TCP/IP 協議詳解和運作過程

一、TCP/IP協議族

TCP/IP協議族體系結構及主要協議.png

1、數據鏈路層

ARP協議和RARP協議,它們實現了IP地址和機器物理地址之間的相互轉化

  • ARP協議(Address Resolve Protocol,地址解析協議)

  • RARP協議(Reverse Address Resolve Protocol,逆地址解析協議)

作用:網絡層是用IP地址尋址一臺機器,而數據鏈路層是用物理地址尋址一臺機器,因此網絡層必須先將目標機器的IP地址轉化成其物理地址,這就是ARP協議的用途。RARP協議僅用于網絡上某些無盤工作站。因為缺乏儲存設備,無盤工作站無法記住自己的IP地址。但是它們可以利用網卡上的物理地址來向網絡管理者查詢自身的IP地址。運行RARP服務的網絡管理者通常存有該網絡上有所及其得物理地址到IP地址映射。

用來處理連接網絡的硬件部分。包括控制操作系統、硬件的設備驅動、網絡適配器,及光纖等物理可見部分。硬件上的范疇均咋鏈路層的作用范圍之內。

2、網絡層

ip協議和ICMP協議,它們實現了數據包的選路和轉發。網絡層的任務就是處理網絡上流動的數據包。數據包是網絡傳輸的最小數據單位。該層規定了通過怎樣的路徑到達對方計算機,并把數據包傳送到對方。選擇這些中間節點,以確定兩臺主機之間通信路徑。

3、傳輸層

TCP協議、UDP協議和SCTP協議
傳輸層為兩臺主機上的應用程序提供端對端的通信。與網絡層使用的逐跳通信方式不同,傳輸層只關心通信的起始端和目的端,而不在乎數據包的中轉過程。

  • TCP協議,傳輸控制協議
  • UDP協議,用戶數據報協議
  • SCTP協議,流控制傳輸協議

4、應用層

應用層在用戶空間實現,而數據鏈路層、網絡層和傳輸層處理網絡通信細節,這部分必須穩定有高效,因此它們都在內核空間中實現。

  • FTP協議,文件傳輸協議
  • DNS系統,域名解析系統
  • HTTP協議, 超文本傳輸協議
4.1、傳輸層和網絡層區別
傳輸層和網絡層區別.png

傳輸層為兩臺主機上的應用程序提供端對端的通信。與網絡層使用的逐跳通信方式不同,傳輸層只關心通信的起始端和目的端,而不在乎數據包的中轉過程

4.2、TCP協議的特點

為應用層提供可靠的面向連接基于流的服務。TCP協議通信使用超時重傳數據確定等待來確保數據包被正確地發送至目的端。因此TCP服務是可靠的。

使用TCP協議通信的雙方必須先建立TCP連接,并在內核中為連接維持一些必要的數據結構,比如連接的狀態讀寫緩沖區以及諸多定時器等。當通信結束時,雙方必須關閉連接已釋放這些內核數據。TCP服務時給予流的。給予流的數據沒有邊界限制,它源源不斷地從通信的一端流入另一端。發送端可以逐個字節地向數據流寫入數據,接受端也可以逐個字節地將它們讀出

4.3、UDP協議的特點

為應用層提供不可靠無連接和基于據包的服務。

UDP協議無法保證數據從發送端正確的地傳送到目的端。如果數據在中途丟失,或者目的端數據校驗發現數據錯誤誤將其丟棄,則UDP協議知識簡單的通知應用程序發送失敗,因此,使用UDP協議的應用程序通常要自己處理數據確認、超時重傳等邏輯。UDP協議是無連接的,即通信雙方不保持一個長久的聯系,因此應用程序每一次發送數據都要指定接收方的地址。每一個UDP數據都有一個長度,就接受端必須以該長度為最小單位將其所有內容一次性讀出,否則數據將被截斷。

二、封裝和分用

1、封裝

上層協議是如何使用下層協議提供的服務的呢?其實通過封裝實現的。應用程序數據在發送到無力網絡上之前,將沿著協議棧從上往下依次傳遞。每一層協議都將在上冊數據的基礎上加上自己的頭信息。


封裝.png
  1. 經過TCP封裝后的數據稱TCP報文段,經過UDP封裝后的數據稱為UDP數據包。
  2. 經過IP封裝后的數據稱為IP數據報。
  3. 經過數據鏈路層封裝后的數據稱幀

2、分用

當幀到達目的的主機時,將沿著協議棧自底向上依次傳遞。各層協議依次處理幀中本層負責的頭數據,以獲取所需的信息,并最終將處理后的幀交給目的應用程序。


分用.png
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