2.4 架构

公司的组织结构中，从上到下分为不同的等级，每一级又分为不同的部门，它们之间相互协作，完成一项复杂的任务。TCP/IP与公司的组织结构非常类似，分为不同的层次，每一层又有不同的协议，分别完成不同的功能，它们通过上下层的接口，相互协作，完成整个网络通信中的数据传输。

图2.3描述了实现中常用的TCP/IP网络架构，只列出了一些最常用的协议。图中的应用层协议直接连接到了底层协议，这只是说明应用协议是使用这些协议提供的服务。TCP/IP协议的实现中，应用程序是调用socket接口使用底层协议，而不是直接与底层协议打交道。TCP/IP协议簇中，应用层协议是最多的，它们为用户提供丰富多彩的功能。应用层协议的数量没有限制，当有新的需要、而已有的应用协议无法满足要求时，可以不断地开发出新的应用层协议。用户或企业甚至可以定义自己内部的应用层协议，设计应用层协议，根据它的功能特点选择使用不同的底层协议。

TCP是面向连接的传输层协议，可以把它看作一个全双工的管道，里面是字节流，它按应用程序交给它的顺序依次发送数据，不区分数据的边界。虽然使用不可靠的IP协议，但它通过确认、超时重传来为应用层协议提供可靠的数据传输。另外，它还使用通告窗口和重传定时器来判断对方的处理能力和网络状况，为应用程序提供流量和拥塞控制。有了这些功能，应用程序就不再需要关心传输的细节，只需要处理它自己的数据格式，然后简单地发送和接收数据即可。使用TCP的应用层协议有：HTTP、FTP、POP3、Telnet等。

UDP是不可靠的，不能保证应用程序的数据可靠地到达目的地，它也是无连接的，不需要维护连接所带来的负担，只是把应用程序交给它的数据进行简单地封装，然后发送出去，因此数据传输速度较快。为了保证数据可靠到达，应用程序需要自己重传丢失的数据，如DNS、DHCP、TFTP等。它也适合对实时性要求高、但允许有数据丢失的应用，如：流媒体协议RTP、网络电话VoIP等。

IP是网络层的重要协议，TCP和UDP都使用IP传输数据。应用层协议也可以调用原始socket，直接访问IP层，这种程序比较少见，UNIX系统上的选路协议OSPF就是以这种方式实现的。另外，用户可以用原始socket实现自己的传输层协议，但UDP和TCP不能以这种方式实现，它们是由TCP/IP的内核直接处理的。

ICMP是IP协议的一部分，用于发送主机与其他主机或路由器交换错误或诊断报文，主要由IP使用，但应用程序也可以访问它。如最流行的网络诊断工具Ping和Traceroute都使用ICMP。

TCP/IP协议簇包括数百种协议，每个协议都有不同的RFC描述，在众多的TCP/IP协议中，传输层的TCP、UDP，网络层的IP，这几个协议负责完成协议簇最基本功能，是每一个TCP/IP中必须实现的，属于TCP/IP的核心协议。大部分应用程序都使用TCP、UDP提供的服务，一小部分应用程序也会直接使用IP或ICMP协议。

从上面可以看到，应用层不但可以访问传输层，也可以访问网络层。OSI参考模型中每一次只能使用与它相邻的下一层服务，与OSI模型相比，TCP/IP协议违反了分层原则，但却提供了灵活的可扩展性。普通用户只需要使用TCP/IP的基本服务，对于一些特殊的应用，可以直接访问IP层，如实现自己的传输层协议等，而不需要修改内核的实现。