【计算机网络】——协议分层

本文探讨了协议的本质,包括OSI七层模型、TCP/IP的五层和四层模型,重点对比了TCP和UDP的差异,以及IPv4和IPv6在网络地址管理、传输效率和安全性上的变化。还介绍了UDP网络编程实例,展示了如何在服务器和客户端间进行通信。

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1.协议:即一种“约定”。

2.协议分层:

(1)OSI ( Open System Interconnection,开放系统互连)七层模型

(2)TCP/IP 五层模型

(3)TCP/IP 四层模型

分层名称 功能 相关协议
应用层 负责应用程序间沟通

HTTP SSH DNS

展示层 将网络数据报转换成程序需要的包  
会话层 负责管理连接和断开连接  
传输层 负责两台主机之间的数据传输的路由 TCP UDP
网络层 负责地址管理和路由选择 IP 
数据链路层 负责设备之间的数据帧的传送和识别  
物理层 负责光/电信号的传递方式  

3.TCP 和 UDP 的区别:

UDP :无连接、不可靠、面向数据报(一个整体Datargam)——性能比较快。

### 计算机网络协议分层结构 计算机网络中的通信通过一系列标准化的协议来实现,这些协议按照层次化的方式组织成不同的模型。最典型的两种模型分别是开放系统互连(Open Systems Interconnection, OSI)参考模型和传输控制协议/因特网互联协议(Transmission Control Protocol / Internet Protocol, TCP/IP)。 #### OSI 参考模型 OSI 是一种理论上的七层架构设计,用于描述不同类型的网络协议如何协同工作以支持数据通信。每一层都有特定的功能,并依赖于其上下相邻层的服务[^2]: 1. **物理层 (Physical Layer)** 物理层定义了硬件设备之间的电气、机械、功能和规程特性,确保原始比特流能够在物理介质上传输。它不关心实际发送的内容,仅关注信号的形式和质量[^4]。 2. **数据链路层 (Data Link Layer)** 数据链路层负责节点间的数据帧传输,提供错误检测与纠正机制,同时管理访问共享媒介的过程。此层通常涉及 MAC 地址的概念,在局域网环境中尤为关键。 3. **网络层 (Network Layer)** 网络层主要处理逻辑寻址和路径选择问题,决定数据包从源到目的地的最佳路由。IP 协议属于这一层的一部分,其中包含了 IP 地址的信息。 4. **传输层 (Transport Layer)** 该层提供了端到端的可靠交付服务,包括但不限于分割较大的消息成为较小单元以便更高效地传递;还包括确认接收方已成功获取全部信息的能力。TCP 和 UDP 都是在这个层面运作的例子之一[^3]。 5. **会话层 (Session Layer)** 它允许应用程序之间创建、管理和终止对话或者叫做“会话”。这有助于协调多个请求序列并保持状态一致性。 6. **表示层 (Presentation Layer)** 表示层解决用户信息的表现形式转换问题,比如加密解密、压缩解压等功能都可能在此执行。 7. **应用层 (Application Layer)** 应用程序直接交互的部分位于顶层即应用层之上,这里涵盖了众多熟悉的互联网活动如HTTP浏览网页FTP文件传送SMTP邮件收发等等。 #### TCP/IP 模型 相比之下,TCP/IP 则是一个更为实用四层体系结构,虽然理论上可以映射至 OSI 的某些方面但它简化了许多细节使其更适合现代广域网环境下的操作需求: 1. **链路层(Link Layer 或 Network Interface Layer)** 这一层对应着 OSI 中的第一二两层组合起来考虑,主要是指定了具体的物理连接方式以及相应的驱动程序接口标准等要素。 2. **网际层(Internet Layer)** 类似于 OSI 的第三层——网络层的作用范围,核心组件 IPv4/v6 就在这里发挥作用用来唯一标识每台联网机器的位置坐标。 3. **运输层(Transport Layer)** 提供面向连接的服务保障整个事务期间双方都能互相理解彼此意图直至最终完成预期目标为止。典型代表有可靠的 TCP 流量导向模式还有尽力而为式的无连接 UDP 报文投递方法可供选用取决于具体应用场景的要求差异。 4. **应用层(Application Layer)** 几乎所有的高层协议都被归纳至此类别之内,像前面提到过的 HTTP FTP SMTP IMAP POP3 DNS SSH Telnet RDP VNC 等均属此类别成员列表之中。 值得注意的是尽管两者存在诸多相似之处但在设计理念上却有着本质区别:前者强调严格的划分界限后者则更加注重灵活性实用性因此在当今世界范围内得到了广泛应用推广普及开来成为了事实上的工业界通用准则规范框架基础建设支柱力量不可或缺的重要组成部分。 ```python def osi_vs_tcpip(): """ A function to demonstrate the difference between OSI and TCP/IP models. """ osi_model = ["Physical", "Data Link", "Network", "Transport", "Session", "Presentation", "Application"] tcp_ip_model = ["Link", "Internet", "Transport", "Application"] print("OSI Model Layers:", ", ".join(osi_model)) print("TCP/IP Model Layers:", ", ".join(tcp_ip_model)) osi_vs_tcpip() ```
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