互联网协议族TCP/IP

概况

1. 网络接口层（链路层）

负责在本地网络中传输数据帧（如以太网、Wi-Fi）。

协议/技术	作用
Ethernet	有线局域网标准
Wi-Fi (IEEE 802.11)	无线局域网
ARP（地址解析协议）	IP地址 → MAC地址
PPP（点对点协议）	拨号上网、VPN
MAC	媒体访问控制地址（硬件地址）

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2. 网络层（互联网层）

负责跨网络寻址和路由，核心是让数据从A主机到B主机。

协议	作用
IP（IPv4 / IPv6）	核心协议：寻址、路由、分包
ICMP	错误报告与诊断（如 ping）
IGMP	多播组管理（如视频会议）
IPsec	加密和认证（VPN常用）

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3. 传输层

负责端到端的通信（进程到进程），提供可靠性或实时性。

协议	作用
TCP	可靠、面向连接（网页、邮件）
UDP	无连接、快速（视频、DNS）
SCTP	多流、多路径传输（电信级）
DCCP	不可靠但可拥塞控制（实验性）

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4. 应用层

用户直接使用的协议，基于传输层实现具体功能。

协议	作用	默认端口
HTTP / HTTPS	网页浏览	80 / 443
FTP / SFTP	文件传输	21 / 22
SMTP / POP3 / IMAP	邮件发送/接收	25 / 110 / 143
DNS	域名解析	53
DHCP	自动分配IP地址	67/68
SNMP	网络设备管理	161
Telnet / SSH	远程登录	23 / 22
NTP	时间同步	123
MQTT	物联网轻量消息	1883
WebSocket	全双工网页通信	80/443

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通俗解释

这四层不是各自独立的“孤岛”，而是一条自上而下的“流水线”—— 每一层都为上一层“包上一层信封”，再把数据交给下一层；接收端则一层层“拆信封”，最终把原始信息交给目标程序。

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请求DNS

1. 应用层
   浏览器调用操作系统解析器，生成 DNS 查询报文（UDP 版 A 记录请求：
   zhihu.com → ?）。
2. 传输层
   解析器把它交给 UDP，写上源端口 53xxx、目的端口 53，形成一个 UDP 数据报。
3. 网络层
   操作系统把 UDP 数据报包进 IP 数据报，目的 IP 填本地配置的 DNS 服务器（例如 223.5.5.5）。
4. 链路层
   再包一层以太网帧，MAC 目的地址填网关路由器的 MAC（通过 ARP 事先拿到）。
   帧变成比特流发出去。
5. 回包
   路由器转发→DNS 服务器收到→查库→同样四层封装回送：
   zhihu.com → 103.41.167.234。
   浏览器拿到 IP 后，才进入前面例子里的“TCP 三次握手”阶段。

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2.1 应用层：把“人话”变成报文

• 浏览器是“HTTP 客户端”，它先把你的 URL 封装成一条 HTTP 请求报文。
• 如果地址栏是 https，这一报文会被 TLS（属于应用层安全协议） 加密，变成密文。
• 加密后的字节流往下交，说：“传输层兄弟，请帮我送到知乎服务器的 443 端口。”

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2.2 传输层：给字节流“编号、贴标签”

• 操作系统看到“443 端口”就知道要用 TCP。
• TCP 把 HTTP 字节流切成一个个 Segment（段），给每段写上序号、端口号、校验和。
• 这些段再被包成一份份 TCP 报文，然后调用网络层：“请把这份报文送到 103.41.167.234（知乎的 IP）。”

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2.3 网络层：给报文“贴邮票、写邮编”

• 网络层收到 TCP 报文后，再包上一层 IP 头，形成 IP 数据报。

• • 源 IP：你家里的 192.168.1.100
  • 目的 IP：103.41.167.234
  • 协议字段：6，表示“里面装的是 TCP”

• 如果数据报太大，还会分片；如果跨网段，就根据路由表决定下一跳网关。
• 之后把数据报交给链路层：“请帮我把这个包发到网关 192.168.1.1。”

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2.4 链路层：把比特流“真正发出去”

• 链路层收到 IP 数据报后，再包上一层 以太网帧头/帧尾（写上进、出网卡的 MAC 地址）。
• 网卡把帧变成 0/1 电信号（或 Wi-Fi 无线电波），真正冲到网线上。
• 下一跳路由器收到后，拆链路层头，看到里面是 IP 数据报，继续转发……
• 经过 N 跳，终于到达知乎服务器。

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回包怎么走？

服务器按完全相反的方向一层层封装：
HTTP 响应 → TCP 段 → IP 数据报 → 以太网帧 → 逆向流动回到你的浏览器。
每层只处理自己那一层“信封”里的字段，上层和下层的细节对它完全透明。

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总结

“上层调用下层，下层为上层服务；发送端加头，接收端去头；每层只认识自己的信封，却能把整个世界连起来。”

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