【TCP/IP 网络模型】

TCP/IP 网络模型

OSI七层模型、TIP/IP四层模型

OSI七层模型
应用层，负责给应用程序提供统一的接口；
表示层，负责把数据转换成兼容另一个系统能识别的格式；
会话层，负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话；
传输层，负责端到端的数据传输；
网络层，负责数据的路由、转发、分片；
数据链路层，负责数据的封帧和差错检测，以及 MAC 寻址；
物理层，负责在物理网络中传输数据帧；

TCP/IP四层模型
TCP/IP 网络模型共有 4 层，分别是应用层、传输层、网络层和网络接口层，每一层负责的职能如下：
应用层，负责向用户提供一组应用程序，比如 HTTP、DNS、FTP 等;
传输层，负责端到端的通信，比如 TCP、UDP 等；
网络层，负责网络包的封装、分片、路由、转发，比如 IP、ICMP 等；
网络接口层，负责网络包在物理网络中的传输，比如网络包的封帧、 MAC 寻址、差错检测，以及通过网卡传输网络帧等；

** Linux 网络协议栈**

应用层（报文）

• 电脑或手机使用的应用软件都是在应用层实现。
• 应用层只需要专注于为用户提供应用功能，比如 HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。
• 应用层是工作在操作系统中的用户态，传输层及以下则工作在内核态。

传输层（段）

• 传输层会有两个传输协议，分别是 TCP 和 UDP。

  • TCP(传输控制协议) :大部分应用使用的正是 TCP 传输层协议，比如 HTTP 应用层协议。
  • TCP 相比 UDP 多了很多特性，比如流量控制、超时重传、拥塞控制等，这些都是为了保证数据包能可靠地传输给对方。
  • UDP:简单,实时性相对更好，传输效率也高。UDP 也可以实现可靠传输，把 TCP 的特性在应用层上实现就可以

• 当传输层的数据包大小超过 MSS（TCP 最大报文段长度） ，就要将数据包分块，这样即使中途有一个分块丢失或损坏了，只需要重新发送这一个分块，而不用重新发送整个数据包。在 TCP 协议中，我们把每个分块称为一个 TCP 段（TCP Segment）。
  

• 当设备作为接收方时，传输层则要负责把数据包传给应用，但是一台设备上可能会有很多应用在接收或者传输数据，因此需要用一个编号将应用区分开来，这个编号就是端口。(用端口来区别同一个设备上的不同应用程序)

注意点：传输层并不是将数据从一个设备传输到另一个设备，它只需要服务好应用即可。而实际的传输功能就交给网络层

网络层（包）

• 网络层最常使用的是 IP 协议（Internet Protocol），IP 协议会将传输层的报文作为数据部分，再加上 IP 包头组装成 IP 报文，如果 IP 报文大小超过 MTU（以太网中一般为 1500 字节）就会再次进行分片，得到一个即将发送到网络的 IP 报文。
  

网络层负责将数据从一个设备传输到另一个设备, 一般通过IP 地址给设备进行编号，区分设备与设备

• 对于 IPv4 协议， IP 地址共 32 位，分成了四段（比如，192.168.100.1），每段是 8 位。
  • 一个是网络号，负责标识该 IP 地址是属于哪个「子网」的；
  • 一个是主机号，负责标识同一「子网」下的不同主机；
  • 网络号和主机号区分是通过子网掩码算出 IP 地址 的网络号和主机号。

举例:比如 10.100.122.0/24，后面的/24表示就是 255.255.255.0 子网掩码，255.255.255.0 二进制是「11111111-11111111-11111111-00000000」一共24个1。为了简化子网掩码的表示，用/24代替255.255.255.0。

• 将 10.100.122.2 和 255.255.255.0 进行按位与运算，就可以得到网络号
• 将 255.255.255.0 取反后与IP地址进行进行按位与运算，就可以得到主机号。
  

IP协议的俩个能力：路由和寻址。

• 路由：
  • 两台设备并不是用一条网线连接起来的，而是通过很多网关、路由器、交换机等众多网络设备连接起来的，那么就会形成很多条网络的路径，因此当数据包到达一个网络节点，就需要通过路由算法决定下一步走哪条路径。
• 寻址：
  • 路由器寻址工作中，就是要找到目标地址的子网，找到后进而把数据包转发给对应的网络内。

IP 协议的寻址作用是告诉我们去往下一个目的地该朝哪个方向走，路由则是根据「下一个目的地」选择路径。寻址更像在导航，路由更像在操作方向盘。

网络接口层（帧）

• 在 IP 头部的前面加上 MAC 头部，并封装成数据帧（Data frame）发送到网络上。
• IP 头部中的接收方 IP 地址表示网络包的目的地，通过这个地址我们就可以判断要将包发到哪里，但在以太网的世界中，是不可以的。

什么是以太网？

• 以太网就是一种在「局域网」内，把附近的设备连接起来，使它们之间可以进行通讯的技术。例如Wi-Fi接口，以太网交换机、路由器上的千兆，万兆以太网口，还有网线

为什么需要MAC?

• 以太网在判断网络包目的地时和 IP 的方式不同，必须采用相匹配的方式才可以在以太网中传输。在以太网进行通讯要用到 MAC 地址。
• MAC 头部是以太网使用的头部，它包含了接收方和发送方的 MAC 地址等信息，我们可以通过 ARP 协议获取对方的 MAC 地址。

文章参考：https://xiaolincoding.com/