TCP/IP协议四层模型

TCP/IP协议族是一个四层协议系统:

TCP/IP协议四层模型

1. 数据链路层

1.1 作用
(1) 实现网卡接口的网络驱动,以处理数据在以太网线等物理媒介上的传输
(2) 网络驱动程序隐藏了不同物理网络的不同电气特性,为上层协议提供一个统一的接口
1.2 协议应用
ARP和RARP(Reverse Address Resolve Protocol)即逆地址解析协议,该协议实现了IP地址和物理地址(MAC地址)之间的转换

2. 网络层

2.1 作用
网络有分局域网(LAN, Local Area Network)和广域网(WAN, Wide Area Network)。对于后者通常需要使用众多分级的路由器来连接分散的主机或者LAN,即通讯的两台主机一般不是直接连接,而是通过多个中间节点(路由器)连接的,从而形成网络拓扑连接。
(1) 网络层的任务之一就是选择这些中间节点,以确定两台主机间的通讯路径。
(2) 其次网络层对上层协议隐藏了网络拓扑连接的细节,在使得传输层看来通讯双方是直接连接的
2.2 协议应用
(1) IP协议: IP协议(Internet Protocol)是网络层最核心的协议,它根据数据包的目的IP地址来决定如何投递该数据包。若数据包不可直接发送给目标主机,那么IP协议就为它寻找一个合适的下一跳路由器,并将数据包交付给该路由器去转发,如此循环直至到达目标主机或者发送失败而丢弃该数据包。
(2) ICMP协议: ICMP协议(Internet Control Message Protocol,因特网控制报文协议)是IP协议的补充,用于检测网络的连接状态,如ping应用程序就是ICMP协议的使用。ICMP包发送是不可靠的,所以不能依靠接收ICMP包解决网络问题;ICMP与TCP/UDP不同,它们是传输层协议,虽然都具有类型域和代码域,但是前者和后者不同,ping用到的ICMP协议,不是端口。ICMP协议使用的是IP协议而非使用下层协议提供的的服务,所以严格来讲它并非网络层协议,而是网络层程序。

3. 传输层

3.1 作用
传输层的作用是为应用程序提供端对端通讯的”错觉”,即为应用程序隐藏了数据包跳转的细节,负责数据包的收发、链路超时重连等。
3.2 协议应用
(1) TCP协议: TCP协议(Transmission Control Protocol, 传输控制协议)为应用程序提供可靠的、面向连接的、基于流的服务,具有超时重传、数据确认等方式来确保数据包被正确发送到目的端。因此TCP服务是可靠的,使用TCP协议通讯的双方必须先建立起TCP连接,并在系统内核中为该连接维持一些必要的数据结构,比如连接的状态,读写缓冲区,多个定时器等。当通讯结束时双方必须关闭连接以释放这些内核数据。基于流发送意思是数据是没有长度限制,它可源源不断地从通讯的一段流入另一端。
(2) UDP协议: UDP协议(User Datagram Protocol, 用户数据报协议)与TCP协议相反,它为应用程序提供的是不可靠的、无连接的基于数据报的服务。
无连接: 通讯双方不保持一个长久的联系,因此应用程序每次发送数据都要明确指定接收方的地址;
基于数据报的服务: 这是相对于数据流而言的,每个UDP数据报都有一个长度,接收端必须以该长度为最小单位将其内容一次性读出,否则数据将被截断。
UDP不具有发送时是被重发功能,所以UDP协议在内核实现中无需为应用程序的数据保存副本,当UDP数据报被成功发送之后,UDP内核缓冲区中该数据报就被丢弃了。
(3) SCTP协议: SCTP(Stream Control Transmission Protocol, 流控制传输协议)是为了在因特网上传输电话信号而设计的。

4. 应用层

4.1 作用
前面所述的三层负责处理网络通讯的相关细节,这部分需要稳定高效,因此它们是在操作系统的内核空间中,而应用层是在用户空间实现的,负责处理众多业务逻辑,如文件传输、网络管理。
4.2 协议应用
应用层的协议很多,如:
(1) telne协议: 远程登录协议,它使我们能在本地完成远程任务
(2) OSPF协议: OSPF协议(Open Shorttest Path First, 开放最短路径优先)是一种动态路由更新协议,用于路由器之间的通讯,以告知对方自身的路由信息
(3) DNS协议: DNS协议(Domain Name Service, 域名服务)提供机器域名到IP地址的转换。如百度的机器域名是www.baidu.com,对应的IP地址是http://119.75.217.109/
另外注意,ping是应用程序而非协议,它利用网络层的ICMP协议监测网络连接。
应用层协议可以跳过传输层直接使用网络层提供的服务,比如ping程序和OSPF协议;又可以既使用TCP服务,又可以使用UDP服务,如DNS协议。在/etc/services文件中可以看到应用程序使用的协议:

版权声明:Fengyuan Liu 发表于 2021-02-15 12:23:55。
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