TCP/IP网络模型

应用层

最上层的,也是我们能直接接触到的就是应用层(application layer)我们电脑或手机使用的应用软件都是在应用层实现的.那么当来个不同的设备需要通信时,应用就把应用数据传输给下一层,也就是传输层.

所以,应用层只需要专注为用户提供应用功能,比如HTTP,FTP,Telnet,DNS,SMTP等

应用层是不用关心数据如何传输的,就类似于,我们寄快递时,只需要把快递包裹交给快递员,由他负责快递运输,我们不需要关心快递是如何被运输的.

而应用层是工作在操作系统中的用户态的,传输层以下工作在内核态.

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

在传输层会有俩个传输协议,分别是TCP和UDP

TCP的全程叫做传输控制协议(Transmission Control Protocol),大部分应用程序正式TCP传输层协议,比如HTTP应用层协议.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,这些都是为了保证数据包能可靠的传输给对方

UDP相对来说就很简单,简单到只负责发送数据包,不保证数据包能否抵达对,但它实时性相对更好,传输效率也高.当然,UDP也可以实现可靠传输,把TCP的特性在应用层上实现就可以,不过要实现一个商用可靠的UDP传输协议,也不是一件简单的事情.

应用需要传输的数据可能会非常大,如果直接传输就不好控制,因此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,这样即使图中有一个分块丢失或损坏了,只需要重新发送一个分块而已,而不是重新发送整个数据包.TCP协议中,把每个分块称为一个TCP段(TCP segment)

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

比如80端口就是web服务器用的,22端口通常是远程登录服务器用的.对于浏览器中的每个标签都是一个独立的进程,操作系统会为这些进程分配临时的端口号

由于传输报文中会携带端口号,因此接收放可以识别出该报文是发送给哪个应用的.

网络层

传输层大家在刚接触的时候,会认为它负责将数据从一个设备传输到另一个设备,事实上它并不负责,实际场景中的网络环节是错综复杂的,中间又有各种各样的线路和分叉路口,如果一个设备的传输数据要传输给另一个设备,就需要在各种各样的路径和节点进行选择,而传输层的设计理念是简单,高效,专注,如果传输层还负责这一块功能就有点违背设计原则了

也就是说,我们希望传输层协议处理太多的事情,只需要服务好应用即可,让其作为应用传输数据的媒介,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包头组成IP报文,如果IP报文大小超过MTU(以太网中一般为1500字节)就会再次进行分片,得到一个即将发送到网络的IP报文

网络层负责将数据从一个设备传输到另一个设备,世界上那么多设备如何找到对方呢?因此网络层需要有区分设备的编号

我们一般欧诺个IP地址给设备进行编号,对于IPV4协议,IP地址共32位,分成了4段(比如,192.168.100.1)每段是8位.只有一个单纯的IP地址虽然做到了设备区分,但是寻址起来就特别麻烦,全世界那么多台设备,难道一个一个去匹配?这些然不科学

因此需要将IP地址分成俩种意义:

一个是网络号,负责表示改IP网址是属于那个子网的
一个是主机号,负责表示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

举个例子，比如 10.100.122.0/24，后面的/24表示就是 255.255.255.0 子网掩码，255.255.255.0 二进制是「11111111-11111111-11111111-00000000」，大家数数一共多少个1？不用数了，是 24 个1，为了简化子网掩码的表示，用/24代替255.255.255.0。

知道了子网掩码，该怎么计算出网络地址和主机地址呢？

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，如下图：