TCP/IP --概述

分层

网络协议通常分不同层次进行开发，每一层分别
负责不同的通信功能。一个协议族，比如T C P / I P，是
一组不同层次上的多个协议的组合。T C P / I P通常被认
为是一个四层协议系统。，如图1 - 1所示。

每一层负责不同的功能：

1) 链路层，有时也称作数据链路层或网络接口层，
通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机
中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。

2) 网络层，有时也称作互联网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。在
T C P / I P协议族中，网络层协议包括I P协议（网际协议），I C M P协议（I n t e r n e t互联网控
制报文协议），以及I G M P协议（I n t e r n e t组管理协议）。

3 ) 运输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在T C P / I P协议族中，有两个
互不相同的传输协议： T C P（传输控制协议）和U D P（用户数据报协议）。
T C P为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分
成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟
等。由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。
而另一方面， U D P则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组
从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。任何必需的可靠
性必须由应用层来提供。
这两种运输层协议分别在不同的应用程序中有不同的用途，这一点将在后面看到。

4 ) 应用层负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的T C P / I P实现都会提供下面这些
通用的应用程序：

• Telnet 远程登录。
• FTP 文件传输协议。
• SMTP 简单邮件传送协议。
• SNMP 简单网络管理协议。
另外还有许多其他应用，在后面章节中将介绍其中的一部分。

假设在一个局域网（ L A N）如以太网中有两台主机，二者都运行F T P协议，图1 - 2列出了
该过程所涉及到的所有协议。

在图1 - 2的右边，我们注意到应用程序通常是一个用户进程，而下三层则一般在（操作系
统）内核中执行。尽管这不是必需的，但通常都是这样处理的，例如U N I X操作系统。

在图1 - 2中，顶层与下三层之间还有另一个关键的不同之处。应用层关心的是应用程序的
细节，而不是数据在网络中的传输活动。下三层对应用程序一无所知，但它们要处理所有的
通信细节。

在图1 - 2中列举了四种不同层次上的协议。F T P是一种应用层协议， T C P是一种运输层协
议，I P是一种网络层协议，而以太网协议则应用于链路层上。T C P / I P协议族是一组不同的协
议组合在一起构成的协议族。尽管通常称该协议族为T C P / I P，但T C P和I P只是其中的两种协
议而已（该协议族的另一个名字是I n t e r n e t协议族(Internet Protocol Suite)）。

网络接口层和应用层的目的是很显然的—前者处理有关通信媒介的细节（以太网、令牌
环网等），而后者处理某个特定的用户应用程序（ F T P、Te l n e t等）

图1 - 3是一个包含两个网络的互连网：一个以太网和一个令牌环网，通过一个路由器互相
连接。尽管这里是两台主机通过路由器进行通信，实际上以太网中的任何主机都可以与令牌
环网中的任何主机进行通信。
在图1 - 3中，我们可以划分出端系统（ End system ）（两边的两台主机）和中间系统
（Intermediate system）（中间的路由器）。应用层和运输层使用端到端（ En d - t o - e n d）协议。在
图中，只有端系统需要这两层协议。但是，网络层提供的却是逐跳（ Ho p - b y - h o p）协议，两
个端系统和每个中间系统都要使用它。

在T C P / I P协议族中，网络层I P提供的是一种不可靠的服务。也就是说，它只是尽可能快
地把分组从源结点送到目的结点，但是并不提供任何可靠性保证。而另一方面， T C P在不可
靠的I P层上提供了一个可靠的运输层。为了提供这种可靠的服务， T C P采用了超时重传、发
送和接收端到端的确认分组等机制。由此可见，运输层和网络层分别负责不同的功能。

从定义上看，一个路由器具有两个或多个网络接口层（因为它连接了两个或多个网络）。
任何具有多个接口的系统，英文都称作是多接口的( m u l t i h o m e d )。一个主机也可以有多个接口，
但一般不称作路由器, 除非它的功能只是单纯地把分组从一个接口传送到另一个接口。同样，
路由器并不一定指那种在互联网中用来转发分组的特殊硬件盒。大多数的T C P / I P实现也允许
一个多接口主机来担当路由器的功能，但是主机为此必须进行特殊的配置。在这种情况下，
我们既可以称该系统为主机（当它运行某一应用程序时，如F T P或Te l n e t），也可以称之为路
由器（当它把分组从一个网络转发到另一个网络时）。在不同的场合下使用不同的术语。

互联网的目的之一是在应用程序中隐藏所有的物理细节。随着增加不同类型的物理网络，可

能会有2 0个路由器，但应用层仍然是一样的。物理细节的隐藏使得互联网功能非常强大，也
非常有用。

连接网络的另一个途径是使用网桥。网桥是在链路层上对网络进行互连，而路由器则是
在网络层上对网络进行互连。网桥使得多个局域网（ L A N）组合在一起，这样对上层来说就
好像是一个局域网。
TCP /IP倾向于使用路由器而不是网桥来连接网络，因此我们将着重介绍路由器。文献
[Perlman 1992]的第1 2章对路由器和网桥进行了比较。