TCP/IP协议簇中所定义的TCP和UDP协议，实现了OSI七层模型中的（24）的主要功能。

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第24题

知识点：网络技术标准与协议 TCP TCP/IP TCP/IP协议 TCP/IP协议簇 UDP 簇

关键词： OSI TCP/IP UDP 协议 OS TCP 章/节：信息系统及其技术和开发方法

A. 物理层

B. 网络层

C. 传输层

D. 应用层

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知识点讲解
· 网络技术标准与协议 · TCP · TCP/IP · TCP/IP协议 · TCP/IP协议簇 · UDP · 簇

网络技术标准与协议

局域网中最常见的3个协议是微软的NETBEUI、NOVELL的IPX/SPX和跨平台的TCP/IP。

1．NetBEUI协议

NetBEUI（NetBiosEnhancedUserInterface，NetBios增强用户接口）是NetBIOS协议的增强版本，曾被许多操作系统采用，例如WindowsforWorkgroup、Win9x系列、WindowsNT等。NetBEUI协议在许多情形下很有用，是Windows 98之前的操作系统的默认协议。

NetBEUI协议是一种短小精悍、通信效率高的广播型协议，安装后不需要进行设置，特别适合于在“网络邻居”传送数据。所以建议除了TCP/IP协议之外，局域网的计算机最好也安上NetBEUI协议。另外还有一点要注意，如果一台只装了TCP/IP协议的Windows 98机器要想加入到WINNT域，也必须安装NetBEUI协议。

NetBEUI是非路由协议，用于携带NetBIOS通信。NetBEUI缺乏路由和网络层寻址功能，既是其最大的优点，也是其最大的缺点。由于不需要附加的网络寻址和网络层头尾，因此它很快、很有效且适用于单个网络或整个环境都桥接起来的小工作组环境。但由于它不支持路由，注定不会成为企业网络的主要协议。

2．IPX/SPX协议

Internet分组交换／顺序分组交换IPX/SPX（Internetwork Packet Exchange/Sequences Packet Exchange）是Novell公司的通信协议集。与NetBEUI形成鲜明区别的是IPX/SPX比较庞大，在复杂环境下具有很强的适应性。这是因为IPX/SPX在设计一开始就考虑了网段的问题，因此它具有强大的路由功能，适合于大型网络使用。当用户端接入NetWare服务器时，IPX/SPX及其兼容协议是最好的选择。

IPX主要实现网络设备之间连接的建立、维持和终止；SPX协议是IPX的辅助协议，主要实现发出信息的分组、跟踪分组传输，保证信息完整无缺地传输。

IPX的可扩展性受到其高层广播通信和高开销的限制。服务广告协议（Service Advertising Protocol，SAP）将路由网络中的主机数限制为几千。尽管SAP的局限性已经被智能路由器和服务器配置所克服，但是，大规模IPX网络的管理仍是非常困难的工作。

3．TCP/IP协议

定义

TCP/IP协议是开放式的协议，已经成为Internet通信标准。TCP/IP是指一整套数据通信协议，其名字由这些协议中的两个协议组成，即传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）和网际协议（Internet Protocol，IP）。虽然还有很多其他协议，但TCP和IP显然是两个最重要的协议。

TCP/IP的特点

TCP/IP协议有一些重要特点，能够满足世界范围的数据通信。其特点包括如下几点：

.开放式协议标准。可免费使用，且与具体的计算机硬件或操作系统无关。

.与物理网络硬件无关。TCP/IP可以将很多不同类型的网络集成在一起，它可以适用于以太网、令牌环网、拨号线、X.25网络以及任何其他类型的物理传输介质。

.通用的寻址方案。

.各种标准化的高级协议。可广泛而持续地提供多种用户服务。

TCP/IP通信模型

TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。传统的开放式系统互连参考模型（OSI）是一种通信协议的7层抽象的参考模型，其中每一层执行某一特定任务。7层分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。七层模型分别概括如下：

.物理层：主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。这一层的数据叫做比特。

.数据链路层：主要对从物理层接收的数据进行MAC地址（网卡的地址）的封装与解封装。常把这一层的数据叫做帧。在这一层工作的设备是交换机，数据通过交换机来传输。

.网络层：主要对从下层接收到的数据进行IP地址的封装与解封装。在这一层工作的设备是路由器，常把这一层的数据叫做数据包。

.传输层：定义了传输数据的协议和端口号，如TCP（传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据），UDP（用户数据报协议，与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的）。主要将从下层接收的数据进行分段传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。

.会话层：建立和控制两个应用实体之间的会话过程。

.表示层：提供统一的网络数据表示。对接收的数据进行解释、加密与解密、压缩与解压缩等。

.应用层：提供OSI用户服务，以及提供网络与用户应用软件之间的接口服务。

TCP/IP通信协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。这4层分别为：

.应用层：是TCP/IP栈的顶层，所有的应用程序和服务都包含在这一层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）、超文本传输协议（HTTP）等。

.传输层：提供在计算机之间可靠或不可靠的数据传输，将数据上传到应用层或下传到互联网络层。包含两个核心协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。TCP是一种面向连接的、可靠的协议；UDP是一种面向无连接的、不可靠的传输协议。

.互连网络层：负责分配地址、打包和路由数据，让每一块数据包都能够到达目的主机（但不检查是否被正确接收）。这一层包括4个核心协议：IP、ARP、ICMP和IGMP。

.网络接口层：负责将数据放置在网络介质上或从网络介质接收数据。这一层包含像网络缆线和网络适配器之类的物理设备。网络接口层不包括基于软件的协议类型，但包含像以太网和ATM这样的协议，它们定义了数据是如何在网络上传输的。

TCP/IP模型和OSI模型的区别如下表所示。

TCP/IP模型和OSI模型的区别

主要协议

TCP/IP协议主要包括如下协议：

.IP：网际协议，是TCP/IP的心脏，也是网络层中最重要的协议，负责给要传输的数据分配地址，将其发送到目的地。

.ARP：地址解析协议，实现通过IP地址得知其物理地址（MAC）。

.RARP：反向地址解析协议。

.ICMP：负责提供在数据投递过程中失败时诊断功能和错误报告。

.IGMP：负责组播（多播的管理）。

.TCP：面向连接的、可靠的传输协议。面向连接的服务（例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。

.UDP：面向无连接的、不可靠的传输协议。UDP与TCP位于同一层，但它不管数据包的顺序、错误或重发。因此，UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务，主要用于那些面向查询——应答的服务，例如NFS。相对于FTP或Telnet，这些服务需要交换的信息量较小。使用UDP的服务包括NTP（网络时间协议）和DNS（DNS也使用TCP）。

.SMTP：简单邮件传输协议，它是一组用于由源地址到目的地址传送邮件的规则，由它来控制信件的中转方式。

.FTP：文件传输协议，是用于在网络上进行文件传输的一套标准协议。

.TFTP：简单文件传输协议，相对于FTP，TFTP没有复杂的交互存取接口和认证控制，适用于客户端和服务器之间不需要复杂交互的环境。TFTP协议的运行基于UDP协议。

.Telnet：远程登录协议。

.HTTP：超文本传输协议，用于传送WWW方式的数据。

.DNS：域名解析服务，即将域名映射成IP地址的协议。

.NFS：网络文件系统。

.SNMP：简单网络管理协议。

TCP

TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通信完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接的，所以只能用于端到端的通信。

TCP提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口，实际表示接收能力，用以限制发送方的发送速度。

如果IP数据包中有已经封装好的TCP数据包，那么IP将把它们向“上”传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路之间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包则可以被重传。

TCP将它的信息发送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层、设备驱动程序和物理介质，最后传送到接收方。

面向连接的服务（例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。

TCP/IP

由于OSI协议的实现较为复杂，运行效率低，很少有厂商推出符合OSI标准的商用产品。目前，互联网上广泛使用的是TCP/IP。TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议／互联网络协议）是Internet上不同子网之间的主机进行数据交换所遵守的网络通信协议。TCP/IP一般泛指所有与Internet有关的一系列网络协议的总称，其中TCP和IP是其中最重要的两个协议。TCP/IP体系结构主要由四层构成，分别为网络接口层、网络层、传输层和应用层。

TCP/IP采用的四层体系结构与OSI参考模型采用的七层体系结构是对应的，它们的结构对比如下图所示。

TCP/IP与OSI体系结构的对比

网络接口层

网络接口层也称链路层（Link Layer）或数据链路层，相当于OSI/RM参考模型的第1层和第2层，负责与网络中的传输介质打交道。常用的链路层技术主要有以太网（Ethernet）、令牌环（Token Ring）、光纤数据分布接口（FDDI）、X.25、帧中继（Frame Relay）、ATM等。

网络层

网络层的作用是将数据包从源主机发送出去，并且使这些数据包独立地到达目标主机。数据包传送过程中，到达目标主机的顺序可能不同于它们被发送时的顺序。因为网络情况复杂，随时可能有一些路径发生故障或是网络中的某处出现数据包的堵塞。网络层提供的服务是不可靠的，可靠性由传输层实现。

传输层

传输层提供应用程序之间的通信。传输层提供了可靠的传输协议TCP和不可靠的传输协议UDP。TCP是一个可靠的、面向连接的协议，允许在因特网上的两台主机之间进行信息的无差错传输。在网络传输过程中，为了保证数据在网络中传输的正确、有序，要使用“连接”的概念，一个TCP连接是指在传输数据前先要传送三次握手信号，以使双方为数据的传送做准备。UDP是用户数据报协议，使用此协议时，源主机一有数据就发送出去，不管发送的数据包是否能到达目标主机、数据包是否会出错，收到数据包的主机都不会通知发送方其是否正确地收到了数据，因此UDP是一种不可靠的传输协议。

应用层

应用层直接为用户的应用进程提供服务，如支持万维网应用的HTTP，支持电子邮件的SMTP，支持文件传送的FTP等。

TCP/IP协议

TCP/IP概述

在诸多网络互联协议中，传输控制协议／网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol, TCP/IP）是一个使用非常普遍的网络互联标准协议。TCP/IP协议是美国国防部高级计划研究局（DARPA）为实现ARPANet（后来发展为Internet）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事实上已成为一个工业标准。

TCP/IP协议是计算机网络互联中使用最广泛的协议，它规定了计算机之间互相通信的方法。TCP/IP是为了使接入因特网的异种网络、不同网络设备之间能够进行正常的数据通信，而预先制订的一簇大家共同遵守的格式和约定。

TCP/IP协议簇包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、Telnet、FTP、SMTP和ARP等许多协议，对因特网中主机寻址方式、主机的命名机制、信息的传输规则以及各种各样的服务功能均做了详细约定。

TCP/IP协议的结构

TCP/IP也是一个分层结构，TCP/IP分为4层，由下到上分别是网络接口层、网络层、传输层和应用层。

1）网络接口层

网络接口层是TCP/IP软件的最底层，负责接收IP数据报并通过网络将其发送，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报交给IP层。

一般情况下，各物理网络可以使用自己的数据链路层协议和物理层协议，不需要在数据链路层上设置专门的TCP/IP协议。但是，当使用串行线路连接主机与网络，或连接网络与网络时（如用户使用电话线和Modem接入因特网或两个相距较远的网络通过数据专线互联时），则需要在数据链路层运行专门的SLIP（Serial Line IP）协议的PPP（Point to Point Protocol）协议。

SLIP协议提供在串行通信线路上封装IP分组的简单方法，使远程用户能通过电话线和Modem方便地接入TCP/IP网络。

SLIP是一种简单的组帧方式，使用时还存在一些问题。首先，SLIP不支持在连接过程中的动态IP地址分配，通信双方必须事先告知对方IP地址，这给没有固定IP地址的个人用户上Internet带来了很大的不便；其次，SLIP帧中无协议类型字段，因此它只能支持IP协议；再有，SLIP帧中无校验字段，因此链路层上无法检测出传输差错，必须由上层实体或具有纠错能力的Modem来解决传输差错问题。

为了解决SLIP协议存在的问题，在串行通信应用中又开发了PPP协议。PPP协议是一种有效的点一点通信协议，它由串行通信线路上的组帧方式，用于建立、配置、测试和拆除数据链路的链路控制协议（LCP）及一组用以支持不同网络层协议的网络控制协议（Network Control Protocol, NCP）3部分组成。

由于PPP帧中设置了校验字段，因而PPP在链路层上具有差错检验的功能。PPP中的LCP协议提供了通信双方进行参数协商的手段，并且提供了一组NCPs协议，使得PPP可以支持多种网络层协议，如IP、IPX、OSI等。另外，支持IP的NCP提供了在建立连接时动态分配IP地址的功能，从而解决了个人用户上Internet的问题。

2）网络层

网络层中含有4个重要协议，即网际协议（IP）、网际控制报文协议（ICMP）、地址解析协议（Address Resolution Protocol, ARP）和反向地址解析协议（RARP）。

网络层的功能主要由IP协议提供。除了提供端到端的分组分发功能外，IP协议还提供了很多扩充功能。例如，为了克服数据链路层对帧大小的限制，网络层提供了数据分块和重组功能，这使得很大的IP数据报能以较小的分组在网上传输。

网络层的另一个重要服务是在互相独立的局域网上建立互联网络，即网际网。网间的报文来往根据其目的IP地址通过路由器传到另一网络。

（1）网际协议（IP）。

网络层最重要的协议是网际协议（IP），它将多个网络连成一个互联网，可以把高层的数据以多个数据报的形式通过互联网分发出去。

IP协议的基本任务是通过互联网传送数据报，各个IP数据报之间是相互独立的。主机上的IP层向运输层提供服务。IP从源运输实体取得数据，通过它的数据链路层服务传给目的主机的IP层。IP协议不保证服务的可靠性，在主机资源不足的情况下，它可能丢弃某些数据报，同时IP协议也不检查被数据链路层丢弃的报文。

在传送时，高层协议将数据传送给IP协议，IP协议再将数据封装为IP数据报，并交给数据链路层协议通过局域网传送。若目的主机直接连在本网中，IP可直接通过网络将数据报传给目的主机；若目的主机在远程网络中，则IP路由器传送数据报，而路由器则依次通过下一网络将数据报传送到目的主机或再下一个路由器。也即一个IP数据报是通过互联网络，从一个IP模块传到另一个IP模块，直到目的主机为止。

需要连接独立管理的网络路由器，可以选择它所需的任何协议，这样的协议称为内部网关协议（Interior Gateway Protocol, IGP）。在IP环境中，一个独立管理的系统称为自治系统。

跨越不同管理域的路由器（如从专用网到PDN）所使用的协议，称为外部网关协议（Exterior Gateway Protocol, EGP），EGP是一组简单的定义完备的正式协议。

从IP协议的功能可以知道，IP提供的是一种不可靠的无连接的报文分组传送服务。若路由器或交换机故障使网络阻塞，就需要通知发送主机采取相应措施。

（2）网际控制报文协议（ICMP）。

为了使互联网能报告差错，或提供有关意外情况的信息，在IP层加入了一类特殊用途的报文机制，即网际控制报文协议（Internet Control Message Protocol, ICMP）。ICMP是IP正式协议的一部分，ICMP数据报通过IP送出，因此它在功能上属于网络第三层。

分组接收方利用ICMP来通知IP模块，发送某些方面所需的修改。ICMP通常是由发现别的站发来的报文有问题的站产生的。例如，可由目的主机或中继路由器来发现问题并产生有关的ICMP数据报。如果一个分组不能传送，ICMP便可以被用来报告分组源，说明有网络、主机或端口不可达。ICMP也可以用来报告网络阻塞。

（3）地址解析协议（ARP）。

在TCP/IP网络环境下，每个主机都分配了一个32位的IP地址，这种互联网地址是在国际范围内标识主机的一种逻辑地址。为了能让报文在物理网上传送，必须要知道彼此的物理地址。这样，就存在把互联网地址变换为物理地址的地址转换问题。以以太网（Ethernet）环境为例，为了正确地向目的站传送报文，必须把目的站的32位IP地址转换成48位以太网目的地址（DA）。这就需要在网络层有一组协议将IP地址转换为相应物理网络地址，这组协议就是ARP。

在进行报文发送时，如果源网络层给的报文只有IP地址，而没有对应的以太网地址，则网络层广播ARP请求以获取目的站信息，而目的站必须回答该ARP请求。这样源站点可以收到以太网48位地址，并将地址放入相应的高速缓存（Cache）。下一次源站点对同一目的站点的地址转换可直接引用高速缓存中的地址内容。地址转换协议使主机可以找出同一物理网络中任一个物理主机的物理地址，只需给出目的主机的IP地址即可。这样，网络的物理编址可以对网络层服务透明。

在互联网环境下，为了将报文送到另一个网络的主机，数据报需先确定发送方所在网络的路由器。因此，发送主机首先必须确定路由器的物理地址，然后依次将数据发往接收端。除基本ARP机制外，有时还需在路由器上设置代理ARP，其目的是由IP路由器代替目的站对发送方ARP请求作出响应。

（4）反向地址解析协议（RARP）。

反向地址解析协议（Reverse Address Resolution Protocol, RARP）用于一种特殊情况，如果站点初始化以后，只有自己的物理地址而没有IP地址，则它可以通过RARP协议，发出广播请求，征求自己的IP地址，而RARP服务器则负责回答。这样，无IP地址的站点可以通过RARP协议取得自己的IP地址，这个地址在下一次系统重新开始以前都有效，不用连续广播请求。RARP广泛用于获取无盘工作站的IP地址。

3）传输层

传输层的功能是提供应用程序间的通信。其功能包括格式化信息流和提供可靠传输。为实现可靠性传输，传输层协议规定接收端必须发回确认信息，并且假如分组丢失，必须重新发送从而保证可靠传输。

TCP/IP在传输层提供了两个主要的协议，即传输控制协议（Transfer Control Protocol, TCP）和用户数据报协议（User Datagram Protocol, UDP）。另外，还有其他一些协议，如用于传送数字化语音的NVP协议。

TCP协议提供的是一种可靠的数据流服务。当传送受差错干扰的数据，或基础网络故障，或网络负荷太重而使网际基本传输系统（无连接报文递交系统）不能正常工作时，就需要通过其他协议来保证通信的可靠。TCP就是这样的协议，它对应于OSI模型的运输层，在IP协议的基础上，提供端到端的面向连接的可靠传输。

TCP采用"带重传的肯定确认"技术来实现传输的可靠性。简单的"带重传的肯定确认"是指与发送方通信的接收者，每接收一次数据，就送回一个确认报文，发送者对每个发出去的报文都留一份记录，等收到确认信息之后再发出下一报文分组。发送者发出一个报文分组时，启动一个计时器，若计时器计数完毕，确认信息还未到达，则发送者重新发送该报文分组。

简单的确认重传严重浪费带宽，TCP还采用一种叫"滑动窗口"的流量控制机制来提高网络的吞吐量，窗口的范围决定了发送方发送的但未被接收方确认的数据报的数量。每当接收方正确收到一则报文时，窗口便向前滑动，这种机制决定了发送方发送的但未被接收方确认的数据报的数量，从而提高了网络的吞吐量。

TCP通信建立在面向连接的基础上，实现了一种"虚电路"的概念。双方通信之前，先建立一条连接，然后双方就可以在其上发送数据流。这种数据交换方式能提高效率，但事先建立连接和事后拆除连接需要开销。TCP连接的建立采用三次握手，整个过程由以下3个环节组成。一是初始化主机通过一个同步比特SYN置位（即SYN=1）的数据段发出会话请求。二是接收主机通过发回具有以下项目的数据段表示回复：同步比特SYN置位（即SYN=1）、即将发送的数据段的起始字节的顺序号、应答并带有将收到的下一个数据段的字节顺序号。三是请求主机再回送一个数据段，并带有确认顺序号和确认号。

用户数据报协议（UDP）是对IP协议簇的扩充，它增加了一种机制，发送方使用这种机制可以区分一台计算机上的多个接收者。每个UDP报文除了包含某用户进程发送的数据外，还包含报文目的端口的编号和报文源端口的编号。UDP的这种扩充使得在两个用户进程之间传送数据报成为可能。

UDP协议是依靠IP协议来传送报文的，因而它的服务和IP一样，是不可靠的。这种服务不能确认，不对报文排序，也不进行流量控制，UDP报文可能会出现丢失、重复、失序等现象。

4）应用层

应用层的功能是向用户提供一组常用的应用程序，如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录使用Telnet协议提供了在其他网络主机上注册的接口，Telnet会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输协议（FTP）可以提供网络内机器间的文件复制功能。

文件传输协议是互联网提供的用于访问远程机器的一个协议，它使用户可以在本地机与远程机之间进行有关文件的操作。FTP工作时建立两条TCP连接：一条用于传送文件；另一条用于传送控制。

FTP采用客户机／服务器模式，它包含客户FTP和服务器FTP。客户FTP启动传送过程，而服务器对其作出应答。客户FTP大多有一个交互式界面，具有访问权限的客户可以灵活地向远地传文件或从远地取文件。

Telnet的连接是一个TCP连接，用于传送具有Telnet控制信息的数据。它提供了与终端设备或终端进程交互的标准方法，支持终端到终端的连接及进程到进程分布式计算的通信。

DNS是一个域名服务的协议，提供域名到IP地址的转换，允许对域名资源进行分散管理。DNS最初设计的目的是使邮件发送方知道邮件接收主机及邮件发送主机的IP地址，后来发展成为可服务于其他许多目标的协议。

互联网标准中的电子邮件协议是一个简单的基于文件的协议，用于可靠、有效的数据传输。SMTP作为应用层的服务，并不关心它下面采用的是何种传输服务，它可通过网络在TCP连接上传送邮件，或者简单地在同一机器的进程之间通过进程通信的通道来传送邮件。这样，邮件传输就独立于传输子系统，可在TCP/IP环境、OSI的传输层或X.25协议环境中传输邮件。

邮件发送之前必须协商好发送者、接收者。在邮件传输过程中，所经过的路由被记录下来。这样，当邮件不能正常传输时可按原路由找到发送者。

在当前的UNIX版本中，已将TCP/IP协议融入其中，使之成为UNIX操作系统的一部分。DOS上也推出了相应的TCP/IP软件产品。Sun公司则将TCP/IP广泛推向商务系统，它在所在的工作站系统中都预先安装了TCP/IP网络软件及网络硬件，使网络和计算机成为一体，同时也使TCP/IP网络软件及其客户机／服务器的工作方式为广大用户所接受。

TCP/IP与OSI RM的关系

TCP/IP的应用层对应着OSI模型的会话层、表示层和应用层，TCP/IP的网络接口层对应着OSI模型的物理层和数据链路层，而TCP/IP的传输层、网络层与OSI的传输层、网络层分别对应。

IP数据包的格式

一个IP数据包由首部和数据两部分组成。首部由固定20B的基本首部和0~40B可变长度的任选项组成。其中首部字段主要包括版本号、首部长度、服务类型、数据包长度、标识、标志、数据块偏移值、生存期、协议号、首部校验和以及地址等。

TCP/IP协议簇

TCP/IP作为Internet的核心协议，通过20多年的发展已日渐成熟，并被广泛应用于局域网和广域网中，目前已成为事实上的国际标准。作为一个最早的，也是迄今为止发展最为成熟的互联网络协议系统，TCP/IP包含许多重要的基本特性，这些特性主要表现在5个方面：逻辑编址、路由选择、域名解析、错误检测和流量控制以及对应用程序的支持等。

（1）逻辑编址。每一块网卡在出厂时就由厂家分配了一个独一无二的永久性的物理地址。在Internet中，为每台连入因特网的计算机分配一个逻辑地址，这个逻辑地址被称为IP地址。一个IP地址可以包括一个网络ID号，用来标识网络；一个子网络ID号，用来标识网络上的一个子网；另外，还有一个主机ID号，用来标识子网络上的一台计算机。这样，通过这个分配给某台计算机的IP地址，就可以很快地找到相应的计算机。

（2）路由选择。在TCP/IP中包含了专门用于定义路由器如何选择网络路径的协议，即IP数据包的路由选择。

（3）域名解析。虽然TCP/IP采用的是32位的IP地址，但考虑用户的记忆方便，专门设计了一种方便的字母式地址结构，称为域名或DNS（域名服务）名字。将域名映射为IP地址的操作，称为域名解析。域名具有较稳定的特点，而IP地址则较易发生变化。

（4）错误检测与流量控制。TCP/IP具有分组交换确保数据信息在网络上可靠传递的特性，这些特性包括检测数据信息的传输错误（保证到达目的地的数据信息没有发生变化），确认已传递的数据信息已被成功地接收，监测网络系统中的信息流量，防止出现网络拥塞。

TCP/IP分层模型

协议是对数据在计算机或设备之间传输时的表示方法进行定义和描述的标准。协议规定了进行传输、检测错误以及传送确认信息等内容。TCP/IP是一个协议簇，它包含了多种协议。ISO/OSI模型、TCP/IP的分层模型及协议的对比如下图所示。

TCP/IP模型与OSI模型的对比

从上图可知，TCP/IP分层模型由5个层次构成，即应用层、传输层、网际层、网络接口层和硬件层，各层的功能简述如下，其中硬件层的相关描述略。

（1）应用层。应用层处在分层模型的最高层，用户调用应用程序来访问TCP/IP互联网络，以享受网络上提供的各种服务。应用程序负责发送和接收数据。每个应用程序可以选择所需要的传输服务类型，并把数据按照传输层的要求组织好，再向下层传送，包括独立的报文序列和连续字节流两种类型。

（2）传输层。传输层的基本任务是提供应用程序之间的通信服务。这种通信又叫端到端的通信。传输层既要系统地管理数据信息的流动，还要提供可靠的传输服务，以确保数据准确而有序地到达目的地。为了这个目的，传输层协议软件需要进行协商，让接收方回送确认信息及让发送方重发丢失的分组。在传输层与网际层之间传递的对象是传输层分组。

（3）网际层。网际层又称IP层，主要处理机器之间的通信问题。它接收传输层请求，传送某个具有目的地址信息的分组。该层主要完成如下功能：

①把分组封装到IP数据报（IP Datagram）中，填入数据报的首部（也称为报头），使用路由算法选择把数据报直接送到目标机或把数据报发送给路由器，然后再把数据报交给下面的网络接口层中对应的网络接口模块。

②处理接收到的数据报，检验其正确性。使用路由算法来决定是在本地进行处理，还是继续向前发送。如果数据报的目标机处于本机所在的网络，该层软件就把数据报的报头剥去，再选择适当的传输层协议软件来处理这个分组。

③适时发出ICMP的差错和控制报文，并处理收到的ICMP报文。

（4）网络接口层。网络接口层又称数据链路层，处于TCP/IP协议层之下，负责接收IP数据报，并把数据报通过选定的网络发送出去。该层包含设备驱动程序，也可能是一个复杂的使用自己的数据链路协议的子系统。

网络接口层协议

TCP/IP协议不包含具体的物理层和数据链路层，只定义了网络接口层作为物理层与网络层的接口规范。这个物理层可以是广域网，如X.25公用数据网；可以是局域网，如Ethernet、Token-Ring和FDDI等。任何物理网络只要按照这个接口规范开发网络接口驱动程序，都能够与TCP/IP协议集成起来。网络接口层处在TCP/IP协议的最底层，主要负责管理为物理网络准备数据所需的全部服务程序和功能。

网际层协议IP

网际层是整个TCP/IP协议簇的重点。在网际层定义的协议除了IP外，还有ICMP、ARP和RARP等几个重要的协议。

IP所提供的服务通常被认为是无连接的（connectionless）和不可靠的（unreliable）。事实上，在网络性能良好的情况下，IP传送的数据能够完好无损地到达目的地。所谓无连接的传输，是指没有确定目标系统在已做好接收数据准备之前就发送数据。与此相对应的就是面向连接的（connection oriented）传输（如TCP），在该类传输中，源系统与目的系统在应用层数据传送之前需要进行三次握手。至于不可靠的服务，是指目的系统不对成功接收的分组进行确认，IP只是尽可能地使数据传输成功。但是只要需要，上层协议必须实现用于保证分组成功提供的附加服务。

由于IP只提供无连接、不可靠的服务，所以把差错检测和流量控制之类的服务授权给了其他的各层协议，这正是TCP/IP能够高效率工作的一个重要保证。这样，可以根据传送数据的属性来确定所需的传送服务以及客户应该使用的协议。例如，传送大型文件的FTP会话就需要面向连接的、可靠的服务（因为如果稍有损坏，就可能导致整个文件无法使用）。

IP的主要功能包括将上层数据（如TCP、UDP数据）或同层的其他数据（如ICMP数据）封装到IP数据报中；将IP数据报传送到最终目的地；为了使数据能够在链路层上进行传输，对数据进行分段；确定数据报到达其他网络中的目的地的路径。

IP协议软件的工作流程：当发送数据时，源计算机上的IP协议软件必须确定目的地是在同一个网络上，还是在另一个网络上。IP通过执行这两项计算并对结果进行比较，才能确定数据到达的目的地。如果两项计算的结果相同，则数据的目的地确定为本地；否则，目的地应为远程的其他网络。如果目的地在本地，那么IP协议软件就启动直达通信；如果目的地是远程计算机，那么IP必须通过网关（或路由器）进行通信，在大多数情况下，这个网关应当是默认网关。当源IP完成了数据报的准备工作时，它就将数据报传递给网络访问层，网络访问层再将数据报传送给传输介质，最终完成数据帧发往目的计算机的过程。

当数据抵达目的计算机时，网络访问层首先接收该数据。网络访问层要检查数据帧有无错误，并将数据帧送往正确的物理地址。假如数据帧到达目的地时正确无误，网络访问层便从数据帧的其余部分中提取数据有效负载（Payload），然后将它一直传送到帧层次类型域指定的协议。在这种情况下，可以说数据有效负载已经传递给了IP。

ARP和RARP

地址解析协议（Address Resolution Protocol，ARP）及反地址解析协议（RARP）是驻留在网际层中的重要协议。ARP的作用是将IP地址转换为物理地址，RARP的作用是将物理地址转换为IP地址。网络中的任何设备，主机、路由器和交换机等均有唯一的物理地址，该地址通过网卡给出，每个网卡出厂后都有不同的编号，这意味着用户所购买的网卡有着唯一的物理地址。另一方面，为了屏蔽底层协议及物理地址上的差异，IP协议又使用了IP地址，因此，在数据传输过程中，必须对IP地址与物理地址进行相互转换。

用ARP进行IP地址到物理地址转换的过程为：当计算机需要与任何其他的计算机进行通信时，首先需要查询ARP高速缓存，如果ARP高速缓存中这个IP地址存在，便使用与它对应的物理地址，直接将数据报发送给所需的物理网卡；如果ARP高速缓存中没有该IP地址，那么ARP便在局域网上以广播方式发送一个ARP请求包。如果局域网上IP地址与某台计算机中的IP地址相一致，那么该计算机便生成一个ARP应答信息，信息中包含对应的物理地址。ARP协议软件将IP地址与物理地址的组合添加到它的高速缓存中，这时即可开始数据通信。

RARP负责物理地址到IP地址的转换。这主要用于无盘工作站上，网络上的无盘工作站在网卡上有自己的物理地址，但无IP地址，因此必须有一个转换过程。为了完成这个转换过程，网络中有一个RARP服务器，网络管理员事先必须把网卡上的IP地址和相应的物理地址存储到IP RARP服务器的数据库中。

网际层协议ICMP

Internet控制信息协议（Internet Control Message Protocol，ICMP）是网际层的另一个比较重要的协议。由于IP是一种尽力传送的通信协议，即传送的数据报可能丢失、重复、延迟或乱序，因此IP需要一种避免差错并在发生差错时报告的机制。ICMP就是一个专门用于发送差错报文的协议。ICMP定义了5种差错报文（源抑制、超时、目的不可达、重定向和要求分段）和4种信息报文（回应请求、回应应答、地址屏蔽码请求和地址屏蔽码应答）。IP在需要发送一个差错报文时要使用ICMP，而ICMP也是利用IP来传送报文的。ICMP是让IP更加稳固、有效的一种协议，它使得IP传送机制变得更加可靠。而且利用ICMP还可以用于测试因特网，以得到一些有用的网络维护和排错的信息。例如，著名的ping工具就是利用ICMP报文进行目标是否可达测试。

传输层协议TCP

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议），是整个TCP/IP协议族中最重要的协议之一。它在IP提供的不可靠数据服务的基础上，为应用程序提供了一个可靠的、面向连接的、全双工的数据传输服务。

TCP是如何实现可靠性的呢？最主要和最重要的是TCP采用了一个叫重发（retransmission）的技术。具体来说，在TCP传输过程中，发送方启动一个定时器，然后将数据包发出，当接收方收到了这个信息就给发送方一个确认（acknowledgement）信息。而如果发送方在定时器到点之前没收到这个确认信息，就重新发送这个数据包。

利用TCP在源主机和目的主机之间建立和关闭连接操作时，均需要通过三次握手来确认建立和关闭是否成功。三次握手方式如下图所示，它通过“序号／确认号”使得系统正常工作，从而使它们的序号达成同步。

TCP建立连接的“三次握手”过程

TCP建立连接的三次握手过程如下：

（1）源主机发送一个SYN（同步）标志位为1的TCP数据包，表示想与目标主机进行通信，并发送一个同步序列号（如SEQ=200）进行同步。

（2）目标主机愿意进行通信，则响应一个确认（ACK位置1），并以下一个序列号为参考进行确认（如201）。

（3）源主机以确认来响应目标主机的TCP包。这个确认中包括它想要接收的下一个序列号（该帧可以含有发送的数据）。至此连接建立完成。

同样，关闭连接也进行三次握手。

传输层协议UDP

用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）是一种不可靠的、无连接的协议，可以保证应用程序进程间的通信。与同样处在传输层的面向连接的TCP相比较，UDP是一种无连接的协议，它的错误检测功能要弱得多。可以这样说，TCP有助于提供可靠性；而UDP则有助于提高传输的高速率性。例如，必须支持交互式会话的应用程序（如FTP等）往往使用TCP；而自己进行错误检测或不需要错误检测的应用程序（如DNS、SNMP等）则往往使用UDP。

UDP协议软件的主要作用就是将UDP消息展示给应用层，它并不负责重新发送丢失的或出错的数据消息，不对接收到的无序IP数据报重新排序，不消除重复的IP数据报，不对已收到数据报进行确认，也不负责建立或终止连接。而这些问题是由使用UDP进行通信的应用程序负责处理的。

TCP虽然提供了一个可靠的数据传输服务，但它是以牺牲通信量来实现的。也就是说，为完成同样一个任务，TCP会需要更多的时间和通信量。这在网络不可靠的时候，通过牺牲一些时间换来达到网络的可靠，但在网络十分可靠的情况下，它又通过浪费带宽来保证可靠性，这时UDP则以十分小的通信量浪费占据优势。

应用层协议

随着计算机网络的广泛应用，人们也已经有了许多基本的、相同的应用需求。为了让不同平台的计算机能够通过计算机网络获得一些基本的、相同的服务，也就应运而生了一系列应用级的标准，实现这些应用标准的专用协议被称为应用级协议，相对于OSI参考模型来说，它们处于较高的层次结构，所以也称为高层协议。应用层的协议有NFS、Telnet、SMTP、DNS、SNMP和FTP等，详细情况在Internet服务中介绍。

UDP

UDP是面向无连接的通信协议，UDP数据包括目的端口号和源端口号的信息，由于通信不需要连接，所以可以实现广播发送。

UDP通信时不需要接收方确认，属于不可靠的传输，可能会出现丢包现象，在实际应用中要求程序员编程验证。

UDP与TCP位于同一层，但它不管数据包的顺序、错误或重发。因此，UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务，UDP主要用于那些面向查询、应答的服务，例如NFS。相对于FTP或Telnet，这些服务需要交换的信息量较小。使用UDP的服务包括NTP（网络时间协议）和DNS（DNS也使用TCP）。

欺骗UDP包比欺骗TCP包更容易，因为UDP没有建立初始化连接（也称握手）（因为在两个系统之间没有虚电路），也就是说，与UDP相关的服务面临着更大的危险。

簇

簇（cluster），有时被称为索引簇，是Oracle数据库中用于存储表的一种方法。在一个簇中，系统将多个相关的表存储在一起，以缩短用户访问相关记录的时间。只有当这些相关表经常被同时访问时，才适合使用簇。对用户和应用程序而言，簇的存在是透明的，簇只影响数据的存储方式。

在某些情况下使用簇是非常有利的，而在另外一些情况下，使用簇却可能非常不利。应当仔细考虑簇是否有助于提高系统性能。一般而言，如果集中存放的数据主要用于连接表中，那么使用簇是很好的。如果两个表存放了相关数据，并且这两个表经常被同时访问，那么通过使用簇可将相关数据预装入SGA中，从而提高用户访问数据的性能。因为开发人员经常同时使用这两个表，所以在用户访问其中一个表时，将另一个表的数据也放入SGA中，可大大缩短用户访问数据的时间。如果一般情况下开发人员不会同时使用这些信息，那么簇将不能提高系统性能，并且这种情况下，簇实际上会导致系统性能的轻微下降，其原因是额外的表信息将占据更多的SGA空间。簇的另一个不足之处在于，当用户执行insert语句时将降低系统性能。引起性能下降的原因是簇在使用存储空间上采用的方法更加复杂，并且系统需要将多个表存储在同一个数据块中。簇表比单个表占用了更多的存储空间，这将导致系统扫描更多的数据。另外如果系统经常对这些表中的某一个表作全表扫描，那么不应当为这些表创建簇。因为如果创建了簇，那么额外数据将占用SGA的部分空间并导致额外的I/O操作，这两方面的原因都会降低系统性能。

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