互联网的基本结构

12.1.1　互联网TCP/IP的基本结构

网络互联是目前网络技术研究的热点之一，并且已经取得了很大的进展。在诸多网络互联协议中，传输控制协议/互联网协议TCP/IP(Transmission Control Protocol/Intern et Protocol)是一个使用非常普遍的网络互联标准协议。TCP/IP协议是美国的国防部高级计划研究局DARPA为实现ARPAnet(美国国防部高级研究计划署网络，后来发展为Interne t)互联网而开发的，也是很多大学及研究所多年的研究及商业化的结果。目前，众多的网络产品厂家都支持TCP/IP协议，TCP/IP已成为一个事实上的工业标准，12-1所示为TCP/ IP协议集。

图12-1　TCP/IP协议集

TCP/IP是一组协议的代名词，除了TCP/IP协议以外还包括许多别的协议，这些协议共同组成了TCP/IP协议簇。根据TCP/IP协议，互联网分为4层，加上最底层的物理层一共是5层（如图12-1所示），每一层的设计各有其目的，即每层负责不同的功能。0

（1）网络接口层

模型的基层是网络接口层。负责数据帧的发送和接收，帧是独立的网络信息传输单元。网络接口层将帧放在网上，或从网上把帧取下来。网络接口层屏蔽了网络环境中网络设备的多样性，实现数据包(帧)在物理网络间的可靠传输。

（2）互联网层

互联协议将数据包封装成Internet数据报，并运行必要的路由算法。

（3）传输层

传输协议在计算机之间提供通信会话。传输协议的选择根据数据传输方式而定。

两个传输协议：

（4）应用层

应用程序通过这一层访问网络。应用层包含了丰富的应用协议，如HTTP、FTP、SMTP、Telnet及SNMP等。

（5）物理层

对应于网络的基本硬件，这也是Internet物理构成，即我们可以看得见的硬件设备，如PC机、互联网服务器、网络设备等，必须对这些硬件设备的电气特性作一个规范，使这些设备都能够互相连接并兼容使用。

整个数据流在Internet上传输的过程如图12-2所示：

图12-2　基于因特网的信息流示意图

Internet的核心层是网络层和传输层，相应的核心协议是IP协议和TCP协议。IP协议的主要功能包括无连结数据报传送﹑数据报寻径以及差错处理三部分。IP协议的特点是点到点的，IP对等实体间的通信不经过中间机器，对等实体所在的机器位于同一物理网络，对等机器之间有直接的物理连接。IP层的主要功能是屏蔽下面物理层的差别，向上一层提供一致的数据格式。所有要传输的数据，被按照一 定的格式分组封装层IP数据包，数据包单元通过寻径等机制进行传输，在接收方数据报进行重组，得到最初要传送的数据。由于IP协议是不可靠的数据传输协议，因网络的拥塞而发生的数据丢失等情况是不可避免的，因而Internet还必须有一定的控制重传机制，这就是差错与控制报文协议(ICMP)。

尽管计算机通过安装IP软件，从而保证了计算机之间可以发送和接收数据，但IP协议还不能解决数据分组在传输过程中可能出现的问题。因此，若要解决可能出现的问题，还需要TCP协议来提供可靠的并且无差错的通信服务。TCP协议被称做一种端对端协议。这是因为它为两台计算机之间的连接起了重要作用：当一台计算机需要与另一台远程计算机连接时，TCP协议会让它们建立一个连接、发送和接收数据以及终止连接。传输控制协议TCP协议利用重发技术和拥塞控制机制，向应用程序提供可靠的通信连接，使它能够自动适应网上的各种变化。即使在Internet暂时出现堵塞的情况下，TCP也能够保证通信的可靠。Internet是一个庞大的国际性网络，网路上的拥挤和空闲时间总是交替不定的，加上传送的距离也远近不同，所以传输数据所用时间也会变化不定。TCP协议具有自动调整“超时值”的功能，能很好地适应Internet上各种各样的变化，确保传输数值的正确。

IP协议只保证计算机能发送和接收分组数据，而TCP协议则可提供一个可靠的、可流控的、全双工的信息流传输服务。虽然IP和TCP这两个协议的功能不尽相同，也可以分开单独使用，但它们是在同一时期作为一个协议来设计的，并且在功能上也是互补的。只有两者的结合，才能保证Internet在复杂的环境下正常运行。凡是要连接到Internet的计算机，都必须同时安装和使用这两个协议，因此在实际中常把这两个协议统称作TCP/IP协议。TCP/IP协议除了TCP协议和IP协议，还包含物理接口和IP层之间的ARP/RARP协议，应用层的FTP协议、SMTP协议和BOOTP协议等，所用的这些协议构成Intenet的TCP/IP协议族。