1.2 TCP/IP網絡模型及協議

1.2.1 TCP/IP網絡架構

TCP/IP網絡架構也稱為TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協議／網際協議）參考模型。它是目前全球互聯網工作的基礎，該架構將網絡功能從上至下劃分為：應用層、傳輸層、網際層和網絡接口層，每一層的功能由一系列網絡協議進行體現，圖1-3給出了TCP/IP網絡架構各層的功能及支撐協議。

TCP/IP網絡架構采用自頂而下的分層結構，每一層都需要下一層所提供的服務來滿足自己的需求，本層協議生成的數據封裝在下一層協議的數據中進行傳輸，因此各層間的協議有依賴關系。下面簡單介紹一下TCP/IP模型各層的主要功能。

（1）應用層：即最高層，提供面向用戶的網絡服務，負責應用程序之間的溝通，主要協議有簡單郵件傳輸協議（SMTP）、文件傳輸協議（FTP）、超文本傳輸協議（HTTP）、域名系統（DNS）、網絡遠程訪問協議（Telnet）等。

Socket支持多個應用程序間基本的消息傳遞功能，通過遵循應用層上的某一種或幾種協議的規范，使應用程序完成用戶需要的相應功能，這是本書網絡應用程序開發的目的。

（2）傳輸層：位于第3層，完成多臺主機間的通信，提供節點間的數據傳送及應用程序間的通信服務，也稱為“端到端”通信，通過在通信的實體間建立一條邏輯鏈路，屏蔽了IP層的路由選擇和物理網絡細節。傳輸層的功能主要是數據格式化、數據確認及丟失重傳等。該層協議有傳輸控制協議（TCP）和用戶數據報協議（UDP），提供不同的通信質量和需求的服務。

（3）網際層：位于第2層，也稱為網絡互聯層或Internet層，由于該層最重要的協議是IP協議，所以也稱為IP層。該層負責提供基本的數據封包傳送功能，在它上面傳輸的數據單元叫IP數據報，或IP分組。網際層讓每個IP數據報都能夠到達目的主機，但是它不檢查數據報是否被正確接收。

網絡層的本質是使用IP將各種不同的物理網絡互聯，組成一個傳輸IP數據報的虛擬網絡，實現不同網絡的互聯功能，該層協議除了IP協議外，還有Internet控制報文協議（ICMP）和Internet組管理協議（IGMP）。

（4）網絡接口層：該層位于協議架構的最底層，負責接收IP數據報并發送到其下的物理網絡，或從網絡上接收物理幀，抽取IP數據報轉交給網際層。這里的物理網絡指各種實際傳輸數據的局域網或廣域網。

1.2.2 TCP協議和UDP協議

1. TCP

TCP是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。面向連接意味著兩個使用TCP的進程（一個客戶和一個服務器）在交換數據之前必須先建立好連接，然后才能開始傳輸數據。建立連接時采用客戶服務器模式，其中主動發起連接建立的進程叫做客戶（Client），被動等待連接建立的進程叫做服務器（Server）。

TCP提供全雙工的數據傳輸服務，這意味著建立了TCP連接的主機雙方可以同時發送和接收數據。這樣，接收方收到發送方消息后的確認可以在反方向的數據流中進行捎帶。“端到端”的TCP通信意味著TCP連接發生在兩個進程之間，一個進程發送數據，只有一個接收方，因此TCP不支持廣播和組播。

TCP連接面向字節流，字節流意味著用戶數據沒有邊界，例如，發送進程在TCP連接上發送了2個512字節的數據，接收方接收到的可能是2個512字節的數據，也可能是1個1024字節的數據。因此，接收方若要正確檢測數據的邊界，必須由發送方和接收方共同約定，并且在用戶進程中按這些約定來實現。

TCP接收到數據包后，將信息送到更高層的應用程序，如FTP的服務程序和客戶程序。應用程序處理后，再輪流將信息送回傳輸層，傳輸層再將它們向下傳送到網際層，最后到接收方。

2. UDP

UDP與TCP位于同一層，但與TCP不同，UDP協議提供的是一種無連接的、不可靠的傳輸層協議，只提供有限的差錯檢驗功能。它在IP層上附加了簡單的多路復用功能，提供端到端的數據傳輸服務。設計UDP的目的是為了以最小的開銷在可靠的或者是對數據可靠性要求不高的環境中進行通信，由于無連接，UDP支持廣播和組播，這在多媒體應用中是非常有用的。

1.2.3 IP協議

IP（網際）協議是TCP/IP模型的核心，也是網絡層最重要的協議。

網際層接收來自網絡接口層的數據包，并將數據包發送到傳輸層；相反，也將傳輸層的數據包傳送到網絡接口層。IP協議主要包括無連接數據報傳送，數據報路由器選擇以及差錯處理等功能。

由于網絡擁擠、網絡故障等問題可能導致數據報無法順利通過傳輸層。IP協議具有有限的報錯功能，不能有效處理數據報延遲，不按順序到達和數據報出錯，所以IP協議需要與另外的協議配套使用，包括地址解析協議ARP、逆地址解析協議RARP、因特網控制報文協議ICMP、因特網組管理協議IGMP等。IP數據包中含有源地址（發送它的主機地址）和目的地址（接收它的主機地址）。

IP協議對于網絡通信而言有著重要的意義。由于網絡中的所有計算機都安裝了IP軟件，使得許許多多的局域網構成了龐大而嚴密的通信系統，才形成了如今的Internet。其實，Internet并非一個真實存在的網絡，而是一個虛擬網絡，只不過是利用IP協議把世界上所有愿意接入Internet的計算機局域網絡連接起來，使之能夠相互通信。