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2.1.3 TCP/IP的體系結構和特點

ISO/OSI網路的七層結構模型

網路設計者在解決網路體系結構時經常使用ISO/OSI(國際標準化組織/開放系統互聯)七層模型,該模型分為物理層、資料鏈路層、網路層、傳輸層、會話層、表示層和應用層,共7層。每一層代表一定層次的網路功能。

物理層(physical layer)
物理層涉及通訊在通道上傳輸的原始位元流。在物理層,設計的問題主要是處理機械的、電器的和過程介面,以及物理層下的物理傳輸介質等。

資料鏈路層(data link layer) 
資料鏈路層的主要任務是物理層傳輸原始位元的功能,使之隊網路層顯示為一條無錯的線路。傳送法把輸入資料分裝在資料frame裡,按順序傳送各frame,並處理接受方會送的確認frame(acknowledgement frame)。由於物理層僅傳送位元流,並不關心它的意義,所以只能依賴各鏈路層來產生和識別frame邊界。

網路層(network layer)
網路層關係到子網的執行控制,其中一個關鍵問題是確定分組從源端到目的端的路由選擇問題。路由既可以選用網路中固定的靜態路由表,也可以在每一次會話時決定,還可以根據網路的當前夫在狀況,高度靈活地為每一個分組決定路由。

傳輸層(transport layer)
基本功能:從會話層接收資料,並且在必要的時候將它們分成較小的單元,傳輸給網路層,並確保到達對方的各段資訊正確無誤,而且這些任務必須高效地完成。通常,會話層每請求建立一個傳輸連線,傳輸層就會為其川江一個獨立的網路連線。如果傳輸連線需要一個較高的吞吐量,傳輸層也可以為其建立多個網路連線,讓資料在這些網路連線上分流,以提高吞吐量。傳輸層也可以將幾個傳輸連線複用到一個網路連線上,以降低費用。傳輸層是真正的從源到目標“端到端”層。也就是說,源端機上的程式,利用報文頭和控制報文與目標機上的類似程式進行對話。

會話層(session layer)
會話層允許不同計算機上的擁護建立會話關係。會話層允許進行類似傳輸層的普通資料的傳輸,並提供對某些應用有用的增強服務會話,也可以被用於遠端登入到分時系統,或在兩臺機器間傳遞檔案。
會話層提供的服務:
管理會話 會話層允許資訊同時雙向傳輸,或任一時刻只能單項傳輸。
令牌管理(token management) 有些協議保證雙方不能同時進行同樣的操作。會話層提供立派。令牌可以在會話的雙方之間交換,只有持有令牌的一方可以執行某種關鍵操作。另一種服務是同步(synchronization)。

表示層(presentation layer)
表示層完成某些特定的功能。表示層服務的一個典型例子使用一種大家一致同意的標準方法對資料編碼。

應用層(application layer)
應用層包含大量人們普遍需要的協議。解決這一問題的方法之一是定義一個抽象的網路虛擬終端(network virtual terminal),編輯程式和其他所有的程式都面向該虛擬終端。而對每一種終端型別都寫一軟體把網路虛擬終端對映到實際終端,所有虛擬終端軟體都位於應用層。

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TCP/IP模型與ISO/OSI模型等價。
資料鏈路層和物理層=網路介面和物理層(TCP)
網路層=網路層(TCP)
傳輸層=傳輸層(TCP)
應用層、表示層、會話層=應用層(TCP)

TCP/IP協議的3個關鍵點:
1.TCP/IP是一族用來把不同物理網路連線在一起構成網際網的協議。TCP/IP連線獨立的網路形成一個虛擬的網,在網內用來確認獨立機器的不是物理網路地址,而是IP地址。
2.TCP/IP使用多層體系結構,該結構清晰地定義了每個協議的責任。TCP和UDP向網路應用程式提供高層的資料傳輸服務,並都需要IP來傳輸資料包。IP有責任為資料包到達目的地選擇合適的路由。
3.在Internet主機上,兩個執行著的應用程式之間的拴出要通過主機的TCP/IP堆疊上下移動。在傳送端TCP/IP模組加在資料上的資訊將在接收端對應的TCP/IP模組上濾掉,最終恢復原始資料。

TCP/IP物理層介面相當於OSI的第1~2層,表示TCP/IP的實現基礎,如Ethernet、Token Ring、Token Bus等。

TCP/IP網路層相當於OSI第3層,包括IP、ARP、RARP、ICMP等。

協議 解釋
 IP  網際協議(Internet Protocol)。負責主機間資料的路由何網路上資料的傳輸。同時為ICMP、TCP、UDP提供分組傳送服務。使用者進城通常不需要涉及這一層。
 ARP  地址解析協議(Address Resolution Protocol)。此協議將網路地址對映到硬體地址。
 RARP  反響地址解析協議(Reverse Address Resolution Protocol)。此協議將硬體地址對映到網路地址。
 ICMP 網際報文控制協議(Internet Control Message Protocol)。此協議處理信關和主機間的差錯和傳送控制。ICMP報文使用IP資料報進行傳送,這些報文通常由ICP/IP網路軟體本身來保證正確性。

TCP/IP傳輸層相當於OSI第4層,包括TCP、UDP兩個協議。

協議 解釋 
 TCP  傳輸控制協議(Transmission Control Protocol)。這是一種提供給給使用者程序的可靠的全雙工位元組流面向連線的協議。它要為使用者提供虛擬鏈路服務,併為資料可靠傳輸建立檢查。大多數網路使用者程式使用TCP。
 UDP  使用者資料報協議(User Datagram Protocol)。這是提供給使用者程序的無連線協議,用於傳送資料,而不執行正確性檢查。

TCP/IP應用層相當於OSI第5~7層,包括FTP、SMTP、Telnet、TFTP、HTTP等

 協議 解釋 
 FTP  檔案傳輸協議(File Transfer Protocol)。允許使用者以檔案操作的方式與另一主機相互通訊。
 SMTP  簡單郵件傳輸協議(Simple Mail Transfer Protocol)。SMTP協議為系統之間傳遞電子郵件。
 Telnet  終端協議(Telnet terminal Protocol)。允許使用者以虛擬終端方式訪問遠端主機。
 HTTP  超文字傳輸協議(HyperText Transfer Protocol),是全球資訊網的基礎,它使豐富多彩的Internet以簡單的方式展現給使用者。
 TFTP 簡單檔案傳輸協議(Trivial File Transfer Protocol),FTP的一種簡化版本。 

 網路應用程式不是直接與TCP/IP核心打交道,而是通過網路應用程式設計介面(套接字,socket)實現的。