1.2 TCP/IP协议栈

1.2.1 OSI概述

1.2.1.1 为什么需要网络标准

许多读者可能会简单认为，在计算机之间建立通信，就是怎样确保数据由一台计算机流向另一台计算机的问题，其实不然。各种计算机总是不尽相同，因而它们之间的数据传输要比想象中复杂得多。

计算机公司设计制造各种型号的计算机，以适应不同的需求。这些计算机总体上都遵循一般的原理，但实现细节上必然受到人们主观思想和观念的影响。不同的计算机有各自不同的体系结构、使用不同的语言、采用不同的数据存储格式、以不同的速率进行通信。彼此间如果不兼容，那么通信就会非常困难。那么计算机是怎样实现通信的呢？

先来看看不同国家的商业代表是如何沟通的。他们每个人都讲不同的语言，所以需要翻译。而且，他们必须共同遵守一个协议，这个协议规定了他们以怎样的方式、规则进行讨论。否则，讨论将是毫无秩序的。只有每个成员都遵守这一协议，才能保证讨论有条不紊的进行。

同样，计算机间互相通信，也需要协议以决定按哪种方式来“说话”。一个问题随之而来：协议多种多样，如果各大厂商遵循不同的协议，那也就无协议可言了。如果大家能够认同一个公共协议的话，那么这个协议就成为一个所有人都必须遵循的标准协议。

然而，这就像让所有人都认同一种计算机体系结构一样，是不切实际的。不同的设计者理念、思维方式、目标都不一样，因此，出现了许多不同的标准。有幸的是，一些机构致力于在飞速发展的通信领域中确立行业规范，并已经取得了巨大的成就。

1.2.1.2 常见的标准化组织

常见的标准化组织有以下几个。

（1）国际标准化组织（ISO）。ISO是一个世界性组织，包括许多国家的标准团体。它最有意义的工作在于它对开发系统的研究，定义了众所周知的OSI七层模型。

（2）电气和电子工程师协会（IEEE）。IEEE是世界上最大的专业技术团队，主要开发数据通信标准。它在通信领域最著名的研究成果要数IEEE 802局域网系列标准。

（3）互联网工程任务组（IETF）。IETF是全球互联网最具权威的技术标准化组织，分为许多工作组。IETF的主要任务是负责互联网相关技术规范的研发和制定，如路由协议、AAA、TCP/IP和IPv6核心协议、网络安全等。

（4）国际电信联盟（ITU）。ITU是联合国的一个专门机构，主管信息通信技术事务。下辖的ITU-T负责控制远程通信的相关标准，广为使用的G系列、H系列、V系列标准都出自ITU-T。

（5）美国国家标准学会（ANSI）。ANSI是一个非营利性质的民间标准化团队，同时也是ISO的一个成员。它所涉及的标准化领域非常广泛，也包括通信领域。大家熟知的ASCⅡ码就是由ANSI制定的。

（6）电子工业协会（EIA）。美国电子行业标准制定者之一，同时也是ANSI的成员。其研究的首要课题是设备间的电气连接和数据的物理传输，最广为人知的EIA标准是RS-232。

1.2.1.3 OSI模型

OSI（Open System Interconnect，开放式系统互联）模型由国际标准化组织ISO制定，目的是实现各种网络的协议国际标准化，以解决各种体系结构的网络互联问题。

如图1-8和表1-2所示，OSI模型将网络的工作分为7个层次，每层完成一定的网络功能，这些功能由网络设备和协议来实现，7个层次协同完成网络通信。在一个网络中，由于分工不同，各种网络设备所对应的网络层次也是不同的。

1.2.1.4 OSI层次关系

OSI 定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系以及各层的功能，它作为一个框架来协调和组织各层所提供的服务。网络分层将网络设备所要完成的数据转发、打包或拆包、控制信息的加载或拆出等工作，分别由不同的软硬件模块来完成，这样可以将往来通信和网络互连这一复杂的问题变得较为简单。

分层有以下优点：

（1）降低复杂度，使程序容易修改，加快了产品开发速度；

（2）层与层之间可以使用标准接口，方便工程模块化；

（3）每层使用直接下层的服务，便于记住每层功能；

（4）使网络互联变得更加灵活，创建了一个良好的互联环境。

每个层次都利用下一层提供的服务，与对等层进行通信。在通信的时候，数据的发送端自上而下通过七个层次完成数据发送，而接收端自下而上完成数据接收，就像图1-9展示的那样。但是，并不是通信的全过程都需要经过OSI的全部七层，有的只需要用到下三层。比如，终端计算机间QQ聊天，两端计算机发送和接收数据必须使用到全部七个层次，而中间的路由器只关心数据如何传送，不关心数据格式等内容，故只需要用到下三层而已。总之，双方的通信只能在对等层次上进行，而不能在不对称层次上进行。