【计算机网络】深入解析TCP/IP参考模型：从四层架构到数据封装，全面对比OSI

导读

大家好，很高兴又和大家见面啦！！！

在上一篇内容中我们简单的了解了一下OSI模型，在今天的内容中，我们将会继续学习下一个模型TCP/IP模型。

一、历史背景

TCP/IP参考模型是计算机网络的祖父ARPANET和其后继的因特网使用的参考模型。

20世纪70年代由美国国防部ARPANET项目发展而来，旨在实现异构网络的互联。

ARPANET是由美国国防部DoD（U.S.Department of Defense）赞助的研究网络。

逐渐地它通过租用的电话线连结了数百所大学和政府部门。当无线网络和卫星出现以后，现有的协议在和它们相连的时候出现了问题，所以需要一种新的参考体系结构。

这个体系结构在它的两个主要协议出现以后，被称为TCP/IP参考模型（TCP/IP reference model）。

二、分层结构

TCP/IP参考模型是互联网通信的核心框架，它将复杂的网络通信过程简化为四个层次，确保不同设备和网络间的有效数据传输。每层承担特定功能，协同工作：

2.1 网络接口层（Network Interface Layer）

网络接口层的功能类似于OSI参考模型的物理层和数据链路层，其作用是从主机或节点接收IP分组，并将它们发送到指定的物理网络上。

但是TCP/IP并未具体描述网络接口层的功能和协议，只是指出主机必须使用某种协议与网络连接，以便在其上传送IP分组。

因此相比于OSI的物理层与数据链路层，TCP/IP的网络接口层更加的灵活。

2.2 网络层（Internet Layer）

网络层又称网际层，是TCP/IP体系结构的关键部分，功能上它与OSI参考模型的网络层非常相似。网络层将分组发往任何网络，并为其独立地选择合适的路由，但不保证各个分组有序地到达，各个分组的有序和可靠交付由高层负责。

网络层处理数据包的路由和寻址，核心协议为IP（网际协议），负责将数据从源发送到目标，其他协议如ICMP（网络诊断）、ARP（IP转MAC地址）也在此层。

网络层仅提供无连接不可靠的IP，数据传输的单位是IP数据报。

2.3 传输层（Transport Layer）

传输层的功能同样与OSI参考模型中的传输层类似，负责端到端的数据传输，确保可靠性或实时性。主要协议包括：

• TCP（传输控制协议）
  • 功能：面向连接，提供可靠传输（如文件下载）。
  • 传输单位：报文段
• UDP（用户数据报协议）
  • 功能：无连接，提供不可靠传输
  • 传输单位：数据报
  • 适用于实时应用（如视频通话）。

2.4 应用层（Application Layer）

应用层对应OSI模型的应用层、表示层和会话层。它直接服务于用户应用程序，包含所有的高层协议。如：

• 虚拟终端协议（Telent）
• 文件传输协议（FTP）
• 域名解析服务（DNS）
• 电子邮件协议（SMTP）
• 超文本传输协议（HTTP）

三、数据封装流程

数据在各层间传递时逐层封装：

1. 应用层：生成原始数据（如HTTP请求）。
2. 传输层：添加TCP/UDP头部，形成数据段（Segment）或数据报（Datagram）。
3. 网络层：添加IP头部，形成数据包（Packet）。
4. 网络接口层：添加帧头（目标/源MAC地址）和帧尾（校验），形成帧（Frame），通过物理网络传输。

四、与OSI模型的对比

4.1 相同点

TCP/IP模型与OSI模型有许多相似之处：

• 二者都采取分层的体系结构，且分层的功能也大体相似；
• 二者都基于独立的协议栈的概念；
• 二者都可解决异构网络的互联，实现不同厂家生产的计算机之间的通信

4.2 不同点

TCP/IP模型和OSI模型也有很多差别：

• OSI参考模型精确定义了三个主要概念：服务、协议和接口；TCP/IP模型在这三个概念上没有明确区分。
• OSI参考模型为7层模型，TCP/IP模型为4层模型。
• OSI参考模型先有模型，后有协议规范，通用性良好，适合描述各种网络。TCP/IP模型正好相反，即先有协议栈，后建立模型，因此不适合任何其他的非TCP/IP网络。
• OSI参考模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，但在传输层仅有面向连接的通信。而TCP/IP模型认为是可靠的端到端的问题，因此它在网络层仅有一种无连接的通信模式，但传输层支持无连接和面向连接的两种模式。

结语

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