对加密、解密、压缩、解压缩以及终端数据格式提供一套规则和约定（它不对数据做操作，只是提供一套规则）
3. 会话层：允许不同计算机上的两个应用程序建立、使用和结束会话，对对话的双方进行资格审查和验证的规则，同时规定发送时的单双工模式，用来使不同应用程序的数据与其他应用程序的数据保持隔离

4. 传输层：确保报文无差错、有序、不丢失、无重复的传输，它主要负责分割与重组数据、按端口号寻址、连接管理、差错控制和流量控制

   传输层在7层体系中起到了一个承上启下的作用，它相当于一个纽带，连接上面三层（偏软件）与下面三层（偏硬件），它是七层中最重要、最关键的一层。它传输的数据称为数据段（Segment）

5. 网络层：负责信息寻址（IP协议）和将逻辑地址和名字转换为物理地址（ARP协议），负责建立、保持、终止通过中间设备的连接，同时负责通讯子网内路径选择和拥挤控制，它传输的数据称为数据包（Packet）
6. 数据链路层：负责从网络层向物理层发送数据帧，它将数据组装成帧，处理数据在传输过程中出现的差错，调节发送速率，它传输的数据称为数据帧（Frame）
7. 物理层：发送和接收比特流

注意要区别点到点和端到端这两个概念：

• 点到点，是物理层面的概念，比如上图中，两个中间结点就是点到点的连接
• 端到端，是逻辑层面的概念，可以理解是设备A的某个端口与远程设备B的某个端口的连接

7层模型的使用

加入计算机A通过一个进程向计算机B发送数据，那么发送的数据每经过一层（发送方从上到下），就会在数据的头部加上该层的头部，到达计算机B后，每过一层（从下到上），又减去该层头部，最后计算机B收到A发送的原始数据。

注意：数据链路层，除了会加上头部，还会在数据末尾加上尾部，而其他层，只会加上头部。

2、TCP/IP四层结构

因为OSI七层参考模型也有缺点，比如开发成本大、功能重叠，实现复杂等，所以TCP/IP协议体系在OSI的基础上做了一些简化，它分为四层，从上到下分别为：应用层、传输层、网络层、网络接口层（或者叫数据链路层）。

它与OSI七层模型的对应关系如下图：

另外，TCP/IP协议实际上包含了大量的协议和应用，并且由多个独立定义的协议组合在一起，因此说，TCP/IP是一个协议族而不是一种协议。

TCP/IP协议族主要协议

• 应用层：各种服务及应用程序通过该层利用网络。常用协议：HTTP（基于TCP）、FTP(文件传输，基于TCP)、SMTP、TELNET(终端仿真,基于TCP)、DNS(域名解析)等。
• 传输层：确认数据传输及进行纠错处理，常用协议：TCP、UDP。
• 网络层：负责数据的传输，路径及地址选择。常用协议：IP、ICMP(互联网控制消息协议)、ARP(地址解析协议)、RARP(反向地址解析协议，已不常用)。
• 网络接口层：是针对不同物理网络的连接形式的协议。例如：Ethernet(以太网，目前最常用的局域网中使用网络接口层协议)、FDDI、ATM、PPP(点对点协议，广域网)。

每层对应的主要协议：

网络接口层

这里顺便介绍一下网络接口层（数据链路层），因为我主要想学习的并非偏硬件层的知识，所以，也不作过多的学习和研究。

在早期，IEEE 802委员会（1980年2月，所以称为802委员会）将局域网的数据链路层拆分了两个子层：

• MAC子层（Media Access Control），介质访问控制
• LLC子层（Logical Link Control），逻辑链路控制

现在已经不再使用了，取而代之的是以太网（Ethernet）。

以太网和互联网的区别

以太网是一种局域网，只能连接附近的设备，属于数据链路层，因特网是广域网，而且是一个最大的广域网。因此可以说互联网是包含以太网的。