TCP/IP分層模型是互聯網協議套件的基礎，它簡化了OSI模型，將網絡通信過程劃分為四個層次。TCP/IP模型的主要目的是提供一個實際可行的網絡通信架構，它是互聯網和許多其他網絡的基礎。TCP /IP，是一組不同層次上的多個協議的組合。

一、網絡分層體系

1、OSI參考模型

OSI 參考模型（Open Systems Interconnection Reference Model）是由國際標準化組織（ISO）制定的網絡通信框架標準，通過定義七層標準化通信體系，為不同廠商設備互聯提供統一規范：

1. 目的：解決早期網絡設備兼容性問題，實現跨廠商、跨平臺的互聯互通；
2. 核心思想：分層解耦，每層專注特定功能，下層為上層提供服務；
3. 意義：雖實際網絡中TCP/IP協議棧更常用，但OSI模型仍是網絡協議設計的理論基礎和教學工具。

2、TCP/IP的分層

網絡協議通常分不同層次進行開發，每一層分別負責不同的通信功能。TCP/IP分層模型是互聯網協議套件的基礎，它簡化了OSI模型，將網絡通信過程劃分為四個層次。TCP/IP模型的主要目的是提供一個實際可行的網絡通信架構，它是互聯網和許多其他網絡的基礎。TCP /IP，是一組不同層次上的多個協議的組合。 TCP/ IP通常被認為是一個四層協議系統，如下圖所示。

• 應用層：定義數據格式與交互規則，提供 HTTP、FTP、SMTP、DNS 等協議，通過端口與傳輸層銜接，實現多應用并發。
• 傳輸層：通過端口復用實現端到端通信；TCP 提供可靠連接、重傳與擁塞控制，UDP 僅增加端口與可選校驗，高效但不可靠。
• 網絡層：以 IP 為核心，負責跨網尋址、路由與轉發；配套 ICMP、IGMP、ARP 實現差錯報告、組播管理和地址解析，支持分片重組，構建全球統一地址空間。
• 鏈路層：處理比特流傳輸，將報文封裝成幀，添加 MAC 地址與 CRC；通過 ARP 解析硬件地址，實現局域網互聯，為 TCP/IP 提供無差別的幀級傳輸接口。

OSI七層模型是網絡通信的理論標準，TCP/IP四層則是實際應用的簡化版本，通過分層協作實現了高效的數據傳輸。

OSI分層	TCP/IP四層	典型協議/單元	功能簡述
應用層	應用層	HTTP, FTP, SMTP, DNS	用戶業務數據格式與交互規則
表示層	應用層	SSL/TLS, JPEG, ASCII	數據加密、壓縮、格式轉換
會話層	應用層	RPC, NetBIOS	會話建立、維持、終止
傳輸層	傳輸層	TCP, UDP	端到端可靠/不可靠傳輸、端口復用
網絡層	網絡層	IP, ICMP, IGMP, ARP	跨網尋址、路由、分片、差錯報告
數據鏈路層	鏈路層	Ethernet, PPP, ARP	幀封裝、MAC 尋址、差錯檢測
物理層	鏈路層	比特流, RJ-45, 光纖	電氣/光學信號、比特傳輸

二、數據的封裝和分用

當應用程序用 TCP傳送數據時，數據被送入協議棧中，然后逐個通過每一層直到被當作一串比特流送入網絡。其中每一層對收到的數據都要增加一些首部信息（有時還要增加尾部信息），該過程叫做數據的封裝。當目的主機收到一個以太網數據幀時，數據就開始從協議棧中由底向上升，同時去掉各層協議加上的報文首部。每層協議盒都要去檢查報文首部中的協議標識，以確定接收數據的上層協議。這個過程稱作數據的分用。過程如下所示。

三、以太網幀數據的傳輸

在講述網絡傳輸之前，了解以下網絡中的名詞是十分重要的。

名稱	所在層級	作用域	核心職能
IP 地址	網絡層 (L3)	全網邏輯	跨網絡標識主機，決定“去哪”；與掩碼配合判斷本地/遠程
MAC 地址	鏈路層 (L2)	本地物理段	固化標識網卡，同網段內“交給誰”
子網掩碼	網絡層 (L3)	主機本地	劃分 IP 中的網絡位與主機位，決定“是否同一網段”
網關 (默認路由)	網絡層 (L3)	跨網段	提供下一跳 IP，把遠程流量送出本段
交換機	鏈路層 (L2)	單廣播域	自學習 MAC 地址，按表二層轉發幀，隔離沖突域
路由器	網絡層 (L3)	多廣播域	查 IP 路由表，跨網轉發包，隔離廣播，實現網際互聯
CAM表	鏈路層 (L2)	交換機內部	MAC-端口映射表，用于快速硬件查表，決定幀從哪個端口發出
路由表	網絡層 (L3)	路由器內部	目的網絡-下一跳-出接口映射，指導 IP 報文跨網轉發

1、局域網間通訊

如（圖）網絡傳輸所示，若電腦A與電腦B通訊，數據傳輸步驟如下所示：

1. 電腦A用子網掩碼判斷目標IP與自身同網段 → 走局域網直接交付。
2. 電腦A查本地ARP緩存：
   • 命中 → 直接得到電腦B的MAC；
   • 未命中 → A發ARP請求（廣播），B單播回應MAC，A緩存并填充幀頭。
3. 電腦A構造以太網幀：目的MAC=B，源MAC=A，類型=0x0800，載荷為IP報文。
4. 幀進入交換機A：
   • 交換機A學習源MAC，更新CAM表；
   • 查目的MAC，若表項存在則單播轉發到對應端口；若無表項則泛洪到同一VLAN內所有端口（除源端口）。
5. 電腦B收到幀，FCS校驗正確后解封→交IP層→確認目的IP為本機，完成通信。

2、跨網絡通訊

如（圖）網絡傳輸所示，若電腦A與電腦E通訊，數據傳輸步驟如下所示：

1. 電腦A用子網掩碼判斷目標IP與自身不同網段 → 需走默認網關。
2. 電腦A查本地ARP緩存：
   • 命中 → 直接得到網關MAC；
   • 未命中 → A發ARP請求（廣播），網關單播回應MAC，A緩存并填充幀頭。
3. 電腦A構造以太網幀：目的MAC=網關，源MAC=A，類型=0x0800，載荷為IP報文（目的IP=E）。
4. 幀進入交換機A：
   • 學習源MAC，更新CAM表；
   • 查目的MAC命中網關端口，單播轉發給路由器A。
5. 路由器A收幀→解封至IP層→查路由表得下一跳（路由器B接口）→減TTL→重新封裝新幀： 目的MAC=路由器B接口MAC，源MAC=本出接口MAC。
6. 幀經交換機B（若存在）→送達路由器B。
7. 路由器B解封→查路由表得目的網絡直連本地接口→查ARP緩存：
   • 命中 → 直接得到電腦E的MAC；
   • 未命中 → B發ARP請求（廣播），E單播回應MAC，B緩存并填充幀頭。
8. 路由器B構造末幀：目的MAC=E，源MAC=本接口MAC，類型=0x0800，發往交換機C。
9. 交換機C學習源MAC，查目的MAC命中E端口，單播轉發。
10. 電腦E收到幀，FCS校驗正確后解封→交IP層→確認目的IP為本機，完成跨網絡通信。