嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)編程之：TCP/IP協(xié)議概述

10.1TCP/IP協(xié)議概述

10.1.1OSI參考模型及TCP/IP參考模型

讀者一定都聽(tīng)說(shuō)過(guò)著名的OSI協(xié)議參考模型，它是基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的建議發(fā)展起來(lái)的，從上到下共分為7層：應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層及物理層。這個(gè)7層的協(xié)議模型雖然規(guī)定得非常細(xì)致和完善，但在實(shí)際中卻得不到廣泛的應(yīng)用，其重要的原因之一就在于它過(guò)于復(fù)雜。但它仍是此后很多協(xié)議模型的基礎(chǔ)，這種分層架構(gòu)的思想在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

與此相區(qū)別的TCP/IP協(xié)議模型從一開(kāi)始就遵循簡(jiǎn)單明確的設(shè)計(jì)思路，它將TCP/IP的7層協(xié)議模型簡(jiǎn)化為4層，從而更有利于實(shí)現(xiàn)和使用。TCP/IP的協(xié)議參考模型和OSI協(xié)議參考模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖10.1所示。

圖10.1OSI模型和TCP/IP參考模型對(duì)應(yīng)關(guān)系

下面分別對(duì)TCP/IP的4層模型進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

n 網(wǎng)絡(luò)接口層：負(fù)責(zé)將二進(jìn)制流轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)幀，并進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收。要注意的是數(shù)據(jù)幀是獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸單元。

n 網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)幀封裝成IP數(shù)據(jù)包，并運(yùn)行必要的路由算法。

n 傳輸層：負(fù)責(zé)端對(duì)端之間的通信會(huì)話連接與建立。傳輸協(xié)議的選擇根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方式而定。

n 應(yīng)用層：負(fù)責(zé)應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，這里通過(guò)端口號(hào)來(lái)識(shí)別各個(gè)不同的進(jìn)程。

10.1.2TCP/IP協(xié)議族

雖然TCP/IP名稱只包含了兩個(gè)協(xié)議，但實(shí)際上，TCP/IP是一個(gè)龐大的協(xié)議族，它包括了各個(gè)層次上的眾多協(xié)議，圖10.2列舉了各層中一些重要的協(xié)議，并給出了各個(gè)協(xié)議在不同層次中所處的位置，如下所示。

n ARP：用于獲得同一物理網(wǎng)絡(luò)中的硬件主機(jī)地址。

n MPLS：多協(xié)議標(biāo)簽協(xié)議，是很有發(fā)展前景的下一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

n IP：負(fù)責(zé)在主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)之間尋址和路由數(shù)據(jù)包。

n ICMP：用于發(fā)送有關(guān)數(shù)據(jù)包的傳送錯(cuò)誤的協(xié)議。

n IGMP：被IP主機(jī)用來(lái)向本地多路廣播路由器報(bào)告主機(jī)組成員的協(xié)議。

n TCP：為應(yīng)用程序提供可靠的通信連接。適合于一次傳輸大批數(shù)據(jù)的情況。并適用于要求得到響應(yīng)的應(yīng)用程序。

n UDP：提供了無(wú)連接通信，且不對(duì)傳送包進(jìn)行可靠性保證。適合于一次傳輸少量數(shù)據(jù)，可靠性則由應(yīng)用層來(lái)負(fù)責(zé)。

10.1.3TCP和UDP

在此主要介紹在網(wǎng)絡(luò)編程中涉及的傳輸層TCP和UDP協(xié)議。

1．TCP

（1）概述。

同其他任何協(xié)議棧一樣，TCP向相鄰的高層提供服務(wù)。因?yàn)門(mén)CP的上一層就是應(yīng)用層，因此，TCP數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)了從一個(gè)應(yīng)用程序到另一個(gè)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳遞。應(yīng)用程序通過(guò)編程調(diào)用TCP并使用TCP服務(wù)，提供需要準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，用來(lái)區(qū)分接收數(shù)據(jù)應(yīng)用的目的地址和端口號(hào)。

通常應(yīng)用程序通過(guò)打開(kāi)一個(gè)socket來(lái)使用TCP服務(wù)，TCP管理到其他socket的數(shù)據(jù)傳遞?？梢哉f(shuō)，通過(guò)IP的源/目的可以惟一地區(qū)分網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)設(shè)備的連接，通過(guò)socket的源/目的可以惟一地區(qū)分網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)應(yīng)用程序的連接。

（2）三次握手協(xié)議。

TCP對(duì)話通過(guò)三次握手來(lái)進(jìn)行初始化。三次握手的目的是使數(shù)據(jù)段的發(fā)送和接收同步，告訴其他主機(jī)其一次可接收的數(shù)據(jù)量，并建立虛連接。

下面描述了這三次握手的簡(jiǎn)單過(guò)程。

n 初始化主機(jī)通過(guò)一個(gè)同步標(biāo)志置位的數(shù)據(jù)段發(fā)出會(huì)話請(qǐng)求。

n 接收主機(jī)通過(guò)發(fā)回具有以下項(xiàng)目的數(shù)據(jù)段表示回復(fù)：同步標(biāo)志置位、即將發(fā)送的數(shù)據(jù)段的起始字節(jié)的順序號(hào)、應(yīng)答并帶有將收到的下一個(gè)數(shù)據(jù)段的字節(jié)順序號(hào)。

n 請(qǐng)求主機(jī)再回送一個(gè)數(shù)據(jù)段，并帶有確認(rèn)順序號(hào)和確認(rèn)號(hào)。