TCP/IP协议族

Posted 2022-12-03 _Karry

文章目录

• TCP/IP协议族体系及主要协议
• • 数据链路层
  • 网络层
  • 传输层
  • 应用层
• 封装
• 分用

TCP/IP协议族体系及主要协议

数据链路层

数据链路层实现了网卡接口的网络驱动程序，以处理数据在物理媒介上的传输。

数据链路层常用的两个协议是ARP协议（地址解析协议）和RARP协议（逆地址解析协议）。它们实现了IP地址和物理地址（通常是MAC地址）之间的相互转换。

网络层使用IP地址查找主机，而数据链路层使用物理地址查找主机。网络层必须将目标机器的IP地址转换为物理地址，才能享受到数据链路层的服务，这就是ARP的用途。

RARP协议仅用于网络上的无盘工作站，因为缺乏存储设备，无盘工作站无法记住自己的IP地址，它们可以利用网卡上的物理地址向网络管理者查询到自己的IP地址，这就是RARP的用途。

网络层

网络层实现数据包的选路和转发。WAN（广域网）通常使用众多分级的路由器来连接分散的主机或LAN（局域网），因此通信的两台主机一般不直接相连，而是通过多个中间节点连接。网络层的作用就是选择这些中间节点，以确定两台主机间的通信路径。

网络层最核心的协议是IP协议，IP协议根据数据包的目的地址来决定如何投递它，如果数据包不能直接发送给目的主机，那么IP协议就为它寻找下一跳路由器，并把数据包交付给该路由器转发。

网络层另外一个重要的协议是ICMP协议（因特网控制报文协议）。它是IP协议重要的补充，主要用于检测网络连接。

8位类型：用于区分报文类型，分为差错报文和查询报文。差错报文主要用来回应网络错误，比如目标不可达和重定向；查询报文用来查询网络信息，比如ping就是使用ICMP报文查看目标是否可达。
8位代码：进一步细分不同的条件
16位校验和：对整个报文进行循环冗余校验（CRC），以检验报文在传输过程中是否损坏。

传输层

传输层为两台主机提供端到端的通信，只关心通信的起始端和目的端，不在乎数据包的中转过程。

传输层协议主要有三个：TCP、UDP和SCTP协议
TCP协议为应用层提供可靠的、面向连接的和基于流的服务。TCP协议使用超时重传、数据确认、流量控制和拥塞控制等方式保证可靠传输。
使用TCP协议的双方必须先建立TCP连接，并在内核中为该连接维持一些必要的数据结构，比如连接的状态、读写缓冲区和诸多定时器等。当通信结束时，双方必须关闭连接以释放这些内核数据。
TCP协议是基于流的，没有边界（长度）限制，它源源不断从通信的一端流入另一端。

UDP协议实现不可靠传输。

SCTP协议（流控制传输协议）是一种相对较新的传输层协议，为了在因特网上传输电话信号而设计的。

应用层

应用层负责处理应用程序的逻辑。数据链路层、网络层和传输层负责处理网络通信细节，这部分必须既稳定又高效，因此它们都在内核空间中实现。而应用层则在用户空间实现，因为它负责处理众多逻辑，比如文件传输、名称查询和网络管理等。

应用层协议很多，比如：
telnet协议是一种远程登陆协议
OSPF协议（开放最短路径优先）是一种动态路由更新协议，用于路由器间的通信，以告知对方各自的路由信息。
DNS（域名服务）协议提供机器域名到IP地址的转换

应用层可能跳过传输层直接使用网络层提供的服务，比如ping程序和OSPF协议

封装

通过封装实现上层协议使用下层协议

TCP报文段封装过程：

UDP对应用数据的封装与TCP类似，不同的是UDP无须为应用层数据保存副本，它提供的服务是不可靠的。当一个UDP数据报成功发送之后，UDP内核缓冲区中的该数据报就被丢弃。如果应用进程检测到数据报没能正确接受，重发这个数据报，则应用进程需要从用户空间将该数据报拷贝到UDP内核发送缓冲区中。

分用

帧到达目的主机之后，沿着协议自底向上依次传递。各层协议一次处理帧中本层负责的头部数据，以获取所需的信息。
分用是依靠头部信息中的类型字段实现的。