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上一小節(jié)，我們學習了 OSI 參考模型，見識到 分層 設(shè)計思想在通信系統(tǒng)中的重要作用。那么，現(xiàn)行的通信協(xié)議是不是按照 OSI 模型進行分層呢?各層的重要協(xié)議都有哪些呢?

目前使用最廣泛的通信協(xié)議是 TCP/IP 系列協(xié)議，但它并不是嚴格按照 OSI 參考模型設(shè)計的。實際上，TCP/IP 早在 OSI 參考模型提出前就開始研發(fā)，并逐步發(fā)展至今。

TCP/IP 協(xié)議棧也是分層設(shè)計的，但與 OSI 不同，它只分為 4 層：

網(wǎng)絡(luò)訪問層

網(wǎng)絡(luò)訪問層 ( network access layer )負責管理物理介質(zhì)，并提供將數(shù)據(jù)從當前節(jié)點傳輸?shù)较乱还?jié)點的能力。因此，網(wǎng)絡(luò)訪問層的功能相當于 OSI 中的 物理層 和 數(shù)據(jù)鏈路層 。

不同的通信介質(zhì)，有不同的接入設(shè)備，采用的協(xié)議也不同，常見的有：

• Ethernet ，以太網(wǎng)協(xié)議;
• PPP ，點對點協(xié)議;
• DSL ，用戶數(shù)字線路;
• etc

以 以太網(wǎng)卡 為例，它的通信介質(zhì)是電纜，而通信協(xié)議則是 以太網(wǎng)協(xié)議 ，協(xié)議傳輸單元是 以太網(wǎng)幀 。

網(wǎng)卡電路直接處理電信號，并完成電信號與比特間的轉(zhuǎn)化。這相當于 OSI 物理層的功能，但網(wǎng)卡不會將物理層功能直接呈現(xiàn)給上層。

實際上，網(wǎng)卡將數(shù)據(jù)鏈路層中 網(wǎng)絡(luò)尋址 和 錯誤偵測 的功能也一并實現(xiàn)了，向上層提供以太網(wǎng)幀收發(fā)能力。系統(tǒng)可以調(diào)用網(wǎng)卡驅(qū)動發(fā)送以太網(wǎng)幀;網(wǎng)卡接到以太網(wǎng)幀后，也通過驅(qū)動程序提交給系統(tǒng)來處理。

總而言之，網(wǎng)絡(luò)訪問層以 幀 為通信單元，負責將數(shù)據(jù)發(fā)送到同一網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng))中的另一節(jié)點。

• 以 幀 為通信單元;
• 實現(xiàn)局域網(wǎng)通信;

網(wǎng)絡(luò)互連層

網(wǎng)絡(luò)互連層( internet layer )在網(wǎng)絡(luò)訪問層提供的局域網(wǎng)通信能力之上，實現(xiàn)網(wǎng)際通信能力。該層作用相當于 OSI 模型中的網(wǎng)絡(luò)層，同樣以 包 為通信單元，負責路徑選擇和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。

TCP/IP 協(xié)議棧中的 IP 協(xié)議就是該層最核心的協(xié)議，它以 IP 包為通信單元。采用 IP 協(xié)議進行通信的主機，需要分配一個地址，這就是 IP 地址。IP 包頭部的源地址和目的地址字段，用來標注 IP 包的來源和目的地。

網(wǎng)絡(luò)互連層利用網(wǎng)絡(luò)訪問層的局域網(wǎng)通信能力，將 IP 包傳輸?shù)较乱还?jié)點。經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)發(fā)，IP 包最終被送達目標主機。更多細節(jié)，我們將在后續(xù)章節(jié)中揭曉。

• 以 包 為通信單元;
• 實現(xiàn)網(wǎng)際通信(點到點);

傳輸層

傳輸層( transport layer )則在網(wǎng)絡(luò)互連層點到點傳輸能力基礎(chǔ)上，實現(xiàn)端到端的進程間通信。該層相當于 OSI 模型中的傳輸層，同樣以 段 為通信單元，負責根據(jù)段中的端口號將數(shù)據(jù)送至目標進程。

最簡單的傳輸層協(xié)議應(yīng)該是 UDP 協(xié)議，它非常簡單，只是引入了一個端口號。當一個 UDP 段搭載在 IP 包中送達目標主機后，系統(tǒng)根據(jù)段中的端口后，將數(shù)據(jù)提高給對應(yīng)的進程。

IP 只是一種盡力而為的傳輸協(xié)議，并不完全可靠：一方面， IP 包在傳輸?shù)倪^程中可能經(jīng)過不同路由，達到目標主機時次序可能會亂;另一方面，中間路由可能因網(wǎng)絡(luò)擁塞而丟包。

為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑓f(xié)傳輸層還提供了 TCP 協(xié)議。除了端口號，TCP 協(xié)議還實現(xiàn)了數(shù)據(jù)序號、接收確認，以及超時重傳機制，從而為進程提供可靠、有序的數(shù)據(jù)流。

TCP 協(xié)議是傳輸層的核心協(xié)議，應(yīng)用范圍也非常廣泛，因而是網(wǎng)絡(luò)學習中的重點。TCP 協(xié)議的實現(xiàn)非常復(fù)雜，細節(jié)將在后續(xù)章節(jié)展開介紹，現(xiàn)在有個初步認識即可。

• 以 分組 為通信單元;
• 實現(xiàn)進程間通信(端到端);

應(yīng)用層

應(yīng)用層( application layer )定義具體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的通信邏輯，讓應(yīng)用進程間的協(xié)作成為可能。

傳輸層為進程提供了一般化的數(shù)據(jù)傳輸能力，但對數(shù)據(jù)本身未作任何規(guī)定。因此，實現(xiàn)應(yīng)用的多個協(xié)作進程，需要一種協(xié)議，以對數(shù)據(jù)達成統(tǒng)一認識。

以 Web 應(yīng)用舉例，瀏覽器進程作為客戶端，必須按照 HTTP 協(xié)議的規(guī)定，向 Web 服務(wù)進程發(fā)起請求，才能為服務(wù)器所理解;同理，Web 服務(wù)器處理請求后，必須按照 HTTP 協(xié)議的規(guī)定，想客戶端回復(fù)響應(yīng)。

HTTP 協(xié)議對 Web 應(yīng)用進程來說，就是它們彼此間交流的共同語言。由于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用極為豐富，應(yīng)用協(xié)議種類也不在少數(shù)，我們常見的有以下這些：

• HTTP
• HTTPS
• FTP
• SMTP(郵件發(fā)送)
• etc

小結(jié)

本節(jié)介紹了目前最流行的 TCP/IP 協(xié)議棧，它同樣采用分層設(shè)計思路，與 OSI 分層略有差別，但大同小異。TCP/IP 模型與 OSI 模型的對應(yīng)關(guān)系，以及各層的主要協(xié)議，列舉如下：

后續(xù)我們將以該圖為指引，自底向上，逐層深入學習。敬請期待!