TCP/IP协议的分层

T C P / I P协议族是一组不同的协议组合在一起构成的协议族。尽管通常称该协议族为 T C P / I P,但T C P和I P只是其中的两种协议而已(该协议族的另一个名字是 I n t e r n e t协议族(Internet Protocol Suite))。

TCP / IP通常被认为是一个四层协议系统,如图 1 - 1所示。

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每一层负责不同的功能:

1) 链路层,有时也称作数据链路层或网络接口层,通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆(或其他任何传输媒介)的物理接口细节。

2) 网络层,有时也称作互联网层,处理分组在网络中的活动,例如分组的选路。在TCP / IP协议族中,网络层协议包括 I P协议(网际协议),I C M P协议(I n t e r n e t互联网控制报文协议),以及I G M P协议(I n t e r n e t组管理协议)。

3 ) 运输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在 T C P / I P协议族中,有两个互不相同的传输协议:T C P(传输控制协议)和U D P(用户数据报协议)。

          T C P为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层,确认接收到的分组,设置发送最后确认分组的超时时钟等。由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信,因此应用层可以忽略所有这些细节。而另一方面,U D P则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机,但并不保证该数据报能到达另一端。任何必需的可靠性必须由应用层来提供。

4 ) 应用层负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的 T C P / I P实现都会提供下面这些通用的应用程序:

• Telnet 远程登录。

• FTP 文件传输协议。

• SMTP 简单邮件传送协议。

• SNMP 简单网络管理协。



假设在一个局域网( L A N)如以太网中有两台主机,二者都运行 F T P协议,图1 - 2 列出了该过程所涉及到的所有协议。

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这里,我们列举了一个 F T P客户程序和另一个F T P服务器程序。大多数的网络应用程序都被设计成客户—服务器模式。服务器为客户提供某种服务,在本例中就是访问服务器所在主机上的文件。在远程登录应用程序 Te l n e t中,为客户提供的服务是登录到服务器主机上。

在同一层上,双方都有对应的一个或多个协议进行通信。例如,某个协议允许 T C P层进行通信,而另一个协议则允许两个 I P层进行通信。

在图1 - 2的右边,我们注意到应用程序通常是一个用户进程,而下三层则一般在(操作系统)内核中执行。尽管这不是必需的,但通常都是这样处理的,例如 U N I X操作系统。

在图1 - 2中,顶层与下三层之间还有另一个关键的不同之处。应用层关心的是应用程序的细节,而不是数据在网络中的传输活动。下三层对应用程序一无所知,但它们要处理所有的

通信细节。

在图1 - 2中列举了四种不同层次上的协议。 F T P是一种应用层协议, T C P是一种运输层协议,I P是一种网络层协议,而以太网协议则应用于链路层上。 


网络层和运输层

图1 - 3是一个包含两个网络的互连网:一个以太网和一个令牌环网,通过一个路由器互相连接。尽管这里是两台主机通过路由器进行通信,实际上以太网中的任何主机都可以与令牌环网中的任何主机进行通信。

在图 1 - 3中,我们可以划分出端系统( End system )(两边的两台主机)和中间系统(Intermediate system)(中间的路由器)。应用层和运输层使用端到端( En d - t o - e n d)协议。在图中,只有端系统需要这两层协议。但是,网络层提供的却是逐跳( Ho p - b y - h o p)协议,两个端系统和每个中间系统都要使用它。

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在T C P / I P协议族中,网络层 I P提供的是一种不可靠的服务。也就是说,它只是尽可能快地把分组从源结点送到目的结点,但是并不提供任何可靠性保证。而另一方面, T C P在不可靠的I P层上提供了一个可靠的运输层。为了提供这种可靠的服务, T C P采用了超时重传、发送和接收端到端的确认分组等机制。由此可见,运输层和网络层分别负责不同的功能。


TCP / IP 协议族中的协议:

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        U D P为应用程序发送和接收数据报。一个数据报是指从发送方传输到接收方的一个信息单元(例如,发送方指定的一定字节数的信息)。但是与T C P不同的是,U D P是不可靠的,它不能保证数据报能安全无误地到达最终目的。S N M P也使用了U D P协议。

        I P是网络层上的主要协议,同时被 T C P和U D P使用。T C P和U D P的每组数据都通过端系统和每个中间路由器中的I P层在互联网中进行传输。在图1 - 4中,我们给出了一个直接访问I P的应用程序。这是很少见的,但也是可能的(一些较老的选路协议就是以这种方式来实现的。当然新的运输层协议也有可能使用这种方式)。

        I C M P是I P协议的附属协议。I P层用它来与其他主机或路由器交换错误报文和其他重要信息。尽管I C M P主要被I P使用,但应用程序也有可能访问它。我们将分析两个流行的诊断工具,P i n g和Tr a c e r o u t e,它们都使用了I C M P。

        I G M P是I n t e r n e t组管理协议。它用来把一个 U D P数据报多播到多个主机。

        A R P(地址解析协议)和R A R P(逆地址解析协议)是某些网络接口(如以太网和令牌环网)使用的特殊协议,用来转换 I P层和网络接口层使用的地址。

曹永达

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