【windows|011】TCP/IP5层模型常见协议及应用总结大全

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目录

1、物理层常见的协议及其应用

2、数据链路层常见的协议及其应用

3、网络层常见的协议及其应用

4、传输层常见的协议及其应用

5、应用层常见的协议及其应用


注:关于TCP/IP5层模型详解,可以参考我本专栏上一篇文章【windows|010】OSI七层模型和TCP/IP五层模型详解

1、物理层常见的协议及其应用

物理层是OSI(开放系统互连)模型中的第一层,它负责在传输介质上传输原始比特流

物理层协议定义了数据在物理传输媒体上的传输方式和规则,为不同类型的网络和设备提供了数据传输的基础。不同的物理层协议适用于不同的场景和应用,选择合适的物理层协议对于网络的性能和可靠性至关重要。

以太网协议(Ethernet)

  • 应用:以太网协议是最常用的物理层协议之一,广泛应用于局域网(LAN)环境。

  • 特点:定义了数据在局域网中的传输方式和规则,使用CSMA/CD(载波监听多路访问/碰撞检测)技术来协调多个设备之间的数据传输。

  • 传输速率:支持多种传输速率,如10Mbps、100Mbps、1Gbps等。

无线局域网协议(Wi-Fi)

  • 应用:Wi-Fi协议是一种无线局域网技术,允许设备通过无线方式连接到局域网并实现数据传输。

  • 特点:使用无线电波进行数据传输,通过无线接入点(AP)实现设备之间的通信。

  • 标准:包括IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax等,每种标准支持不同的频段和传输速率。

蓝牙协议(Bluetooth)

  • 应用:蓝牙协议是一种短距离无线通信技术,广泛应用于各种消费电子产品中,如手机、耳机、音箱等。

  • 特点:低功耗、短距离的数据传输,支持设备之间的互联互通。

  • 版本:包括蓝牙1.0至蓝牙5.x等多个版本,每个版本都增加了新的特性和传输速率。

光纤通信协议

  • 应用:光纤通信协议用于光纤网络中的数据传输。

  • 特点:利用光信号在光纤中传输数据,具有高速率、长距离、低损耗等优点。

  • 协议示例:光纤通道协议(FCP)、光纤分布式数据接口(FDDI)等。

串行通信协议

  • 应用:通常用于工业控制领域,实现设备之间的串行数据传输。

  • 协议示例:RS-232、RS-485等。

  • 特点:定义了串行通信的数据格式、传输速率、错误检测等。

NB-IoT

  • 应用:专为物联网应用设计的低功耗广域物联网(LPWA)技术。

  • 特点:低功耗、广覆盖、低成本,适用于电池供电的物联网设备。

  • 传输速率:虽然传输速率较低,但适用于传输较小的数据量,如传感器数据、简单命令等。

其他物理层协议

  • 还包括:如ZigBee、LoRa等,它们也都在特定的物联网或无线通信场景中发挥着重要作用

2、数据链路层常见的协议及其应用

数据链路层是OSI模型中的第二层,它负责在物理介质上传输数据帧,并提供错误检测和纠正的功能。

如下这些协议在数据链路层中起着至关重要的作用,它们定义了数据帧的格式和传输方式,确保了数据在物理介质上的可靠传输。在实际的网络环境中,不同的协议可以根据网络的需求和特点进行选择和应用。

以太网协议(Ethernet Protocol)

  • 应用:以太网协议是最常见的数据链路层协议之一,广泛应用于局域网(LAN)中。

  • 特点

    • 定义了数据帧的格式和传输方式。

    • 使用CSMA/CD(载波监听多路访问/碰撞检测)技术解决碰撞问题。

    • 支持多种传输介质,如双绞线、光纤和无线等。

  • 帧结构:以太网帧由目的地址、源地址、类型/长度字段、数据字段和校验字段组成。

点对点协议(PPP, Point-to-Point Protocol)

  • 应用:PPP协议用于在两个节点之间建立连接,通常用于广域网(WAN)连接,如拨号上网。

  • 特点

    • 为点对点连接上传输多种协议的数据包提供了一种标准方法。

    • 支持多种网络协议的封装,如IP、IPX、AppleTalk等。

    • 帧格式包括起始标志、地址字段、控制字段、协议字段、数据字段和校验字段。

  • 工作流程:PPP链路建立过程包括链路建立、认证、网络层协议协商和链路终止等阶段。

高级数据链路控制协议(HDLC, High-Level Data Link Control)

  • 应用:HDLC协议广泛应用于WAN中,特别是在需要可靠数据传输的场合。

  • 特点

    • 定义了帧的格式、传输方式和错误检测机制。

    • 支持全双工和半双工传输方式。

    • 可以在同步和异步传输介质上运行。

  • 帧结构:HDLC帧由起始标志、地址字段、控制字段、信息字段、校验序列和结束序列组成。

媒体接入控制协议(MAC, Media Access Control)

  • 应用:MAC协议是数据链路层的一部分,用于控制对物理介质的访问。

  • 特点

    • 解决多个站点共享一个链路时信道资源的分配和划分问题。

    • 定义了数据包在介质上的传输方式。

    • 负责物理寻址和逻辑拓扑的定义。

  • MAC地址:MAC地址是唯一的,用于标识网络接口卡(NIC)。它由48比特长(6字节)的16进制数字组成。

其他协议

  • CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance):用于无线局域网(WLAN)中的碰撞避免技术。

  • ATM(Asynchronous Transfer Mode):异步传输模式,用于宽带综合业务数字网(B-ISDN)中的数据传输。

  • FDDI(Fiber Distributed Data Interface):光纤分布式数据接口,是一种使用光纤作为传输介质的高速令牌环局域网。

3、网络层常见的协议及其应用

网络层是OSI(开放系统互连)模型中的第三层,主要负责将数据从源地址传输到目标地址

网络层协议在计算机网络中起着至关重要的作用,它们负责寻址和路由,确保数据包能够准确地从源地址传输到目标地址。这些协议各具特点,适应不同的网络环境和应用需求。

IP协议(Internet Protocol)

  • 应用:IP协议是网络层的核心协议,它为每个计算机分配唯一的地址(IP地址),并控制数据包如何在计算机网络中传播和路由。

  • 特点

    • 提供全球唯一的IP地址,使得设备在互联网上可以互相通信。

    • 实现不同网络之间的通信和数据传输。

    • 使用数据报(Datagram)作为传输单位,提供无连接的服务。

  • 版本:包括IPv4和IPv6两个版本,IPv4使用32位地址,而IPv6使用128位地址。

ICMP协议(Internet Control Message Protocol)

  • 应用:ICMP协议在IP协议之上工作,用于在网络之间传递错误提示和状态信息。

  • 特点

    • 允许主机或路由器报告网络错误。

    • 辅助IP协议进行路由选择。

    • 提供诊断网络问题的工具,如ping命令。

ARP协议(Address Resolution Protocol)

  • 应用:ARP协议工作在网络层和物理层之间,通过MAC地址和IP地址进行映射,从而实现网络中不同设备之间的通信。

  • 特点

    • 当一台主机需要将IP数据报发送到另一台主机时,它使用ARP协议获取目标主机的MAC地址。

    • 主机发送ARP请求广播到局域网络上的所有主机,并接收返回消息以确定目标的物理地址。

    • ARP协议建立在网络中各个主机互相信任的基础上,可能存在ARP欺骗的安全风险。

IGMP协议(Internet Group Management Protocol)

  • 应用:IGMP协议用于支持多播(Multicast)功能,使得主机可以接收发送到多播组的数据。

  • 特点

    • IGMP协议使得主机能够将自己加入到特定的多播组。

    • 路由器使用IGMP协议来识别哪些主机对某个多播组感兴趣,并据此决定向哪些子网转发多播数据包。

RARP协议(Reverse Address Resolution Protocol)

  • 应用:RARP协议与ARP协议相反,用于将物理地址(MAC地址)转换成IP地址。

  • 特点

    • RARP协议在无盘工作站等场景下使用,这些设备没有硬盘来存储配置信息。

    • 设备通过广播发送自己的MAC地址,并接收来自RARP服务器的响应,获取其IP地址。

IPX协议(Internetwork Packet Exchange)

  • 应用:IPX协议是Novell NetWare网络操作系统所使用的协议,用于实现跨局域网和广域网的数据传输。

  • 特点

    • IPX协议提供了类似于TCP/IP协议族的功能。

    • 它使用数据报(Datagram)作为传输单位,支持无连接的服务。

4、传输层常见的协议及其应用

传输层是OSI(开放系统互连)模型中的第四层,主要负责提供端到端的数据传输服务

传输层协议在网络通信中起着至关重要的作用,它们负责将数据从源端传输到目的端,并提供了不同的服务质量和传输特性。TCP、UDP和SCTP是其中最为常见和重要的三种协议,它们各具特点并适用于不同的应用场景

TCP协议(Transmission Control Protocol)

  • 特点

    • 面向连接的协议,通过三次握手建立连接,四次挥手关闭连接。

    • 提供可靠的数据传输服务,确保数据的有序性和完整性。

    • 实现流量控制和拥塞控制,防止网络过载。

  • 应用

    • 文件传输:如FTP(文件传输协议)使用TCP进行文件的可靠传输。

    • 电子邮件:SMTP(简单邮件传输协议)和POP3(邮局协议第3版)均基于TCP进行邮件的发送和接收。

    • 网页浏览:HTTP(超文本传输协议)使用TCP进行网页内容的传输。

    • 远程登录:Telnet和SSH等远程登录协议也使用TCP。

UDP协议(User Datagram Protocol)

  • 特点

    • 无连接的协议,发送数据前无需建立连接,也不保证数据的可靠传输。

    • 传输速度快,开销小,适用于对实时性要求高但对数据可靠性要求不高的应用。

  • 应用

    • 实时通信:如VoIP(网络电话)和实时视频传输。

    • 广播和多播:UDP适用于广播和多播应用,因为不需要为每个接收者建立单独的连接。

    • DNS查询:DNS(域名系统)使用UDP进行域名到IP地址的查询,因为查询通常较小且对实时性要求较高。

SCTP协议(Stream Control Transmission Protocol)

  • 特点

    • 面向连接的、可靠的传输协议,类似于TCP但功能更强大。

    • 支持多流(multi-streaming)和多宿主(multi-homing),适用于多媒体数据传输和流媒体传输。

  • 应用

    • 多媒体数据传输:如视频会议和在线游戏等应用,需要实时、可靠且支持多流的数据传输。

除了以上提到的三种主要协议外,还有一些其他不太常见的传输层协议,如DCCP(Datagram Congestion Control Protocol,数据报拥塞控制协议)和RTP(Real-time Transport Protocol,实时传输协议)等。这些协议在特定场景下有其独特的应用和优势。

5、应用层常见的协议及其应用

HTTP(超文本传输协议)

  • 应用:HTTP是万维网(Web)的基础,用于在Web浏览器和Web服务器之间传输超文本(HTML)和其他数据。它支持请求-响应模型,客户端(如Web浏览器)发送HTTP请求,服务器返回相应的HTTP响应。

  • 特点:HTTP使用TCP作为传输层协议,保证数据的可靠传输。HTTP/1.1是目前广泛使用的版本,支持持久连接、管道化、缓存控制等功能。

HTTPS(安全超文本传输协议)

  • 应用:HTTPS是HTTP的安全版本,通过在HTTP协议的基础上加入SSL/TLS协议,提供数据加密和身份验证功能,保护数据传输的安全性。

  • 特点:HTTPS能够防止数据在传输过程中被窃取或篡改,常用于对安全性要求较高的Web应用,如网上银行、电子商务等。

FTP(文件传输协议)

  • 应用:FTP用于在计算机网络上传输文件,支持从一台计算机到另一台计算机的文件传输。FTP客户端可以向FTP服务器发送请求,以获取或上传文件。

  • 特点:FTP支持两种模式:主动模式和被动模式。主动模式由服务器发起数据连接,而被动模式由客户端发起数据连接。FTP协议基于TCP传输,保证数据的可靠传输。

SMTP(简单邮件传输协议)

  • 应用:SMTP用于在电子邮件服务器之间传输电子邮件。当用户使用电子邮件客户端(如Outlook、Foxmail等)发送邮件时,邮件会首先发送到用户的邮件服务器,然后通过SMTP协议将邮件传输到收件人的邮件服务器。

  • 特点:SMTP规定了邮件传输的三个阶段:建立连接、邮件传送、连接释放。SMTP协议基于TCP传输,保证邮件传输的可靠性。

POP3(邮局协议版本3)

  • 应用:POP3用于从邮件服务器下载邮件到本地计算机。当用户需要使用电子邮件客户端查看邮件时,可以通过POP3协议从邮件服务器下载邮件到本地计算机进行查看和管理。

  • 特点:POP3协议基于TCP传输,支持用户身份验证和邮件下载功能。用户可以通过POP3协议将邮件从邮件服务器下载到本地计算机进行离线查看和管理。

IMAP(互联网消息访问协议)

  • 应用:IMAP与POP3类似,也用于从邮件服务器访问邮件。但IMAP与POP3的主要区别在于,IMAP允许用户在邮件服务器上直接管理邮件(如创建文件夹、移动邮件等),而POP3只支持将邮件下载到本地计算机进行管理。

  • 特点:IMAP协议基于TCP传输,支持用户身份验证、邮件访问和管理功能。IMAP协议允许用户在多个设备之间同步邮件状态(如已读、未读等),方便用户在不同设备之间无缝切换。

DNS(域名系统)

  • 应用 :DNS用于将域名解析为IP地址,是互联网的基础服务之一。当用户输入一个域名(如<www.example.com>)时,DNS系统会将该域名解析为对应的IP地址,以便用户的计算机能够找到并访问该网站。

  • 特点:DNS系统采用分布式架构,由多个DNS服务器组成。DNS服务器之间通过递归查询和迭代查询等方式相互协作,共同完成域名解析任务。DNS还支持其他类型的记录,如MX记录(指定邮件服务器)、CNAME记录(指定域名的别名)等。

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