TCP/IP的分层协议

七梦前端
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TCP/IP协议族分为以下4层：应用层、传输层、网络层、链路层（网络接口层）

一、应用层

决定了向用户提供应用服务时通信的活动。

  1. 为应用软件提供网络服务。
  2. 协调应用程序之间的协作。

在TCP/IP协议中，应用层包含了大量的协议，例如HTTP、FTP、SMTP、DNS等。以下是一些常见的应用层协议：

  1. HTTP（HyperText Transfer Protocol）：超文本传输协议，是用于从服务器传输超文本到本地浏览器的协议，用于在Web浏览器和网站之间传递信息。
  2. FTP（File Transfer Protocol）：文件传输协议，用于在网络上进行文件传输。
  3. SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）：简单邮件传输协议，用于发送和接收邮件。
  4. DNS（Domain Name System）：域名系统，用于域名和IP地址之间的转换。
  5. POP3（Post Office Protocol version 3）和IMAP（Internet Message Access Protocol）：这两种协议都是邮件访问协议，用于接收邮件。

二、传输层

传输层对上层应用层，提供处于网络连接中的两台计算机之间的 数据传输。（主要负责端到端（End-to-End）的数据传输。）

在TCP/IP协议族中，传输层主要包括两个重要的协议：TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）和UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议） 。

  1. TCP协议：TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。它在通信双方建立可靠连接后进行数据交换，能够保证数据包的顺序交付。如果在传输过程中发生丢包，TCP协议会进行重传。同时，TCP协议还可以进行流量控制和拥塞控制。
  2. UDP协议：与TCP不同，UDP协议是一种无连接的、不可靠的、基于数据报的传输层协议。它不需要建立连接，就可以直接发送数据。UDP协议不保证数据包的顺序交付，也不进行重传。因此，UDP协议的传输效率更高，但可靠性较差。

传输层的主要功能包括：

  1. 提供端到端的通信服务。
  2. 保证数据包的顺序交付（TCP协议）。
  3. 数据重传（TCP协议）。
  4. 流量控制和拥塞控制（TCP协议）。

传输层通过端口号来标识通信的应用程序，每个运行在设备上的应用程序都会有一个唯一的端口号。当数据包到达传输层时，它会根据端口号把数据包交付给对应的应用程序。

三、网络层

主要负责的是数据包的发送和接收。在发送端，网络层的主要任务是将来自传输层的数据段封装成数据包，并负责选择最佳路径将数据包发送到目标主机。在接收端，网络层的主要任务是从数据链路层接收数据包，并将数据包中的数据段传送到传输层。

网络层的核心协议是互联网协议（Internet Protocol，简称IP）。IP协议定义了每个主机的地址（IP地址）和数据包的格式。

IP协议有两个版本：IPv4和IPv6。IPv4是目前最广泛使用的版本，它使用32位的地址，可以提供约43亿个唯一的地址。由于互联网的快速发展，IPv4地址已经接近耗尽，因此逐渐开始使用128位地址的IPv6。

除了IP协议，网络层还有其他的一些协议，如路由选择协议（如OSPF、BGP等），它们负责在复杂的网络环境中选择最佳的传输路径。

网络层在整个网络通信中起着非常重要的作用，它既要保证数据包能正确无误地送达目标地址，又要尽可能快速地将数据包送达目的地，以提高网络通信的效率。

四、链路层（网络接口层）

处理与网络硬件及接口有关的详情。在发送端，网络接口层将网络层传来的 IP 数据报封装进帧，然后通过物理媒介（如以太网、WIFI、光纤）发送出去。在接收端，网络接口层从物理媒介接收帧，然后将帧中的 IP 数据报解封装后传送到网络层。

在OSI七层模型中网络接口层相当于物理层和数据链路层

在这一层中，有几个关键任务需要完成：

  1. 帧的创建和解析：在发送端，网络接口层会添加必要的头部和尾部信息（如目标MAC地址、源MAC地址、帧类型等）来创建帧。在接收端，网络接口层会解析这些头部和尾部信息，然后提取出数据报。

  2. 错误检测：网络接口层通常还会进行错误检测。例如，以太网使用CRC（循环冗余校验）来检测数据在传输过程中是否有错误。

  3. 流量控制：在某些情况下，网络接口层也会进行流量控制，以防止发送端发送数据的速度超过接收端接收数据的速度。

网络接口层涉及到的主要协议有以太网（Ethernet）、Wi-Fi（无线局域网）、PPP（点对点协议）等。

其他

  1. Segment（段）：在传输层（TCP或UDP）的上下文中，段是指的一块数据，它包括传输层协议的头部信息（如源端口、目标端口等）和应用层的数据。如果使用TCP协议，传输层会将应用层的数据分割成多个段进行发送，以确保数据的可靠传输。
  1. Packet（数据包）：在网络层的上下文中，数据包是指包括网络层头部信息（如源IP地址、目标IP地址等）和传输层的段的数据单元。网络层的任务就是将这些数据包从源主机发送到目标主机。
  1. Frame（帧）：在数据链路层的上下文中，帧是指包括数据链路层头部信息（如源MAC地址、目标MAC地址等）和网络层的数据包的数据单元。数据链路层的任务是在同一网络内进行数据传输，如在同一局域网内的主机之间进行数据传输。
  1. Bit Stream（比特流）：在物理层的上下文中，比特流是指经过物理编码后能在物理媒介（如电缆、光纤、无线电波等）上传输的信号。比特流是最终在网络中传输的数据形式，也是最基础的数据单位。
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