10.1TCP/IP協議概述

10.1.1OSI參考模型及TCP/IP參考模型

讀者一定都聽說過著名的OSI協議參考模型，它是基于國際標準化組織（ISO）的建議發展起來的，從上到下共分為7層：應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層及物理層。這個7層的協議模型雖然規定得非常細致和完善，但在實際中卻得不到廣泛的應用，其重要的原因之一就在于它過于復雜。但它仍是此后很多協議模型的基礎，這種分層架構的思想在很多領域都得到了廣泛的應用。

與此相區別的TCP/IP協議模型從一開始就遵循簡單明確的設計思路，它將TCP/IP的7層協議模型簡化為4層，從而更有利于實現和使用。TCP/IP的協議參考模型和OSI協議參考模型的對應關系如圖10.1所示。

圖10.1OSI模型和TCP/IP參考模型對應關系

下面分別對TCP/IP的4層模型進行簡要介紹。

n 網絡接口層：負責將二進制流轉換為數據幀，并進行數據幀的發送和接收。要注意的是數據幀是獨立的網絡信息傳輸單元。

n 網絡層：負責將數據幀封裝成IP數據包，并運行必要的路由算法。

n 傳輸層：負責端對端之間的通信會話連接與建立。傳輸協議的選擇根據數據傳輸方式而定。

n 應用層：負責應用程序的網絡訪問，這里通過端口號來識別各個不同的進程。

10.1.2TCP/IP協議族

雖然TCP/IP名稱只包含了兩個協議，但實際上，TCP/IP是一個龐大的協議族，它包括了各個層次上的眾多協議，圖10.2列舉了各層中一些重要的協議，并給出了各個協議在不同層次中所處的位置，如下所示。

n ARP：用于獲得同一物理網絡中的硬件主機地址。

n MPLS：多協議標簽協議，是很有發展前景的下一代網絡協議。

n IP：負責在主機和網絡之間尋址和路由數據包。

n ICMP：用于發送有關數據包的傳送錯誤的協議。

n IGMP：被IP主機用來向本地多路廣播路由器報告主機組成員的協議。

n TCP：為應用程序提供可靠的通信連接。適合于一次傳輸大批數據的情況。并適用于要求得到響應的應用程序。

n UDP：提供了無連接通信，且不對傳送包進行可靠性保證。適合于一次傳輸少量數據，可靠性則由應用層來負責。

10.1.3TCP和UDP

在此主要介紹在網絡編程中涉及的傳輸層TCP和UDP協議。

1．TCP

（1）概述。

同其他任何協議棧一樣，TCP向相鄰的高層提供服務。因為TCP的上一層就是應用層，因此，TCP數據傳輸實現了從一個應用程序到另一個應用程序的數據傳遞。應用程序通過編程調用TCP并使用TCP服務，提供需要準備發送的數據，用來區分接收數據應用的目的地址和端口號。

通常應用程序通過打開一個socket來使用TCP服務，TCP管理到其他socket的數據傳遞。可以說，通過IP的源/目的可以惟一地區分網絡中兩個設備的連接，通過socket的源/目的可以惟一地區分網絡中兩個應用程序的連接。

（2）三次握手協議。

TCP對話通過三次握手來進行初始化。三次握手的目的是使數據段的發送和接收同步，告訴其他主機其一次可接收的數據量，并建立虛連接。

下面描述了這三次握手的簡單過程。

n 初始化主機通過一個同步標志置位的數據段發出會話請求。

n 接收主機通過發回具有以下項目的數據段表示回復：同步標志置位、即將發送的數據段的起始字節的順序號、應答并帶有將收到的下一個數據段的字節順序號。

n 請求主機再回送一個數據段，并帶有確認順序號和確認號。