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计算机网络——TCP/IP网络模型

三千筱夜 2024-09-28 阅读 32

1. TCP/IP网络模型有哪几层

对于同一台设备上的进程间通信,有很多种方式,比如管道、消息队列、共享内存、信号等。而对于不同设备上的进程间通信,就需要网络通信,而设备是多样性的,所以要兼容多种多样的设备,就协商出了一套通用的网络协议。

1.1 应用层

最上层的,也是我们能直接接触到的就是应用层,我们电脑或者手机使用的应用软件都是在应用层实现。那么,当两个不同设备的应用需要通信的时候,应用就把应用数据传给下一层,也就是传输层。
所以,应用层只需要关注于为用户提供应用功能,比如HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。
应用层是工作在操作系统中的用户态,传输层及以下则工作在内核态

1.2 传输层

应用层的数据包传给传输层,传输层为应用层提供网络支持。
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在传输层有两个传输协议,分别是TCP和UDP。

TCP:大部分应用使用的都是TCP传输层协议,TCP相比UDP多了很多特性,比如流量控制、超时重传、拥塞控制。这些都是为了保证数据包能可靠的传输给对方。
UDP:简单到只负责发送数据包,不保证数据包是否能抵达对方,但他实时性相对更好,效率也高。

应用需要传输的数据可能会非常大,如果直接传输就不好控制,因此 当传输层的数据包大小超过MSS(TCP最大报文长度),就要将数据包分块,这样即使中途有了一个分块丢失或者损坏了。只需要重新发送这一个分块。而不用重新发送整个数据包,在TCP协议中,我们把每个分块称为一个TCP段。
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当设备作为接收方,传输层要负责把数据包传给应用,但是一台设备上可能会有很多应用在接收或者传输数据,因此,需要用一个编号将应用区分开来,这个编号就是端口

1.3 网络层

事实上,传输层协议不需要处理太多的事情,只需要服务好应用即可,让其作为应用间数据传输的媒介,帮助实现应用到应用的通信,而实际的传输功能就交给下一层,也就是网络层。
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网络层最常使用的是IP协议,IP协议会将传输层的报文作为数据部分,再加上IP包头组成IP报文,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,得到一个即将发送到网络的IP报文。
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1.4 网络接口层

生成了IP头部之后,接下来要交给网络接口层,在IP头部的前面加上MAC头部,并封装成数据帧发送到网络上。
在这里插入图片描述
IP头部中的接收方IP地址表示网络包目的地,通过这个地址,我们就可以判断要将包发送到哪里,但在以太网世界中,这个思路是不可行的。

什么是以太网?电脑上的以太网接口,wifi接口,以太网交换机,路由器上的千兆、万兆以太网口、还有网线,他们都是以太网的组成部分。以太网就是一种在局域网内,把附近的设备连接起来,使他们之间可以通讯的技术。

以太网在判断网络包目的地和IP的方式不同,因此,必须采用相匹配的方式才能在以太网中将包发送到目的地。而MAC头部就是干这个的,所以,在以太网进行通讯要用到MAC地址。

MAC头部是以太网使用的头部,他包含了接收方和发送方的MAC地址信息,我们可通过ARP协议获取对方的MAC地址。

所以,网络接口层主要为网络层提供链路级别的传输服务,负责在以太网、wifi这样的底层网络上传送原始数据包,工作在网卡这个层次,使用MAC地址标识网络上的设备。

总结:
TCP/IP网络通常是由上到下分成四层,分别是 应用层、传输层、网络层和网络接口层

其中,每一层的封装格式
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网络接口层的传输单位是帧、IP层的传输单位是包、TCP层传输单位是段、应用层传输单位是消息或者报文。

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