图文详解TCP/IP协议

TCP/IP 协议：在通常情况下只是指利用IP进行通信时所必须用到的协议族的统称。并不是单独指TCP协议和IP协议。具体来说，IP、TCP、UDP、FTP、Http等都属于TCP/IP的协议。



OSI（ Open System Interconnect 开放系统互联模型）参考模型与TCP/IP的关系(左图是OSI参考模型，右图是TCP/IP分层模型)



OSI参考模型注重“通信协议必要的功能是什么”，而TCP/IP则更强调“在计算机上应该开发哪种程序”。

物理层：TCP/IP最底层是负责数据传输的硬件。这种硬件就相当于以太网或电话线等物理层的设备；

数据链路层（网络接口层）：利用以太网中的数据链路层进行通信，因此属于接口层。也就是说，把它当做驱动程序也无妨，驱动程序是操作系统和硬件之间起桥梁作用的软件。

网络层（互联网层）：互联网层使用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。

传输层：TCP/IP的传输层具有两个代表性的协议。TCP和UDP，其中TCP具有可靠性。

应用层（会话层以上的分层）：TCP/IP的分层中，将OSI参考模型中的会话层、表示层、应用层的功能都集中到了应用程序中实现。

通信示例：应用层到物理媒介为止数据处理的流程。



利用 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，接收端则往应用层往上走。

我们用 HTTP 举例来说明，首先作为发送端的客户端在应用层（HTTP协议）发出一个想看某个 Web 页面的 HTTP 请求。

接着，为了传输方便，在传输层（TCP 协议）把从应用层处收到的数据（HTTP请求报文）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。

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。这样一来，发往网络的通信请求就准备齐全了。

接收端的服务器在链路层接收到数据，按序往上层发送，一直到应用层。当传输到应用层，才能算真正接收到由客户端发送过来的 HTTP请求。

数据包首部：数据包由两部分组成：一部分是协议所要用到的首部，另一部分是上层传递过来的数据。在每一个分层中都会对所发的数据附加一个首部，首部包含了该层必要的信息，如发送的目标地址以及协议相关的信息。



在客户端经过分层时自动加上首部信息，在服务端会解析后会将首部信息去除。简化为：



上面的图片展示了数据流向以及数据在各层之间的传递过程，但是具体的传输细节，以及每层的职责也是需要我们重点学习的。

应用层：向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录TELNET使用TELNET协议提供在网络其它主机上注册的接口。TELNET会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。应用层协议主要包括如下几个：FTP、TELNET、DNS、SMTP、NFS、HTTP。

FTP(File Transfer Protocol）是文件传输协议，一般上传下载用FTP服务，数据端口是20H，控制端口是21H。

SMTP(Simple Mail Transfer Protocol）是简单邮件传输协议，用来控制信件的发送、中转，使用端口25。

NFS（Network File System）是网络文件系统，用于网络中不同主机间的文件共享。

HTTP(Hypertext Transfer Protocol）是超文本传输协议，用于实现互联网中的WWW服务，使用端口80。

传输层：提供应用程序间的通信，功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠传输。

重要协议有TCP和UDP

网络层：负责相邻计算机之间的通信。其功能包括三方面。

a，处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。

b，处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行寻径–假如该数据报已到达信宿机，则去掉报头，将剩下部分交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿，则转发该数据报。

c，处理路径、流控、拥塞等问题。

IP是网络层的核心，通过路由选择将下一条IP封装后交给接口层。IP数据报是无连接服务。

数据链路层：众所周知，计算机以0,1来表示信息，然而实际的通信媒介之间处理的确是电压的高低，光的闪灭以及电波的强弱等信号。把这些信号与二进制0、1的转换正是物理层的责任。

下期预告：图解Http协议

【参考资料】

1，图解TCP/IP

2，图解Http

3，百度百科

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