网络通信（一）：TCP /IP 协议族

小咪咪 2022-03-17 09:14 276阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  1、TCP/IP 含义
     *  2、OSI 参考模型（7层）
     *   *  2.1、OSI 参考模型中各层的作用
         *   *  2.1.1、应用层
             *  2.1.2、表示层
             *  2.1.3、会话层
             *  2.1.4、传输层
             *  2.1.5、网络层
             *  2.1.6、数据链路层
             *  2.1.7、物理层
     *  3、TCP/IP 协议族的分层管理（4层）
     *   *  3.1、TCP/IP 协议族各层的作用
         *   *  3.1.1、应用层（会话层以上的分层）
             *  3.1.2、传输层
             *  3.1.3、 网络层（互联网层）
             *  3.1.4、数据链路层（链路层或网络接口层）
         *  3.2、TCP/IP 通信传输过程

## 1、TCP/IP 含义 ##

从字面意义上讲，有人可能会认为 TCP/IP 是指 TCP 和 IP 两种协议。实际生活当中有时也确实就是指这两种协议。然而在很多情况下，它只是利用 IP 进行通信时所必须用到的协议群的统称。具体来说，IP 或 ICMP、TCP 或 UDP、TELNET 或 FTP、以及 HTTP 等都属于 TCP/IP 协议。他们与 TCP 或 IP 的关系紧密，是互联网必不可少的组成部分。

TCP/IP 一词泛指这些协议，因此，有时也称 TCP/IP 为网际协议群。互联网进行通信时，需要相应的网络协议，TCP/IP 原本就是为使用互联网而开发制定的协议族。因此，互联网的协议就是 TCP/IP，TCP/IP 就是互联网的协议。

## 2、OSI 参考模型（7层） ##

![在这里插入图片描述][20190120151931558.gif]

OSI 参考模型将通信功能划分了七层，每一层都接受下一层提供的服务，并且负责为自己的上一层提供特定的服务。上下层之间交互时所遵循的约定叫做接口。同一层之间的交互所遵循的约定叫做协议。  
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### 2.1、OSI 参考模型中各层的作用 ###

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#### 2.1.1、应用层 ####

为应用程序提供服务并规定应用程序中通信的相关细节，包括文件传输、电子邮件、远程登录等协议。

#### 2.1.2、表示层 ####

将应用处理的信息转换为适合网络传输的格式，或将来自下一层的数据转换为上层能够处理的格式。因此，它主要负责数据格式的转换。

#### 2.1.3、会话层 ####

负责建立和断开通信连接（数据流动的逻辑通路），以及数据的分割等数据传输相关的管理

#### 2.1.4、传输层 ####

起可靠传输的作用。只在通信双方节点上进行处理，而无需在路由器上处理

#### 2.1.5、网络层 ####

将数据传输到目标地址。目标地址可以是多个网络通过路由器连接而成的某一个地址。因此，这一层主要负责寻址和路由选择

#### 2.1.6、数据链路层 ####

负责物理层面上互连的、节点之间的通信传输。例如与1个以太网相连的2个节点之间的通信。

将0、1序列划分为具有意义的数据帧传送给对端（数据帧的生成与接收）。

#### 2.1.7、物理层 ####

负责0、1比特流（0、1序列）与电压的高低、光的闪灭之间的互换

## 3、TCP/IP 协议族的分层管理（4层） ##

TCP/IP 协议族中重要的一点就是分层，按层次分为以下4层：应用层、传输层、网络层、数据链路层。

TCP/IP 协议的层次化是有好处的。比如，如果互联网只有一个协议统筹，某个地方需要改变设计时，就必须要把所有替换掉。而分层以后只需要把变动的层替换掉即可。

另外层次化以后，设计也变得简单了。处于应用层以上的应用只需要要考虑分配给自己的任务，不需要关心发送到什么地方、怎么传输、传输线路是什么、能否确保传输到达等。

### 3.1、TCP/IP 协议族各层的作用 ###

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#### 3.1.1、应用层（会话层以上的分层） ####

应用层决定了向用户提供应用服务时通信的活动。

TCP/IP 协议族内预存了各类通用的应用服务，比如：FTP（文件传输协议）和 DNS（域名系统）、HTTP 协议

#### 3.1.2、传输层 ####

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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。

在传输层有两个性质不同的协议：TCP（Transmission Control Protocol 传输层控制协议）和 UDP（User Data Protocol 用户数据报协议）

**TCP（Transmission Control Protocol 传输层控制协议）**

TCP 是一种面向有连接的传输层协议。它可以保证两端通信主机之间的通信可达。TCP 能够正确处理在传输过程中丢包、传输顺序混乱等异常情况。此外，TCP 还能够有效利用带宽，缓解网络拥堵。

为了建立与断开连接，有时它需要至少7次的发包收包，导致网络流量的浪费。

为了提高网络的利用率，TCP 协议中定义了各种各样复杂的规范，因此不利于音频、视频等流量既定等的场合使用。

**UDP（User Data Protocol 用户数据报协议）**

UDP 区别于 TCP，它是一种面向无连接的传输层协议。UDP 不会关注对方是否真的收到了传输过去的数据，如果需要检查对端是否收到分组数据包，或者对端是否连接到网络，则需要在应用程序中实现。

UDP 常用于分组数据较少或多播、广播通信以及视频通信等多媒体领域。

#### 3.1.3、 网络层（互联网层） ####

网络层使用IP协议，它相当于OSI模型中的第三层网络层。IP协议基于IP地址转发分包数据。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTA2NDcwMzU_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

网络层用来处理在网络上流动的数据包。数据包是网络传输的最小数据单位。该层规定了通过怎样的传输路线到达对方计算机，并把数据包传送给对方。

与对方计算机之间通过多台计算机或网络设备进行传输时，网络层所起的作用就是在众多的选项内选择一条传输路线。

**IP**

IP 是跨越网络传送数据包，使整个互联网都能收到数据的协议。IP 协议使数据能够发送到网络中的另一端，这期间它使用IP地址作为主机的标识。

IP 还隐含了数据链路层的功能。通过IP，相互通信的主机之间不论经过怎样的底层数据链路都能实现通信。

IP 协议也是分组交换的一种协议，但是它不具有重发机制。即使分组数据包未能到达对端主机也不会重发。因此，属于非可靠传输协议。

**ICMP**

IP 数据包在发送途中一旦发生异常导致无法到达目标地址时，需要给发送端发送一个异常通知。ICMP 就是为这一功能而制定的，它有时也被用来诊断网络健康状况。

**ARP**

从分组数据包的IP地址中解析出物理地址（MAC地址）的一种协议

#### 3.1.4、数据链路层（链路层或网络接口层） ####

用来处理连接网络硬件的部分。包括控制操作系统、硬件的设备驱动、NIC（Network Interface Card 网络适配器即网卡），及光纤等物理可见部分。硬件上的范畴均在链路层的作用范围之内。

### 3.2、TCP/IP 通信传输过程 ###

通过 TCP/IP 协议族进行网络通信时，会通过分层顺序与对方进行通信。发送端从应用层往下走，接收端从下往应用层走。  
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我们用HTTP 请求举例说明：

（1）发送端在应用层使用HTTP协议发出一个请求  
（2）传输层（TCP协议）从应用层收到请求的报文进行分割，并在各个报文上打上标记序号及端口号后转发给网络层  
（3）在网络层（IP协议），增加作为通信目的地的MAC地址后转发给链路层  
（4）接收端的服务器在链路层收到数据，按序往上层发送，一直到应用层。当传输到应用层，才能真正接收到有客户端发送过来的HTTP请求。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTA2NDcwMzU_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

> 参考资料：  
> 《图解tcp/ip》《图解HTTP》

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