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应用层

应用层的数据包会传给传输层,传输层Transport Layer)是为应用层提供网络支持的。

应用层只需要专注于为用户提供应用功能,比如 HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。

应用层是工作在操作系统中的用户态,传输层及以下则工作在内核态

传输层

应用层的数据包会传给传输层,传输层Transport Layer)是为应用层提供网络支持的。

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在传输层会有两个传输协议,分别是 TCP 和 UDP。

TCP 的全称叫传输控制协议(Transmission Control Protocol)TCP 相比 UDP 多了很多特性,比如流量控制、超时重传、拥塞控制等

UDP 只负责发送数据包,不保证数据包是否能抵达对方,但它实时性相对更好,传输效率也高。

当传输层的数据包大小超过 MSS(TCP 最大报文段长度) ,就要将数据包分块,这样即使中途有一个分块丢失或损坏了,只需要重新发送这一个分块,而不用重新发送整个数据包。

当设备作为接收方时,传输层则要负责把数据包传给应用,但是一台设备上可能会有很多应用在接收或者传输数据,因此需要用一个编号将应用区分开来,这个编号就是端口

网络层

作为应用间数据传输的媒介,帮助实现应用到应用的通信,而实际的传输功能就交给下一层,也就是网络层Internet Layer)。

网络层最常使用的是 IP 协议(Internet Protocol),IP 协议会将传输层的报文作为数据部分,再加上 IP 包头组装成 IP 报文,IP 协议会将传输层的报文作为数据部分,再加上 IP 包头组装成 IP 报文,img

我们一般用 IP 地址给设备进行编号,对于 IPv4 协议, IP 地址共 32 位,分成了四段(比如,192.168.100.1),每段是 8 位。

IP 地址分成两种意义:

  • 一个是网络号,负责标识该 IP 地址是属于哪个「子网」的;
  • 一个是主机号,负责标识同一「子网」下的不同主机;

怎么分的呢?这需要配合子网掩码才能算出 IP 地址 的网络号和主机号。

比如 10.100.122.0/24,后面的/24表示就是 255.255.255.0 子网掩码

将 10.100.122.2 和 255.255.255.0 进行按位与运算,就可以得到网络号,

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将 255.255.255.0 取反后与IP地址进行进行按位与运算,就可以得到主机号。

除了寻址能力, IP 协议还有另一个重要的能力就是路由

路由器寻址工作中,就是要找到目标地址的子网,找到后进而把数据包转发给对应的网络内。

IP地址的网络号

所以,IP 协议的寻址作用是告诉我们去往下一个目的地该朝哪个方向走,路由则是根据「下一个目的地」选择路径。寻址更像在导航,路由更像在操作方向盘

网络接口层

生成了 IP 头部之后,接下来要交给网络接口层Link Layer)在 IP 头部的前面加上 MAC 头部,并封装成数据帧(Data frame)发送到网络上。

以太网在判断网络包目的地时和 IP 的方式不同,因此必须采用相匹配的方式才能在以太网中将包发往目的地,而 MAC 头部就是干这个用的,所以,在以太网进行通讯要用到 MAC 地址。

MAC 头部是以太网使用的头部,它包含了接收方和发送方的 MAC 地址等信息,我们可以通过 ARP 协议获取对方的 MAC 地址。

总结

综上所述,TCP/IP 网络通常是由上到下分成 4 层,分别是应用层,传输层,网络层和网络接口层

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每一层的封装格式:

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