TCP/IP协议栈 | 小菜学网络

上一小节，我们学习了 OSI 参考模型，见识到分层设计思想在通信系统中的重要作用。那么，现行的通信协议是不是按照 OSI 模型进行分层呢？各层的重要协议都有哪些呢？

目前使用最广泛的通信协议是 TCP/IP 系列协议，但它并不是严格按照 OSI 参考模型设计的。实际上，TCP/IP 早在 OSI 参考模型提出前就开始研发，并逐步发展至今。

TCP/IP 协议栈也是分层设计的，但与 OSI 不同，它只分为 4 层：

网络访问层

网络访问层 （ network access layer ）负责管理物理介质，并提供将数据从当前节点传输到下一节点的能力。因此，网络访问层的功能相当于 OSI 中的 物理层 和 数据链路层 。

不同的通信介质，有不同的接入设备，采用的协议也不同，常见的有：

以 以太网卡 为例，它的通信介质是电缆，而通信协议则是 以太网协议 ，协议传输单元是 以太网帧 。

网卡电路直接处理电信号，并完成电信号与比特间的转化。这相当于 OSI 物理层的功能，但网卡不会将物理层功能直接呈现给上层。

实际上，网卡将数据链路层中 网络寻址 和 错误侦测 的功能也一并实现了，向上层提供以太网帧收发能力。系统可以调用网卡驱动发送以太网帧；网卡接到以太网帧后，也通过驱动程序提交给系统来处理。

总而言之，网络访问层以帧为通信单元，负责将数据发送到同一网络（局域网）中的另一节点。

网络互连层（ internet layer ）在网络访问层提供的局域网通信能力之上，实现网际通信能力。该层作用相当于 OSI 模型中的网络层，同样以包为通信单元，负责路径选择和数据包转发。

TCP/IP 协议栈中的 IP 协议就是该层最核心的协议，它以 IP 包为通信单元。采用 IP 协议进行通信的主机，需要分配一个地址，这就是 IP 地址。IP 包头部的源地址和目的地址字段，用来标注 IP 包的来源和目的地。

网络互连层利用网络访问层的局域网通信能力，将 IP 包传输到下一节点。经过若干次转发，IP 包最终被送达目标主机。更多细节，我们将在后续章节中揭晓。

传输层（ transport layer ）则在网络互连层点到点传输能力基础上，实现端到端的进程间通信。该层相当于 OSI 模型中的传输层，同样以段为通信单元，负责根据段头部中的端口号将数据送至目标进程。

最简单的传输层协议应该是 UDP 协议，它非常简单，只是引入了一个端口号。当一个 UDP 段搭载在 IP 包中送达目标主机后，系统根据段中的端口号，将数据提交给对应的进程。

IP 只是一种尽力而为的传输协议，并不完全可靠：一方面， IP 包在传输的过程中可能经过不同路由，达到目标主机时次序可能会乱；另一方面，中间路由可能因网络拥塞而丢包。

为了保证数据传输的可靠性，协传输层还提供了 TCP 协议。除了端口号，TCP 协议还实现了数据序号、接收确认，以及超时重传机制，从而为进程提供可靠、有序的数据流。

TCP 协议是传输层的核心协议，应用范围也非常广泛，因而是网络学习中的重点。TCP 协议的实现非常复杂，细节将在后续章节展开介绍，现在有个初步认识即可。

应用层（ application layer ）定义具体网络应用的通信逻辑，让应用进程间的协作成为可能。

传输层为进程提供了一般化的数据传输能力，但对数据本身未作任何规定。因此，实现应用的多个协作进程，需要一种协议，以对数据达成统一认识。

以 Web 应用举例，浏览器进程作为客户端，必须按照 HTTP 协议的规定，向 Web 服务进程发起请求，才能为服务器所理解；同理，Web 服务器处理请求后，必须按照 HTTP 协议的规定，想客户端回复响应。

HTTP 协议对 Web 应用进程来说，就是它们彼此间交流的共同语言。由于网络应用极为丰富，应用协议种类也不在少数，我们常见的有以下这些：

本节介绍了目前最流行的 TCP/IP 协议栈，它同样采用分层设计思路，与 OSI 分层略有差别，但大同小异。 TCP/IP 模型与 OSI 模型的对应关系，以及各层的主要协议，列举如下：

后续我们将以该图为指引，自底向上，逐层深入学习。敬请期待！

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