小菜學網絡之TCP/IP協議棧
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上一小節，我們學習了 OSI 參考模型，見識到 分層 設計思想在通信系統中的重要作用。那么，現行的通信協議是不是按照 OSI 模型進行分層呢?各層的重要協議都有哪些呢?
目前使用最廣泛的通信協議是 TCP/IP 系列協議，但它并不是嚴格按照 OSI 參考模型設計的。實際上，TCP/IP 早在 OSI 參考模型提出前就開始研發，并逐步發展至今。
TCP/IP 協議棧也是分層設計的，但與 OSI 不同，它只分為 4 層：
網絡訪問層
網絡訪問層 ( network access layer )負責管理物理介質，并提供將數據從當前節點傳輸到下一節點的能力。因此，網絡訪問層的功能相當于 OSI 中的 物理層 和 數據鏈路層 。
不同的通信介質，有不同的接入設備，采用的協議也不同，常見的有：
- Ethernet ，以太網協議;
- PPP ，點對點協議;
- DSL ，用戶數字線路;
- etc
以 以太網卡 為例，它的通信介質是電纜，而通信協議則是 以太網協議 ，協議傳輸單元是 以太網幀 。
網卡電路直接處理電信號，并完成電信號與比特間的轉化。這相當于 OSI 物理層的功能，但網卡不會將物理層功能直接呈現給上層。
實際上，網卡將數據鏈路層中 網絡尋址 和 錯誤偵測 的功能也一并實現了，向上層提供以太網幀收發能力。系統可以調用網卡驅動發送以太網幀;網卡接到以太網幀后，也通過驅動程序提交給系統來處理。
總而言之，網絡訪問層以 幀 為通信單元，負責將數據發送到同一網絡(局域網)中的另一節點。
- 以 幀 為通信單元;
- 實現局域網通信;
網絡互連層
網絡互連層( internet layer )在網絡訪問層提供的局域網通信能力之上，實現網際通信能力。該層作用相當于 OSI 模型中的網絡層，同樣以 包 為通信單元，負責路徑選擇和數據包轉發。
TCP/IP 協議棧中的 IP 協議就是該層最核心的協議，它以 IP 包為通信單元。采用 IP 協議進行通信的主機，需要分配一個地址，這就是 IP 地址。IP 包頭部的源地址和目的地址字段，用來標注 IP 包的來源和目的地。
網絡互連層利用網絡訪問層的局域網通信能力，將 IP 包傳輸到下一節點。經過若干次轉發，IP 包最終被送達目標主機。更多細節，我們將在后續章節中揭曉。
- 以 包 為通信單元;
- 實現網際通信(點到點);
傳輸層
傳輸層( transport layer )則在網絡互連層點到點傳輸能力基礎上，實現端到端的進程間通信。該層相當于 OSI 模型中的傳輸層，同樣以 段 為通信單元，負責根據段中的端口號將數據送至目標進程。
最簡單的傳輸層協議應該是 UDP 協議，它非常簡單，只是引入了一個端口號。當一個 UDP 段搭載在 IP 包中送達目標主機后，系統根據段中的端口后，將數據提高給對應的進程。
IP 只是一種盡力而為的傳輸協議，并不完全可靠：一方面， IP 包在傳輸的過程中可能經過不同路由，達到目標主機時次序可能會亂;另一方面，中間路由可能因網絡擁塞而丟包。
為了保證數據傳輸的可靠性，協傳輸層還提供了 TCP 協議。除了端口號，TCP 協議還實現了數據序號、接收確認，以及超時重傳機制，從而為進程提供可靠、有序的數據流。
TCP 協議是傳輸層的核心協議，應用范圍也非常廣泛，因而是網絡學習中的重點。TCP 協議的實現非常復雜，細節將在后續章節展開介紹，現在有個初步認識即可。
- 以 分組 為通信單元;
- 實現進程間通信(端到端);
應用層
應用層( application layer )定義具體網絡應用的通信邏輯，讓應用進程間的協作成為可能。
傳輸層為進程提供了一般化的數據傳輸能力，但對數據本身未作任何規定。因此，實現應用的多個協作進程，需要一種協議，以對數據達成統一認識。
以 Web 應用舉例，瀏覽器進程作為客戶端，必須按照 HTTP 協議的規定，向 Web 服務進程發起請求，才能為服務器所理解;同理，Web 服務器處理請求后，必須按照 HTTP 協議的規定，想客戶端回復響應。
HTTP 協議對 Web 應用進程來說，就是它們彼此間交流的共同語言。由于網絡應用極為豐富，應用協議種類也不在少數，我們常見的有以下這些：
- HTTP
- HTTPS
- FTP
- SMTP(郵件發送)
- etc
小結
本節介紹了目前最流行的 TCP/IP 協議棧，它同樣采用分層設計思路，與 OSI 分層略有差別，但大同小異。TCP/IP 模型與 OSI 模型的對應關系，以及各層的主要協議，列舉如下：
后續我們將以該圖為指引，自底向上，逐層深入學習。敬請期待!
