《OSPF网络设计解决方案（第2版）》一1.4　TCP/IP协议簇

本节书摘来自异步社区《OSPF网络设计解决方案（第2版）》一书中的第1章，第1.4节，作者【美】Thomas M. Thomas II, CCIE #9360，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

1.4　TCP/IP协议簇

OSPF网络设计解决方案（第2版）
所谓协议，是指管理网络中设备之间交换信息的规则约定的集合。本节将对最为常用的一个协议簇——TCP/IP进行讨论，但并不涉及TCP/IP深层次的内容。即便如此，为了更好地掌握全面的网络协议原理，你依然需要对TCP/IP有较为深刻地理解；这些深入的内容会在后续OSPF章节中进行穿插。

TCP/IP协议簇也被称为TCP/IP栈，它是当今被最为广泛实施的互联网络标准之一。TCP/IP的全称为传输控制协议/互联网络协议，其中TCP和IP是TCP/IP协议簇中的两个核心协议。下面的内容将阐述它们在TCP/IP协议栈中的地位。

TCP/IP最初是为美国政府分组交换WAN——ARPAnet所开发的，拥有超过25年的历史。尽管在当时，Internet还是专用网络，而TCP/IP被设计用于专门服务该网络。但是随后，TCP/IP不断朝着流行化的趋势发展，成为了如今网络中最为开放的公有协议簇之一。这主要归功于TCP/IP能够连接不同的网络，并且消除网络中不同物理硬件的差异。也正是因为如此，TCP/IP才成为了今天Internet的标准，被当今几乎所有的大型和小型网络所使用。

TCP/IP与OSI参考模型并非绝对兼容；但是，TCP/IP能够运行在遵循OSI模型的下层层面上，如OSI模型的数据链路层及物理层，而网络层则使用IP进行通信。从本质上来说，OSI参考模型的第3层及以下层面和TCP/IP的层面结构非常相似。图1-5描绘了OSI模型和TCP/IP协议簇层面之间的映射关系。

1.4.1 TCP/IP功能

鉴于OSI模型已然成为了标准的网络构架，那么你可以把TCP/IP视为网络的一种语言。当两者相互结合，便创造出了强大且多变的Internet。本节将对TCP/IP的主要功能进行一般性的阐述，然后再分别讨论TCP和IP协议。

在TCP层面中的数据单元，被称之为段（segment）。而在IP层面中，则称之为包（packet）。在数据链路层中，被称之为帧（frame）。以上名称都在图1-3中进行了说明。

如果传输的数据单元对于当前网络拓扑而言过大的话，那么IP层面将负责把数据报进行分段处理。例如，在令牌环网络中，可接受的以太网帧的大小是不定的。因此，IP将对数据的大小进行处理，从而保证传输所需。

在Internet中，从源到目的地的路径通常拥有多条可选。因此，被分段的数据报很有可能会选择不同的路径进行传输。最终，当分段信息到达目的站点后，IP协议栈必须对其进行排序，然后重组成原始的数据报。其中，每个被分段的数据报都拥有完整的IP头部信息，并且它们在第2层是以帧的形式进行传输的。

注意
除了2个网络层协议（IP和Internet控制消息协议[ICMP]）及2个传输层协议（TCP和UDP）以外，TCP/IP协议簇还包括运行于上层层面的一系列协议，如FTP、Telnet等。
在TCP/IP的上层协议中，一些是TCP/IP所特有的；一些则源自于其他的协议栈，但是能够运行在TCP/IP上。本书并不打算对这些TCP/IP的上层协议进行讨论，因为这些内容已经超出了本书的范围。
关于TCP/IP更为详细的内容，推荐阅读由Richard Stevens所著的TCP/IP Illustrated,Volume I。虽然书中的实例略显陈旧，但正文内容却翔实清晰。在读者选择阅读时，相信该书已经重版。希望在新版中，第一版内高质量的内容能够得到保留。唯一遗憾的是，原书作者Stevens已经去世，无法亲自参与修订。

1.4.2 TCP概述

在TCP/IP协议簇中，TCP作为传输层内的重要协议，可提供面向连接的传输服务。TCP从位于上层层面的协议接收数据消息，然后为远程设备的TCP层面提供公认可靠的，及面向连接的数据内容。在TCP/IP协议簇内，TCP具备以下5种重要功能：

提供标准的数据格式，并在两台计算机之间交互确认信息，以达成可靠性传输；
能够确保数据正确地到达；
能够在一台设备上区分不同的会话；
定义了如何进行差错恢复；
定义了如何对数据流的传输过程进行初始化，及何时完成传输过程。

1.4.3 IP概述

IP协议是网络层的主要协议，它提供了不可靠的、无连接的服务。但是，如果使用了TCP，那么IP协议便能够依靠TCP对丢失的数据包进行检测和恢复。当使用UDP时，由于UDP没有相应的功能，那么此时 IP协议便无法对丢包进行恢复。在TCP/IP协议簇内，IP协议具备以下3种重要功能。

定义了在整个协议簇中进行数据传输时所使用的基本格式和规范。
为等待发送的数据选择去往所需目的地的相应路径，即提供路由功能。
除此以外，IP协议还提供不可靠的数据包传输服务。
从本质上来说，这些功能涵盖了数据包的处理方法、错误消息参数的定义及数据包丢弃等内容。