资讯

历史

科技

环境与自然

成长

游戏

财经

文学与艺术

美食

健康

家居

文化

情感

汽车

三农

军事

旅行

运动

教育

生活

星座命理

TCP/IP模型详解：结构、功能与应用

创作时间:

作者:

@小白创作中心

TCP/IP模型详解：结构、功能与应用

引用

来源

https://www.geeksforgeeks.org/tcp-ip-model/

TCP/IP模型简介

TCP/IP模型是计算机网络的基础框架，代表传输控制协议/互联网协议，是互联网的核心协议。该模型定义了数据在网络中传输的方式，确保设备之间的可靠通信。它由四层组成：链路层、互联网层、传输层和应用层。每一层都有特定的功能，帮助管理网络通信的不同方面，对于理解和操作现代网络至关重要。

TCP/IP模型由美国国防部（DoD）在20世纪60年代设计开发，基于标准协议。与OSI模型的七层相比，TCP/IP模型是一个简化的版本，包含四层。本文将详细介绍TCP/IP模型。

TCP/IP模型是在ARPANET创建的同时开发的，后者后来成为现代互联网的基础。它的设计重点在于当时的实际网络需求，将低级硬件细节和物理传输介质抽象化，更注重高层网络协议。

TCP/IP的作用

TCP/IP的主要功能是将计算机数据从一个设备传输到另一个设备。这个过程的主要条件是确保数据的可靠性和准确性，使接收者能够接收到与发送者发送的相同信息。为了确保这一点，TCP/IP模型将每个消息分割成数据包，并在另一端重新组合，从而在传输过程中保持数据的准确性。TCP/IP模型用于现实世界的互联网环境中，各种物理介质和网络技术都在使用。它没有指定特定的物理层，而是允许灵活地适应不同的物理实现。

TCP与IP的区别

特征	TCP（传输控制协议）	IP（互联网协议）
目的	确保应用程序之间可靠、有序且经过错误检查的数据传输	负责基于IP地址在网络间路由数据包
类型	面向连接	无连接
功能	管理设备间的数据传输，确保数据完整性和顺序	根据IP地址将数据包从源传输到目的地
错误处理	是，包括错误检查和恢复机制	否，IP本身不处理错误，依赖上层协议如TCP
流量控制	是，包括流量控制机制	否
拥塞控制	是，管理网络拥塞	否
数据分段	将数据分割成较小的数据包并在目的地重新组装	将数据分割成数据包但不处理重新组装
报头大小	较大，20-60字节	较小，通常20字节
可靠性	提供可靠的数据传输	不保证交付、可靠性和顺序
传输确认	是，确认数据包的接收	否

TCP/IP模型的工作原理

当我们使用TCP/IP模型在互联网上发送数据时，模型会在发送端将数据分割成数据包，接收端需要将这些数据包重新组合以恢复原始数据，以保持数据的准确性。TCP/IP模型将数据分为四层过程，数据首先按顺序进入各层，然后在接收端按相反顺序重新组织。

TCP/IP模型的层次结构

应用层
传输层（TCP/UDP）
网络/互联网层（IP）
网络接入层

TCP/IP和OSI模型的对比图如下：

1. 网络接入层

网络接入层代表需要网络通信的应用程序集合。该层负责生成数据并发起连接请求。它代表发送方管理数据传输，而接收方的网络接入层则处理和管理传入数据。本文将重点介绍其在接收方的作用。

网络接入层识别数据包的网络协议类型，例如TCP/IP，并提供错误预防和"帧"功能。PPP（点对点协议）帧和以太网IEEE 802.2帧是数据链路层协议的两个示例。

2. 互联网或网络层

该层与OSI的网络层功能相似。它定义了负责在整个网络上逻辑传输数据的协议。该层的主要协议包括：

互联网层是互联网协议（IP）套件中的一层，该套件定义了互联网。互联网层负责将数据包从一个设备路由到另一个设备。它通过为每个设备分配一个唯一的IP地址来实现这一点，该地址用于标识设备并确定数据包应采取的路由。

示例：

假设你使用计算机向朋友发送电子邮件。当你点击"发送"时，电子邮件被分解成较小的数据包，然后发送到互联网层进行路由。互联网层为每个数据包分配一个IP地址，并使用路由表确定数据包到达目的地的最佳路径。数据包然后转发到其路径上的下一个跳点，直到到达目的地。当所有数据包都已送达时，你朋友的计算机可以将它们重新组装成原始电子邮件消息。

在这个例子中，互联网层在将电子邮件从你的计算机传递到你朋友的计算机中发挥着关键作用。它使用IP地址和路由表确定数据包的最佳路径，并确保数据包被传递到正确的目的地。如果没有互联网层，就不可能在互联网上发送数据。

3. 传输层

TCP/IP传输层协议交换数据接收确认并重新传输丢失的数据包，以确保数据包按顺序且无误地到达。这种端到端的通信被称为端到端通信。传输层的协议包括传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。

TCP：应用程序可以像物理连接一样使用TCP进行交互。TCP以类似于逐字符传输的方式传输数据，而不是独立的数据包。这种传输包括建立连接的起点、按字节顺序传输整个数据以及关闭连接的终点。
UDP：UDP是传输层的另一个协议，提供数据报传递服务。UDP不验证接收和发送主机之间的连接。对于传输少量数据的应用程序来说，UDP比TCP更合适，因为它消除了建立和验证连接的过程。

4. 应用层

TCP/IP模型的应用层结合了OSI模型中的三个层次：应用层、表示层和会话层。该层类似于OSI模型中的传输层。它负责端到端的通信和数据的无误传递。它保护上层应用程序免受数据复杂性的困扰。该层的主要协议包括：

主机到主机层是OSI（开放系统互连）模型中的一层，负责在网络中的主机（计算机或其他设备）之间提供通信。它也被称为传输层。

主机到主机层的一些常见用途包括：

可靠数据传输：主机到主机层通过使用错误校正和流量控制等技术确保数据在主机之间可靠传输。例如，如果在传输过程中丢失了一个数据包，主机到主机层可以请求重新传输该数据包，以确保所有数据都正确接收。
分段和重组：主机到主机层负责将大数据块分解成较小的段，以便在网络上传输，然后在目的地重新组装数据。这使得数据能够更有效地传输，并有助于避免网络过载。
多路复用和解复用：主机到主机层负责将来自多个源的数据多路复用到单个网络连接上，然后在目的地解复用数据。这使得多个设备能够共享相同的网络连接，并有助于提高网络利用率。
端到端通信：主机到主机层提供连接导向的服务，允许主机之间进行端到端通信，而无需中间设备参与通信。

示例：

考虑一个包含两台主机A和B的网络。主机A想要向主机B发送一个文件。主机A中的主机到主机层将文件分解成较小的段，添加错误校正和流量控制信息，然后将段传输到主机B。主机B中的主机到主机层接收段，检查错误，并重新组装文件。一旦文件成功传输，主机B中的主机到主机层将向主机A确认文件接收。

在这个例子中，主机到主机层负责在主机A和主机B之间提供可靠连接，将文件分解成较小的段，并在目的地重新组装段。它还负责多路复用和解复用数据，并提供主机之间的端到端通信。

为什么TCP/IP模型没有物理层

TCP/IP模型没有物理层，因为数据链路层被认为是TCP/IP栈与底层网络硬件接口的点。此外，TCP/IP被设计为独立于底层物理介质。这使得TCP/IP能够灵活适应不同类型的数据连接，如以太网、Wi-Fi、光纤或甚至较旧的技术如拨号调制解调器。物理层通常由特定于物理介质的硬件组件和标准处理，如以太网电缆或Wi-Fi的无线电波。

其他常见互联网协议

TCP/IP模型涵盖了许多互联网协议。这些互联网协议的主要规则是如何在互联网上验证和发送数据。一些常见的互联网协议包括：

TCP/IP与OSI模型的区别

TCP/IP	OSI
TCP指的是传输控制协议。	OSI指的是开放系统互连。
TCP/IP在应用层本身包含会话和表示层。	OSI使用不同的会话和表示层。
TCP/IP采用无连接的水平方法。	OSI采用垂直方法。
TCP/IP的传输层不提供数据包的保证交付。	在OSI模型中，传输层提供数据包的保证交付。
在TCP/IP模型中，协议不容易被替换。	在OSI模型中，协议覆盖得更好，随着技术变化更容易替换。
TCP/IP模型的网络层仅提供无连接（IP）服务。传输层（TCP）提供连接。	在OSI模型中，网络层提供无连接和面向连接的服务。

TCP/IP模型的优势

互操作性：TCP/IP模型允许不同类型的计算机和网络相互通信，促进了不同系统之间的兼容性和合作。
可扩展性：TCP/IP具有高度可扩展性，适用于从小型局域网（LAN）到大型广域网（WAN）如互联网的各种网络。
标准化：它基于开放标准和协议，确保不同设备和软件可以协同工作，而不会出现兼容性问题。
灵活性：该模型支持各种路由协议、数据类型和通信方法，使其能够适应不同的网络需求。
可靠性：TCP/IP包括错误检查和重传功能，确保可靠的数据传输，即使在长距离和各种网络条件下也是如此。

TCP/IP模型的劣势

复杂配置：设置和管理TCP/IP网络可能很复杂，特别是在大型网络和许多设备的情况下。这种复杂性可能导致配置错误。
安全问题：TCP/IP最初设计时没有考虑安全性。虽然现在有许多安全协议可用（如SSL/TLS），但它们是在基本的TCP/IP模型之上添加的，这可能导致漏洞。
小型网络效率低下：对于非常小的网络，TCP/IP模型的开销和复杂性可能没有必要且效率低下，与更简单的网络协议相比。
地址空间限制：虽然IPv6解决了这个问题，但较旧的IPv4系统具有有限的地址空间，这可能导致大型网络中的地址耗尽问题。
数据开销：作为传输协议的TCP包含大量确保可靠传输的开销。这可能会降低效率，特别是在小数据包或网络速度至关重要的情况下。