TCP/IP 协议四层模型_vlambda技术博客

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2022-05-04

TCP/IP 协议四层模型

本文首发自我的CSDN 博客：TCP/IP协议四层模型

https://blog.csdn.net/qq_29344757/article/details/78377500

TCP/IP 协议族是一个四层协议系统：

1、数据链路层

数据链路层的作用为：

（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；

工作在数据链路层的协议：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

网络层的作用：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。

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。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；

工作在网络层的协议：

（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

传输层的作用：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。

工作在传输层的协议：

（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

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。

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 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：

本文参考的书籍《Linux高性能服务器编程》（游双著）和《UNIX网络编程-卷1：套接字联网API》

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