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2023.9.7 关于 TCP / IP 的基本认知

news 2026/2/8 14:31:01

目录

网络协议分层

TCP/IP 五层（四层）模型

应用层

传输层

网络层（互联网层）

数据链路层（网络接口层）

物理层

 网络数据传输的基本流程

网络协议分层

为什么需要分层？

  • 分层之后，类似于面向接口编程，定义好两层的接口规范，让双方遵循这个规范来对接，这样有利于更好的扩展和维护

TCP/IP 五层（四层）模型

  • TCP/IP 是一种网络通信协议族，是互联网的核心协议，也是全球广泛使用的网络通信标准，定义了数据如何在网络中分组、传输、路由和接收方式，其中 TCP 为传输控制协议，IP 为 Internet 协议！
  • TCP 负责数据的可靠传输，确保数据的完整性和有序性
  • IP 负责数据的分组和路由，将数据从源地址传递到目的地址

应用层

  • 应用层定义了应用程序之间的通信规则和数据格式
  • 我们的网络编程主要是针对应用层，经常涉及实现一个应用层协议
  • 该层包含了各种应用层协议

HTTP

  • 用于 Web 应用的写于，用于在客户端和服务器之间的通信协议，用于请求和传输网页、图片、视频和其他资源

HTTPS

  • 是 HTTP 的安全版本，通过 SSL 或 TLS 加密协议，提供了安全的数据传输，其在进行敏感数据传输时常被使用，例如网上银行和电子商务网站

DNS

  • 用于域名解析协议，他将人类可读的域名转换为计算机可识别的 IP 地址，使得用户能够通过域名访问互联网上的资源

FTP

  • 用于文件传输协议，允许在客户端和服务器之间进行文件上传、下载和管理，其提供了一种标准的方法来访问远程文件系统

SSH

  • 用于安全远程登录和文件传输的协议，其提供了加密和身份验证机制，用于安全地远程管理网络设备和传输文件

SMTP

  • 用于电子邮件传输的协议，它定义了电子邮件的发送方式、邮件服务器之间的通信规则和数据格式，使得电子邮件能够在不同邮件服务器之间进行传输和投递

POP3

  • 用于接收电子邮件的协议，它允许邮件客户都安从邮件服务器上下载电子邮件，并在客户都安上存储和管理邮件

IMAP

  • 用于接收和管理电子邮件的协议，IMAP允许客户端在邮件服务器上直接操作邮件，包括查看、删除、移动和标记邮件等操作

传输层

  • 负责两台主机之间的数据传输
  • 包括传输控制协议 TCP 和 用户数据报协议 UDP

TCP

  • 提供可考的、面向连接的数据传输，确保数据的可靠性和有序性

UDP

  • 提供不可靠的、无连接的数据传输，适用于实时性要求较高的应用

网络层（互联网层）

  • 负责地址管理和路由选择
  • 包括 Internet 协议 (IP) 

IP

  • IP 协议定义了数据报文的结构和寻址规则，使得数据能够在不同网络之间进行传递

数据链路层（网络接口层）

  • 负责处理与物理网络介质的通信，设备之间的数据帧的传送和识别
  • 如以太网、Wi-Fi 等

物理层

  • 负责在物理媒介上传输原始的比特流，将数据从发送方传输到接收方

注意：

因为物理层我们考虑的相对较少，所以通常也称 TCP/IP 为四层模型

 网络数据传输的基本流程

实例假设：

  • 用户 A 通过微信给用户 B 发送一条消息 "你吃了嘛？" 

第一步：进行封装（用户A）

1.应用层形成协议报文

  • 假设微信内部约定好一个应用协议，这个一般由程序员所定义，我们不知道，所以假设为下面这样
  • 把用户输入的字符串构造成约定好的应用层数据报文

  • 随后数据报文便会通过 调用操作系统内核所提供的一些 API  来传递给传输层，因为传输层正是操作系统内核所实现的

2.传输层添加 UDP 报头

  • 在传输层，需要把应用层数据报文构造成传输层数据报文
  • 此处是使用 UDP 报头，从而仅需在 应用层数据报文 的基础上加个 UDP 报头 即可

  • UDP 报头也是一个特定格式的字符串，涉及到源端口和目的端口，将其与数据拼到一起，进而传输给网络层

3. 网络层添加 IP 报头

  • 在网络层，需要把传输层数据报文构造成网络层数据报文
  • 仅需在 传输层数据报文 的基础上加个 IP 报头 

  • IP 报头也是一个特定格式的字符串，涉及到 源 IP 和 目的 IP，将其与传来的数据拼到一起，进而传输给数据链路层

4.数据链路层添加帧头和帧尾

  • 数据链路层中最典型的是 以太网
  • 基于上述数据我们还需再将其打包一个 以太网数据帧
  • 帧头包含了 目的MAC地址，用于指示数据帧的接收方
  • 帧头包含了 源MAC地址，用于指示数据帧的发送方
  • 帧尾包含帧校验序列 FCS 组成，用于检查数据帧是否在传输过程中出现错误的校验值

  • 数据链路层继续将该数据传输给物理层

5.物理层进行解析传输

  • 物理层将上述二进制数据转换成电信号或光信号，完成真正的传输

第二步：进行分用操作（用户B）

总结：

  • 通信双方需使用相同的协议才能进行通信
  • 这五层协议之间有明确的层级关系，只有相邻的两层之间才能进行交互，不能跨层交互
  • 上层协议要调用下层协议进行封装操作，下层协议要给上层协议提供支持要进行解析操作

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