TCP/IP之分层

网络协议通常分不同层次进行开发,每一层分别负责不同的通信功能。一个协议族,比如T C P / I P,是一组不同层次上的多个协议的组合。T C P / I P通常被认为是一个四层协议系统。

1.每层的对应关系

 

2.每层的功能

应用层:负责特定的应用程序的细节

运输层:负责两台计算机之间端到端的通信

网络层:处理分组在网路中的活动

数据链路层:设备驱动程序及网络接口卡

应用程序通常是一个用户进程,而下三层则一般在(操作系统)内核中执行。尽管这不是必需的,但通常都是这样处理的,例如U N I X操作系统。

 

3.TCP/IP中的各种协议,以及协议负责的内容

T C P和U D P是两种最为著名的运输层协议,二者都使用I P作为网络层协议。虽然T C P使用不可靠的I P服务,但它却提供一种可靠的运输层服务。这些应用通常都是用户进程。
U D P为应用程序发送和接收数据报。一个数据报是指从发送方传输到接收方的一个信息单元(例如,发送方指定的一定字节数的信息)。但是与T C P不同的是,U D P是不可靠的,它不能保证数据报能安全无误地到达最终目的。S N M P也使用了U D P协议,但是由于它还要处理许多其他的协议。
I P是网络层上的主要协议,同时被T C P和U D P使用。T C P和U D P的每组数据都通过端系统和每个中间路由器中的I P层在互联网中进行传输。我们给出了一个直接访问I P的应用程序。这是很少见的,但也是可能的(一些较老的选路协议就是以这种方式来实现的。当然新的运输层协议也有可能使用这种方式)。但是为了使内容更加有针对性,一些细节将留在后面的章节中进行。I C M P是I P协议的附属协议。I P层用它来与其他主机或路由器交换错误报文和其他重要信息。
尽管I C M P主要被I P使用,但应用程序也有可能访问它。我们将分析两个流行的诊断工具,P i n g和Tr a c e r o u t e,它们都使用了I C M P。I G M P是I n t e r n e t组管理协议。它用来把一个U D P数据报多播到多个主机。
A R P(地址解析协议)和R A R P(逆地址解析协议)是某些网络接口(如以太网和令牌环网)使用的特殊协议,用来转换I P层和网络接口层使用的地址。

4.IP地址

互联网上的每个接口必须有一个唯一的I n t e r n e t地址(也称作I P地址)。I P地址长32 bit。I n t e r n e t地址并不采用平面形式的地址空间,如1、2、3等。I P地址具有一定的结构,五类不同的互联网地址格式下图所示。

4.1 区分IP地址

区分IP地址最简单的方法就是看它的第一个十进制位

TCP/IP协议分层结构可以根据不同的分法进行划分,以下是常见的三种分法: ### 五层分法 1. **物理层**:负责数据与物理信号之间的转换,例如PHY芯片、网卡、网线等硬件设备。 2. **数据链路层**:负责在局域网中传输数据帧,例如MAC地址、以太网帧、交换机等。 3. **网络层(IP层)**:负责在源和终点之间建立连接,主要协议IP协议,路由器工作在此层。 4. **传输层(TCP层)**:提供端到端的通信服务,主要协议包括TCP和UDP,每个应用程序都需要注册一个端口号。 5. **应用层**:直接面向用户,提供HTTP、HTTPS、FTP、SMTP、DNS等协议,用于数据信息的传输[^3]。 ### 四层分法 1. **应用层**:直接为应用进程提供服务,例如HTTP、FTP、SMTP等协议。 2. **运输层**:在整个TCP/IP协议中起到核心作用,提供端到端的数据传输服务,主要协议是TCP和UDP。 3. **网际层**:负责在不同网络之间路由数据包,主要协议IP协议。 4. **链路层(网络接口层)**:负责物理传输和数据帧的封装,包括以太网、Wi-Fi等技术[^2]。 ### 七层分法(OSI模型) 1. **物理层**:负责物理介质上的数据传输,例如网线、集线器、调制解调器等。 2. **数据链路层**:负责在局域网中传输数据帧,例如MAC地址、交换机等。 3. **网络层**:负责在不同网络之间路由数据包,例如IP协议、路由器等。 4. **传输层**:提供端到端的通信服务,例如TCP和UDP协议。 5. **会话层**:负责建立、管理和终止会话。 6. **表示层**:负责数据的编码、解码、加密和解密,确保不同系统之间的数据兼容性。 7. **应用层**:直接面向用户,提供HTTP、FTP、SMTP等协议[^3]。 ### 总结 TCP/IP协议分层结构可以根据实际需求采用不同的分法,最常见的分法是五层模型和四层模型。五层模型将物理层和数据链路层分开,而四层模型则将这两层合并为网络接口层。OSI七层模型则是一个理论模型,用于描述网络通信的各个层次。 ```python # 示例:打印TCP/IP四层模型的主要功能 def print_tcp_ip_layers(): layers = { "应用层": "直接为应用进程提供服务,例如HTTP、FTP、SMTP等协议", "运输层": "提供端到端的数据传输服务,主要协议是TCP和UDP", "网际层": "负责在不同网络之间路由数据包,主要协议IP协议", "链路层": "负责物理传输和数据帧的封装,包括以太网、Wi-Fi等技术" } for layer, description in layers.items(): print(f"{layer}: {description}") print_tcp_ip_layers() ```
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