浅谈TCP/IP协议

摘要：TCP/IP协议是因特网最基本的协议，是因特网的基础。TCP/IP协议定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了4层的层级结构，层级由低到高依次为：网络接口层、网络层、传输层、应用层。每一层都调用它的下一层所提供的服务来完成自己的需求。

关键词：TCP/IP协议网络接口层网络层传输层端口应用层

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）03-0000-00

因特网是当今世界上最大的信息网络，自80年代以来，它的应用已从军事、科研与学术领域进入商业、传播和娱乐等领域，并于90年代成为发展最快的传播媒介。信息传输和网络互连是根据协议进行的，而因特网使用的就是TCP/IP协议。TCP/IP协议是因特网最基本的协议，是因特网的基础。TCP/IP的全称是Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写，中文译为传输控制协议/因特网互联协议。

1969年，因特网的前身阿帕网（ARPAnet），诞生之初仅连接了4台计算机，供科学家们进行计算机联网实验用。到70年代，ARPAnet已经有了好几十个计算机网络，但是每个网络只能在网络内部的计算机之间互联通信，不同计算机网络之间仍然不能互通。卡恩于1973 年提出开放的网络结构的思想。所谓开放的网络结构，指的是任何类型的网络都可以通过“网络互联结构”与其他网络连接，这是因特网的核心技术思想。为了适应开放的网络结构环境的需要，瑟夫与卡恩共同开发了TCP/IP协议，并于1974年正式提出。TCP／IP是实现不同网络互联的标准，成功地解决了不同硬件平台、不同网络产品和不同操作系统之间的兼容性问题。

TCP/IP协议定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准，它是因特网事实上的国际标准。协议采用了4层的层级结构，层次由低到高依次为：网络接口层、网络层、传输层、应用层。每一层都调用它的下一层所提供的服务来完成自己的需求。

1、网络接口层

网络接口层（通信子网）是数据包从一个设备的网络层传输到另外一个设备的网络层的方法。由于ARPNET的设计者注重的是网络互联，允许网络接口层采用已有的或是将来有的各种协议，所以这个层次中没有提供专门的协议，因此网络接口层实际上并不是因特网协议组中的一部分。实际上，TCP/IP协议可以通过网络接口层连接到任何网络上，例如X.25交换网或IEEE802局域网。[1]

2、网络层

网络层可以接收由网络接口层发来的数据包，并把该数据包发送到传输层；也可以把从传输层接收来的数据包传送到网络接口层。网络层的数据包是不可靠的，因为网络层并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。数据包中含有发送它的主机的地址（源IP地址）和接收它的主机的地址（目IP的地址）。

网络层的协议包括IP协议、ICMP协议、ARP协议、RARP协议等，其中IP协议是网络层的核心协议，完成数据从从源网络传输到目的网络的基本任务。IP协议定义了数据包在网际传送时的格式，目前使用最多的是IPv4版本，这一版本中用32位定义IP地址，可供使用的地址数超过37.2亿，但是仍然不能满足现今全球网络飞速发展的需求，因此IPv6版本应运而生。在IPv6版本中，IP地址共有128位，这样的IP地址数是原IP地址数的296倍，目前来看，IPV6的IP地址是不可能用完的。[2]

3、传输层

传输层提供应用进程间的通信。两个系统之间的应用进程的通信，是用每个信息中的如下四项进行确认的：源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号。其中源IP地址和目的IP地址已在网络层的介绍中说明。TCP/IP的端口号是一个软件结构，用来标识本地计算机应用层中各个进程在和运输层交互时的接口。在因特网不同的计算机中，相同的端口号是没有关联的。一个端口号对应一个16比特的数。服务进程通常使用一个固定的端口，例如，SMTP使用25、HTTP使用80。客户进程通常使用系统分配的一个随机端口号。[2]

传输层协议主要是传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol）和用户数据报协议UDP(User Datagram protocol）。TCP协议是一种面向连接的、可靠的的传输机制。通信之前要建立连接，通讯完成时要拆除连接。它提供一种可靠的字节流保证数据完整、无损并且按顺序到达，TCP协议还能尽量连续不断地测试网络的负载并且控制发送数据的速度以避免网络过载，对于一些需要高可靠性的应用，可以选择TCP协议。UDP是一种面向无连接的，不可靠的传输机制。不是它特别不可靠，而是它不检查数据包是否已经到达目的地，并且不保证它们按顺序到达。UDP的典型应用是如音频和视频等这样的流媒体，对它们而言，按时到达比可靠性更重要，或者如DNS查找这样的简单查询／响应应用，否则建立可靠的连接所需的额外开销将是不成比例地大。

4、应用层

应用层是大多数与网络相关的程序为了通过网络与其他程序通信所使用的层。数据从与网络相关的程序以这种应用程序使用的格式编码成标准协议的格式并进行传送。来自应用程序的数据一旦被编码成一个标准的应用层协议，它将被传送到TCP/IP协议的下一层。

应用层一般提供面向用户的服务，如HTTP、FTP、SMTP、POP3。HTTP是超文本传输协议，用于浏览网页，FTP是文件传输协议，一般用于下载和上传文件。SMTP是简单邮件传输协议，用来控制信件的发送、中转。POP3是邮局协议第3版本，用于接收邮件。

TCP/IP有一个非常重要的特点，就是开放性，即TCP/IP的规范和Internet的技术都是公开的。目的就是使任何厂家生产的计算机都能相互通信，使Internet成为一个开放的系统。这正是后来Internet得到飞速发展的重要原因。

参考文献

[1]万雅静,黄巍,梁玉凤.网络基础实用教程[C].北京:机械工业出版社,2011:14-16.

[2]刘兵,左爱群.计算机网络基础与Internet应用（第三版）[C].北京:中国水利水电出版社,2006:91-92.

[3]谢希仁.计算机网络（第5版）[C].北京:电子工业出版社,2008:180-188.