tcp/ip分层模型

tcp/ip分层模型

上面这个图主要介绍了osi七层模型和tcp/ip五层模型（有的资料上说的是tcp/ip四层模型，把物理层算在了硬件设备上，这篇文章还是按照五层模型来讲）。但osi七层模型实现起来比较复杂，现在也很少使用，这篇文章就主要讲tcp/ip五层模型。

tcp/ip分层模型，分为应用层，传输层，网络层，数据链路层和物理层，每一层处理特定的功能，同时与上一层和下一层进行通信。下面我们将逐层详细介绍。

应用层

应用层是TCP/IP协议栈的最高层，它为应用程序提供网络通信的接口和服务。在这一层，应用程序使用协议（如HTTP、FTP、SMTP等）来实现数据传输和通信。应用层的协议数据单元被称为报文。

常见的应用层协议有：

• HTTP（超文本传输协议）：在Web浏览器和服务器之间传输超文本和其他资源。
• FTP（文件传输协议）：用于在客户端和服务器之间传输文件。
• SMTP（简单邮件传输协议）：用于在邮件服务器之间传输电子邮件。

传输层

传输层负责在两个网络节点之间提供端到端的通信服务。它使用传输协议（如TCP或UDP）来实现可靠的数据传输。传输层的数据单元被称为段。

• TCP（传输控制协议）：提供面向连接的可靠数据传输。它负责将数据拆分成小的数据包，并确保它们的有序传输。TCP还提供错误检测和纠正机制。
• UDP（用户数据报协议）：提供无连接的不可靠数据传输。它是一种无状态协议，适用于实时应用程序和不需要数据完整性的场景。

网络层

网络层负责在不同的网络之间进行数据传输和路由选择。它使用IP协议将数据包从源节点传输到目标节点。网络层的数据单元被称为IP数据报。

• IP（互联网协议）：提供网络间的数据传输。它负责将数据包分组并将其从源节点发送到目标节点。IP协议还包括寻址机制和路由选择。

数据链路层

数据链路层负责在相邻网络节点之间提供可靠的数据传输。它将IP数据报转换为帧，并在物理介质上进行传输。数据链路层的数据单元被称为帧。

• 以太网（Ethernet）是一种常见的数据链路层协议。
• Wi-Fi（无线局域网）也是一种数据链路层协议，用于在无线网络中进行数据传输。

物理层

物理层负责在网络中传输二进制数据。它处理物理介质的连接和电信号信号传输。物理层不关心数据的含义，只负责将比特流从一个节点传输到另一个节点。

• 物理层协议包括以太网的物理接口、光纤传输和无线电频率。

思考：路由器和交换机有什么区别？

• 功能：路由器主要负责将数据包从一个网络传递到另一个网络，它使用路由表来决定数据包的最佳路径。路由器能够实现网络之间的连接，并对数据包进行转发和路由选择。交换机主要负责在局域网内部进行数据包的转发，它使用MAC地址表来决定数据包的目标地址。
• 工作层次：路由器工作在网络层（第三层），负责处理IP数据包，执行网络寻址和路由选择。交换机工作在数据链路层（第二层），负责处理帧，使用MAC地址进行数据包的转发。

介绍完了tcp/ip五层协议，接下来看看在网络中是如何进行通信的。

封装和分用

举个例子：用户A通过微信给用户B发送早安。
用户A

（1）应用层：微信应用程序

微信就会把用户A输入的“早安” 打包成一个应用层的数据报，这个数据包由程序员自己设定，假设就按照下面这种格式进行打包。

上图中我设置了四个字段，使用，来分割，这就构造了一个应用层的数据报，这个规则就是我约定的应用层协议，（应用层协议往往需要根据场景的需要，由程序员自己设置），此时就可以把应用层数据报通过操作系统的api
传递给传输层。

（2）传输层

传输层将应用层数据再次进行打包，变成传输层数据报。这里打包的本质是字符串的拼接，在刚才应用层数据的基础上拼接上传输层的报头。
传输层典型的协议是TCP和UDP，此处使用UDP协议。

一个数据报 = 报头 + 载荷

此时就可以把传输层数据报交给网络层

（3）网络层

网络层最主要的协议是IP协议，下面是一个IP数据报

构造完整的Ip数据报后，IP协议会继续调用数据链路层的api，把数据传递给数据链路层的协议进行处理。

（4）数据链路层

数据链路层这里涉及到的核心协议是以太网，此处“以太表示网络数据传输的介质”，以太网就是我们日常中常见的有线网络。以太网数据帧包括帧头和帧尾。

构造好后，传递给物理层。

（5）物理层

把上述这样的以太网数据帧（二进制结构）转换成电信号/光信号/电磁波 然后进行发送。

向上面添加报头的操作就是封装

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暂时不考虑中间过程，假设数据报已经到达用户B的网卡了，用户B如何处理？用户B处理的过程就是分用。

（1）物理层

当用户B的物理层收到光信号/电信号，电磁波后，就会把对应的物理信号转化成数字信号（二进制），得到一个以太网数据帧，进一步把这个数据帧传递给数据链路层进行处理。

（2）数据链路层 以太网

数据链路层得到下面的以太网数据帧，将得到的以太网数据帧取出其中的载荷交给网络层。

（3）网络层 IP协议

网络层得到下面的IP数据报，将得到的IP数据报取出其中的载荷交给传输层。

（4）传输层 UDP协议

传输层得到下图的UDP数据报，取出UDP报头的载荷传递给应用层

（5）应用层 微信应用程序

按照微信内部的应用层协议来解析数据。

分用的过程就是封装的逆向过程

但在现实生活中，两台设备大概率不会直接通过网线连接，而是通过多个交换机路由器相连接。拿经典的交换机和路由器来说，交换机会封装分用到数据链路层，路由器会封装分用到网络层。

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