6.4.1 TCP/IP协议的基本知识

TCP/IP是应用最广泛的Internet所使用的网络协议，这是一个广域网协议，当然也能基于这种协议组织局域网。由于TCP/IP协议承担着Internet服务中绝大部分的功能，经过几十年的发展，TCP/IP协议已经有了很大的扩展。

1. TCP/IP的基本含义

TCP/IP协议的含义是“传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol / Internet Protocol）”，是一种广泛使用的网络互连标准协议。顾名思义，TCP/IP协议的核心内容包括两个部分：其一是传输控制协议，它采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性，为网络数据传输提供一种可靠的数据流服务。其二是网际协议，或者称为互联网协议，其目的是将多个网络连成一个互联网，可以把高层的数据以多个数据报的形式通过互联网分发出去。IP的基本任务是通过互联网传送数据报，并且保证各个数据报之间是相互独立的。

TCP/IP协议是一种广泛应用的广域网协议，已经成为事实上的网络协议标准。

2. TCP/IP协议族简介

作为重要的网络协议，TCP/IP协议解决了网络硬件的接口标准、局域网之间的互连与寻址、相邻站点之间的数据传输、主机之间的可靠传输、面向用户的各类服务等各个层次的问题。从TCP/IP协议的功能看，TCP/IP协议不仅仅局限于TCP和IP协议，而是一个成员众多的协议家族。TCP/IP协议分为四层，从物理连接到用户应用，其层次结构为：物理链路层、主机互连层（网络层）、传输层、应用层。TCP/IP协议的层次结构如图6-2所示。

图6- 2TCP/IP的层次结构

(1)物理链路层

物理链路层是TCP/IP协议的最底层，主要用于定义一些网络适配器规范、明确接口标准。例如，面向局域网的以太网协议（Ethernet）、面向传统拨号网络的PPP协议，面向ADSL模式的PPPoE标准。

在网络设备制造的时候，硬件制造商会为每个设备赋予一个特定的标记，这个标记具有唯一性，与硬件和厂商密切相关，主要工作在物理链路层。这个标记称为设备的物理地址，也叫MAC（Media

Access Control）地址。MAC地址用于控制两个相邻的物理设备之间的数据交换。

(2)网络层

网络层，也叫主机互连层，本层主要解决多个网络的互连问题。当多个局域网互连在一起形成一个规模较大的广域网时，主机之间实现通信的关键是找到一条从源主机到目标主机的最优路径。为此必须解决两个问题：其一，整个网络内所有设备的统一标记问题；其二，最优路径的选择。由于一个网络内部可能包含多个公司的产品，其MAC地址无法体现设备之间的连接关系、拓扑结构。因此，对网络内设备的管理应该根据设备所属的网络、设备之间的相互关系重新编址。

主机互连层中主要包括四个协议，其中的IP协议负责制定编址规范并根据目标地址寻求最优路径，人们把根据主机互连层的IP协议编写的地址称为IP地址，IP地址能够反应网络中各个设备之间的层次关系、亲疏关系。ARP协议负责把IP地址转换为设备的MAC地址，以便实现节点到节点的传输；RARP协议负责根据MAC地址反向解释为IP地址；另外，还有一个ICMP协议，是互连报文控制协议，用于传递一些必要的控制信息。

在互联网中，当源主机向目标主机发出请求后，IP协议会根据源主机和目标主机的IP地址寻求到达目标主机的最佳路径，掌握在此过程中需要经历的节点，并在每个节点的路由器中记下下一个节点的地址，以便从一个节点向下一个节点发送数据。

在TCP/IP协议的发展中，出现了两个重要的版本：IPv4地址体系和IPv6地址体系。

(3)传输层

传输层包括两个协议，其一是TCP协议，其二是UDP协议。TCP是一种可靠的面向连接的协议，主要功能是保证信息无差错的传输到目的主机，TCP协议中包括分组检查、差错控制、流量控制等功能，负责实施两台主机之间的可靠的数据传输。UDP协议是一种不可靠的无连接协议，它不进行分组顺序检查和差错控制，相比于TCP协议，其传输效率较高。

传输层接收应用层的服务要求，为应用层的各种服务提供传输支撑。为了对应于应用层不同类型的服务，在一台主机的TCP和UDP协议上排列着多个服务队列，每个队列中排列着针对一种服务的若干数据包，因此，这种队列是面向服务进程，被称为网络端口。在每台计算机的TCP和UDP协议内都会有65536个网络端口。

(4)应用层

应用层是面向用户的协议，指计算机为用户提供的各种服务。比如，提供Web站点服务的Http协议、提供文件传输的FTP协议、提供域名解析的DNS服务、提供邮件传输的SMTP服务、提供邮件接收的POP3服务或者IMAP服务，等等。

每一种应用层服务对应于传输层内的一个网络端口，服务所使用的网络端口可由系统自动配置或由用户设定。