计算机网络——TCP / IP 网络模型

OSI 七层模型

七层模型是国际标准化的一个网络分层模型,大体结构可以分成七层。每层提供不同的功能。

图片来源 JavaGuide

但是这样七层结构比较复杂,不太实用,所以有了 TCP / IP 模型。

TCP / IP 网络模型

TCP / IP 网络模型可以看作是 OSI 模型的简化版本。它将 OSI 网络模型合并成了 4层结构。

应用层、表示层、会话层统一被合并成了应用层。

传输层和网络层没有变化,数据链路层和物理层合并成了物理链路层 / 网络接口层。

应用层

最上层,是用户直接接触的层。手机电脑的应用就是在应用层实现。手机和电脑不同设备需要进行通信的话,应用会把需要传输的数据交由下一层进行传输,交互的数据就叫报文不同的网络应用需要不同的应用层协议。下面是常见的协议:

HTTP:超文本传输协议。基于TCP 协议,是用于传输超文本和多媒体内容的协议,主要为 web 浏览器和服务器之间的通信。

FTP:文件传输协议。基于 TCP 协议,用于计算机之间传输文件。

DNS:域名管理系统。基于UDP 协议,用于解决域名和IP 地址的映射问题。

传输层

为两个设备之间的通信提供数据传输服务。

传输层常见的协议就是 TCP 和 UDP

TCP:传输控制协议。大部分应用层的协议就是基于这个而协议实现的。比如 HTTP 协议。TCP 比 UDP 协议多了很多特性,比如流量控制,超时重传,拥塞控制等,目的都是数据传输的可靠性。

UDP:用户数据报协议,相较于TCP ,UDP 是面向无连接的传输,就是通过 UDP 协议传输的数据不能保证一定传到。可能会丢失,没有超时重传机制。但是实时性高。

传输层有的时候会传送很大的数据。如果直接传可能不太好控制,如果中途丢失了,那么就需要重新传。就像直接下载一个20G 的游戏安装包和下载分为20个压缩包,如果在 99.9%的位置出现了安装包损坏,那么就需要从头开始下载。压缩包只需要下载损坏的那个就行了。TCP 协议在传输大数据时,会将数据分为数据块,叫做TCP 段或者报文段。如果某个段损坏了或者中途丢失了,那么只需要重传这一个数据段即可。

接收端的接收到数据之后会将数据传给应用层。但是一台设备可能有不同的应用在接收传输数据。比如你一边用微信回复老板信息,一边用QQ 和好朋友吐槽老板,系统怎么直到你吐槽的信息要发给谁,所以在数据传输时需要一个东西来区分接收对应数据的应用,这个就是端口,传输层的报文中会包含需要接收的端口,接收方可以直到这个数据是发送给那个端口的。比如 80 端口就是 web 服务器使用的。

网络层

负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。也就是实际控制数据报文传输的方向路径的。

打个比方,网络层就像是快递分拣站,将到来的快递分拣,排序,分配给各地区的快递小哥,快递小哥就像是传输层,只专心负责将快递送到顾客的手上,中途要走哪条路,都有中转站进行控制分配,这就是网络层为传输层选择适合的路由,通过指定的路由找到目的的主机。

网络层最常见的协议IP协议,主要作用是定义数据包的格式、对数据进行路由和寻址,以便可以通过网络传播并准确到达。寻址就是告诉数据下一个目的地是哪,路由就是选择路径。寻址就像是导航,规划了很多路线,路由就是从这些路线中选择一条。

网络接口层

网络接口层可以看作是数据链路层和物理层的结合,实际的作用也就是这两层的作用。

数据在 网络层加上了IP 头部之后变成 IP 数据报,网络接口层会给 IP 数据报加上 MAC 头部,并封装成数据帧发送到网络上。也就是以太网,以太网根据 MAC 头部识别需要发送到的目的地。

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