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居正网络第1章TCP/IP概述

第1章 TCP/IP概述
1.1 参考模型概述
TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的简写，中文译名为传输控制协议/互联网络协议）协议是Internet最基本的协议，简单地说，就是由底层的IP协议和TCP协议组成的。TCP/IP协议的开发工作始于70年代，是用于互联网的第一套协议。
开放式系统互联模型（OSI）是1984年由国际标准化组织（ISO）提出的一个参考模型。作为一个概念性框架，它是不同制造商的设备和应用软件在网络中进行通信的标准。现在此模型已成为计算机间和网络间进行通信的主要结构模型。
1.1.1 OSI参考模型和网络基本概念
目前使用的大多数网络通信协议的结构都是基于OSI模型的。OSI将通信过程定义为七层，即将连网计算机间传输信息的任务划分为七个更小、更易于处理的任务组。每一个任务或任务组则被分配到各个OSI层。每一层都是独立存在的，因此分配到各层的任务能够独立地执行。这样使得变更其中某层提供的方案时不影响其他层。
OSI七层模型的每一层都具有清晰的特征。基本来说，第七至第四层处理数据源和数据目的地之间的端到端通信，而第三至第一层处理网络设备间的通信。另外，OSI模型的七层也可以划分为两组：上层（层7、层6和层5）和下层（层4、层3、层2和层1）。OSI模型的上层处理应用程序问题，并且通常只应用在软件上。最高层，即应用层是与终端用户最接近的。OSI模型的下层是处理数据传输的。物理层和数据链路层应用在硬件和软件上。最底层，即物理层是与物理网络媒介最接近的，并且负责在媒介上发送数据。各层的具体描述如下图1-1所示：

图1-1OSI参考模型
第七层：应用层定义了用于在网络中进行通信和数据传输的接口－用户程式；提供标准服务，比如虚拟终端、文件以及任务的传输和处理；
第六层：表示层掩盖不同系统间的数据格式的不同性；指定独立结构的数据传输格式；数据的编码和解码；加密和解密；压缩和解压缩；
第五层：会话层管理用户会话和对话；控制用户间逻辑连接的建立和挂断；报告上一层发生的错误；
第四层：传输层管理网络中端到端的信息传送；通过错误纠正和流控制机制提供可靠且有序的数据包传送；提供面向无连接的数据包的传送；
第三层：网络层定义网络设备间如何传输数据；根据唯一的网络设备地址路由数据包；提供流和拥塞控制以防止网络资源的损耗；
第二层：数据链路层定义操作通信连接的程序；封装数据包为数据帧；监测和纠正数据包传输错误；
第一层：物理层定义通过网络设备发送数据的物理方式；作为网络媒介和设备间的接口；定义光学、电气以及机械特性。
通过OSI层，信息可以从一台计算机的软件应用程序传输到另一台的应用程序上。例如，计算机A上的应用程序要将信息发送到计算机B的应用程序，则计算机A中的应用程序需要将信息先发送到其应用层（第七层），然后此层将信息发送到表示层（第六层），表示层将数据转送到会话层（第五层），如此继续，直至物理层（第一层）。在物理层，数据被放置在物理网络媒介中并被发送至计算机B。计算机B的物理层接收来自物理媒介的数据，然后将信息向上发送至数据链路层（第二层），数据链路层再转送给网络层，依次继续直到信息到达计算机B的应用层。最后，计算机B的应用层再将信息传送给应用程序接收端，从而完成通信过程。下面图示1-2说明了这一过程。

图1-2计算机网络中的通信图解
OSI的七层运用各种各样的控制信息来和其他计算机系统的对应层进行通信。这些控制信息包含特殊的请求和说明，它们在对应的OSI层间进行交换。每一层数据的头和尾是两个携带控制信息的基本形式。
对于从上一层传送下来的数据，附加在前面的控制信息称为头，附加在后面的控制信息称为尾。然而，在对来自上一层数据增加协议头和协议尾，对一个OSI层来说并不是必需的。
当数据在各层间传送时，每一层都可以在数据上增加头和尾，而这些数据已经包含了上一层增加的头和尾。协议头包含了有关层与层间的通信信息。头、尾以及数据是相关联的概念，它们取决于分析信息单元的协议层。例如，传输层头包含了只有传输层可以看到的信息，传输层下面的其他层只将此头作为数据的一部分传递。对于网络层，一个信息单元由第三层的头和数据组成。对于数据链路层，经网络层向下传递的所有信息即第三层头和数据都被看作是数据。换句话说，在给定的某一OSI层，信息单元的数据部分包含来自于所有上层的头和尾以及数据，这称之为封装。
例如，如果计算机A要将应用程序中的某数据发送至计算机B，数据首先传送至应用层。计算机A的应用层通过在数据上添加协议头来和计算机B的应用层通信。所形成的信息单元包含协议头、数据、可能还有协议尾，被发送至表示层，表示层再添加为计算机B的表