大佬教程收集整理的这篇文章主要介绍了TCP/IP网络模型,大佬教程大佬觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。
目录
前言
计算机网络的两种分层体系模型
分层体系的意义
OSI网络模型
TCP/IP网络模型
各层级中的设备
各层级中的协议
TCP/IP网络模型
应用层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
对于同⼀台设备上的进程间通信c;有如管道、消息队列、共享内存、信号等⽅式c;而对于不同设备上的进程间通信c;就需要网络通信c;又设备是多样性的c;所以要兼容多种多样的设备c;就协商出了⼀套通用的网络协议。
OSI(Open Systems Interconnection Reference Modelc;开放系统互联基本参考模型)c;又称七层网络模型。
TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocolc;传输控制协议/因特网协议)c;又称五层网络模型c;以其中最重要的TCP协议和IP协议命名。
值得一提的是:OSI 模型由国际化标准组织制定c;本应该在全球范围内推广c;但由于OSI的设计过于理想不合实际c;再加上当时应用TCP/IP模型的因特网(Internet)已经覆盖了全球大部分地区。种种原因c;导致OSI并没有取得市场化的成功c;仅仅是获得了理论上的研究成果。而 TCP/IP 模型则被作为了事实上的国际标准。
用户能直接接触的为应用层(Application Layer)应用软件都是在应用层实现的。当两个不同设备的应用需要通信的时候c;应用就把应用数据传给下一层c;也就是传输层。而且应用层是工作在操作系统中的用户态c;传输层及以下则工作在内核态。
传输层(Transport Layer)为应用层提供网络支持。在传输层会有两个传输协议c;分别是 TCP 和 UDP。TCP 的全称叫传输层控制协议(Transmission Control Protocol)c;大部分应用使用的正是 TCP 传输层协议c;比如 http 应用层协议。TCP 特性:流量控制、超时重传、拥塞控制等c;这些都是为了保证数据包能可靠地传输给对方。UDP 相对简单c;简单到只负责发送数据包c;不保证数据包是否能抵达对方。UDP 特性:实时性相对更好c;传输效率也高。当然c;UDP 也可以实现可靠传输c;把 TCP 的特性在应用层上实现就可以c;不过要实现⼀个商用的可靠 UDP 传输协议c;也不是⼀件简单的事情。 在传输过程中c;应用可能需要传输的数据非常大c;如果直接传输就不好控制c;因此当传输层的数据包大小超过 MSS(TCP 最大报文段长度) c;就要将数据包分块c;这样即使中途有⼀个分块丢失或损坏c;只需要重传这一个分块c;而不用重传整个数据包。在 TCP 协议中c;我们把每个分块称为一个 TCP 段(TCP Segment)。 当设备作为接收方时c;传输层则要负责把数据包传给应用c;但是⼀台设备上可能会有很多应用在接收或者传输数据c;因此需要用一个编号将应用区分开来c;这个编号就是端口。比如 80 端口通常是 Web 服务器用的c;22 端口通常是远程登录服务器用的。而对于浏览器(客户端)中的每个标签栏都是⼀个独立的进程c;操作系统会为这些进程分配临时的端⼝号。由于传输层的报文中会携带端口号c;因此接收方可以识别出该报文是发送给哪个应用。
传输层并不负责将数据从一个设备传输到另一个设备。它的设计理念是简单、高效、专注。也就是说c;我们不希望传输层协议处理太多的事情c;只需要服务好应用即可c;让其作为应用间数据传输的媒介c;帮助实现应用到应用的通信c;而实际的传输功能就交给下一层c;也就是网络层(Internet Layer)。 网络层最常用的是 IP 协议(Internet Protocol)c;IP 协议会将传输层的报文作为数据部分c;再加上 IP 包头组装成 IP 报文c;如果 IP 报文大小超过 MTU(以太网中⼀般为 1500 字节)就会再次进行分片c;得到⼀个即将发送到网络的 IP 报文。
网络层负责将数据从⼀个设备传输到另⼀个设备c;世界上那么多设备c;又该如何找到对方呢?因此c;网络层需要有区分设备的编号。我们⼀般用 IP 地址对设备进行编号c;对于 IPv4 协议c;IP 地址共 32 位c;分成了四段c;每段是 8 位。只有⼀个单纯的 IP 地址虽然做到了区分设备c;但是寻址起来特别麻烦c;全世界那么多台设备c;难道⼀个⼀个去匹配?这显然不科学。因此c;需要将 IP 地址分成两种意义:
配合子网掩码才能算出 IP 地址的网络号和主机号。所以在寻址的过程中c;先匹配到相同的网络号c;才会去找对应的主机。除了寻址能力c; IP 协议还有另⼀个重要的能力就是路由。实际场景中c;两台设备并不是用⼀条网线连接起来的c;而是通过很多网关、路由器、交换机等众多网络设备连接起来的c;那么就会形成很多条网络的路径c;因此当数据包到达⼀个网络节点c;就需要通过算法决定下一步走哪条路径。所以c;IP 协议的寻址作用是告诉我们去往下⼀个目的地该朝哪个方向走c;路由则是根据「下⼀个目的地」选择路径。寻址更像在导航c;路由更像在操作方向盘。
实际场景中c;网络并不是⼀个整体c;所以数据不仅可以在同⼀个网络中设备间进行传输c;也可以跨网络进行传输。⼀旦数据需要跨网络传输c;就需要有⼀个设备同时在两个网络当中c;这个设备⼀般是路由器c;路由器可以通过路由表计算出下⼀个要去的 IP 地址。那问题来了c;路由器怎么知道这个 IP 地址是哪个设备的呢?于是c;就需要有⼀个专门的层来标识网络中的设备c;让数据在⼀个链路中传输c;这就是数据链路层(Data Link Layer)c;它主要为网络层提供链路级别传输的服务。每⼀台设备的网卡都会有⼀个 MAC 地址c;它就是用来唯⼀标识设备的。路由器计算出了下⼀个目的地 IP 地址c;再通过 ARP 协议找到该目的地的 MAC 地址c;这样就知道这个 IP 地址是哪个设备的了。
当数据准备要从设备发送到网络时c;需要把数据包转换成电信号c;让其可以在物理介质中传输c;这⼀层就是物理层(Physical Layer)c;它主要是为数据链路层提供⼆进制传输的服务。
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