1.1.11　TCP/IP模型

ARPAnet（Advanced Research Projects Agency Network）是世界上第一個計算機遠距離的封包交換網絡，被認為是現今互聯網（Internet）的前身。TCP/IP模型發端于ARPAnet的設計和實現，其后被IETF不斷地充實和完善。TCP/IP模型、TCP/IP功能模型、TCP/IP協議模型、TCP/IP協議族、TCP/IP協議棧等說法在現實中是經常被混用的。

1.TCP/IP

TCP/IP這個名字來自其協議族中兩個非常重要的協議，一個是IP，另一個是傳輸控制協議（Transmission Control Protocol，TCP）。圖1-41中給出了TCP/IP模型的兩個不同版本，以及它們與開放系統互聯（OpenSystem Interconnection, OSI）參考模型的比較。TCP/IP標準模型共有4層，其“網絡接入層”對應OSI參考模型的第一層和第二層（或TCP/IP對等模型的第一層和第二層）。OSI參考模型中的第五、六、七層的功能全部影射到了TCP/IP標準模型或TCP/IP對等模型中的應用層。現實中，5層的TCP/IP對等模型使用最為廣泛。如無特別說明，本書介紹的TCP/IP模型均指TCP/IP對等模型。

從字面意義上講，有人可能會認為TCP/IP是指TCP和IP兩種協議。在實際生活中，TCP/IP有時也確實就是指這兩種協議。然而在很多情況下，它只是利用IP進行通信時所必須用到的協議族的統稱。具體來說，IP或互聯網控制報文協議（Internet Control Message Protocol，ICMP）、TCP或用戶數據報協議（User Datagram Protocol，UDP）、Telnet（遠程上機）或文件傳送協議（File Transfer Protocol，FTP），以及超文本傳送協議（Hypertext Transfer Protocol，HTTP）等都屬于TCP/IP范疇。它們與TCP或IP關系緊密，是互聯網必不可少的組成部分。TCP/IP一詞泛指這些協議，因此，有時也稱TCP/IP為網際協議族。

2.協議的系統化和標準化

計算機通信誕生之初，協議的系統化和標準化并未受到重視，不同廠商只生產各自的網絡設備來實現通信，這樣就造成了用戶使用計算機網絡有很大障礙，計算機網絡缺乏靈活性和可擴展性。為解決該問題，ISO制定了一個國際標準——OSI。

后來的許多標準都由ISO與原來的國際電報電話咨詢委員會（Consultative Committee of International Telegraph and Telephone，CCITT）聯合制定，更多地從通信思想考慮模型的設計，很多選擇不適用于計算機與軟件的工作方式。但是TCP/IP模型從20世紀70年代誕生以后，成功贏得大量的用戶和投資。IBM、DEC等大公司紛紛宣布支持TCP/IP模型，局域網操作系統NetWare、LAN Manager爭相將TCP/IP模型納入自己的體系結構，數據庫Oracle支持TCP/IP模型，UNIX、POSIX操作系統一如既往地支持TCP/IP模型。相比之下，OSI參考模型與協議顯得有些勢單力薄。人們普遍希望協議標準化，但OSI參考模型遲遲沒有成熟的產品推出，妨礙了第三方廠商開發相應的硬件和軟件，所以OSI參考模型又稱為理論模型，TCP/IP模型成為事實上的標準和模型。

劃分網絡協議層次其中一個優點就是方便了層間的標準接口工程模塊化，從而創建了一個更好的互連環境。例如，應用層上的HTTP，對應傳輸層的80端口；生產網絡層路由器的廠家接口尺寸對應物理層RJ-45水晶頭的尺寸，雙絞線的傳輸原理對應通信傳輸。現在的世界是一個共同發展的經濟體，沒有哪一個國家或者企業可以獨立地發展，保持友好的貿易互通，是一個企業和國家發展的必由之路。

同學們可能已經發現，OSI參考模型所使用的協議顯得非常陌生，而TCP/IP模型所使用的協議則相對比較熟悉。為什么呢？因為諸如Internet等現實中的網絡的設計與實現，使用的幾乎全都是TCP/IP協議族，而不是OSI協議族。在OSI參考模型中，我們習慣把每一層的數據單元都稱為協議數據單元（Protocol Data Unit，PDU）。例如，第六層的數據單元稱為L6 PDU，第三層的數據單元稱為L3 PDU，其中的L代表層（Layer）。

在TCP/IP模型中，我們習慣把物理層的數據單元稱為比特（Bit），把數據鏈路層的數據單元稱為幀（Frame），把網絡層的數據單元稱為分組或包（Packet）。對于傳輸層，我們習慣把通過TCP封裝得到的數據單元稱為段（Segment），即TCP段（TCP Segment）；把通過UDP封裝得到的數據單元稱為報文（Datagram），即UDP報文（UDP Datagram）。對于應用層，我們習慣把通過HTTP封裝得到的數據單元稱為HTTP報文（HTTP Datagram），把通過FTP封裝得到的數據單元稱為FTP報文（FTP Datagram），以此類推。

現在，假設我們在Internet上通過某網站找到了一首歌曲，并向相應的Web服務器請求下載這首2000個字節的歌曲，那么，這首歌曲在被發送之前將在Web服務器中被逐層進行封裝。應用層會對原始歌曲數據（Data）添加HTTP頭部形成一個HTTP報文；因為該HTTP報文太長，所以傳輸層會將該HTTP報文分解成兩部分，并在每部分前添加TCP頭部，從而形成兩個TCP段；網絡層會對每個TCP段添加IP頭部，形成IP包；數據鏈路層（假定數據鏈路層使用的是以太網技術）會在IP包的前面和后面分別添加以太網幀頭和幀尾，形成以太網幀（簡稱以太幀）；最后，物理層會將這些以太幀轉換為比特流。

思考與練習

一、單選題

1.在OSI參考模型中，能夠完成端到端差錯檢測和流量控制的是（ ）。

A. 物理層

B. 數據鏈路層

C. 網絡層

D. 傳輸層

2. 通信協議的三要素不包括（ ）。

A. 語義

B. 語法

C.語序

D. 時序

3. ITU的中文含義是（ ）。

A. 國際電報聯盟

B. 國際電信聯盟

C. 國際數據聯盟

D. 國際電話聯盟

4. ISO是以下哪個標準機構的簡稱？（ ）

A. 電子工業聯盟

B. 國際電信聯盟

C. 國際標準化組織

D. 國際互聯網工程任務組

5. 8位可表示的信息數為（ ）。

A.8

B.32

C. 64

D. 256

6. 6類雙絞線的最高傳輸速率為（ ）。

A. 100Mbit/s

B. 250Mbit/s

C. 500Mbit/s

D. 1000Mbit/s

7. 6類雙絞線由（ ）對不同顏色的線組成。

A. 2

B. 3

C. 4

D.5

二、多選題

1. “三網融合”中的“三網”包括（ ）。

A. 電信網

B. 有線電視網

C. 計算機網

D. 數據網

E. 電話網

2. 信息的表現形式有（ ）。

A. 數據

B. 文本

C. 圖像

D. 數字

E. 聲音

3. 有線傳輸介質包括（ ）。

A. 雙絞線

B. 同軸電纜

C. 光纖

D. 紅外線