计算机网络之---TCP/IP四层模型
为什么会有TCP/IP四层模型
TCP/IP 四层模型的产生是为了满足计算机网络特别是互联网通信的需要，具体来说，它的设计和出现是为了简化网络协议的体系结构，并解决当时各种网络环境之间的互操作性问题。与 OSI 七层模型相比，TCP/IP 模型更为简洁和实用，直接面向实际应用和网络通信
1. 简化模型并增强实用性
TCP/IP 四层模型并不是为了理论上的完美框架而设计，而是为了满足实际应用的需要。相比于 OSI 模型的七层结构，TCP/IP 模型的设计更加简洁，适应了不同的网络协议的实际需求。它减少了不必要的层次划分，把更多的功能集中在少数几个层次中，增强了系统的简洁性和实际应用的适配性。
2. 应对互联网的快速发展
TCP/IP 四层模型的出现和互联网的兴起密切相关。在20世纪70年代，互联网协议 TCP/IP 的开发需要一个统一的标准来实现各种设备和不同网络之间的通信。TCP/IP 协议能够跨越不同的硬件平台和操作系统，实现异构网络间的互通，这也是 TCP/IP 成为全球互联网标准的原因之一。通过简化层次并专注于实际应用，TCP/IP 模型帮助互联网在全球范围内迅速扩展。
3. 为了解决不同网络协议间的互通问题
在早期的网络中，各种协议（如ARPANET、X.25、以太网等）并不兼容，而这些协议之间的互操作性问题是互联网发展的一个关键挑战。TCP/IP 模型通过提供一个标准化的通信框架，使得不同网络能够通过通用协议（IP 地址、TCP 传输等）进行互联，而不需要关心底层的具体技术和硬件实现。
4. 设计和实现简便性
TCP/IP 四层模型更符合工程实践，它的分层设计帮助开发者、网络管理员和系统工程师能够更方便地理解和实现网络协议。每一层的职责非常清晰且独立，便于开发、维护和故障排查。例如，应用层主要处理高层协议，传输层确保数据的可靠传输，网络层负责路由和地址分配，而链路层则负责在物理网络上发送数据包。
5. 灵活性和可扩展性
TCP/IP 模型的四层结构提供了灵活性，使其能够支持多种不同的网络和通信协议。虽然它最初是为ARPANET等特定的网络而设计的，但它能够适应包括以太网、Wi-Fi、光纤等多种物理和数据链路技术，保证了较好的兼容性和可扩展性。无论是局域网(LAN)还是广域网(WAN)，TCP/IP 都能有效支持。
6. 实际协议发展过程的结果
TCP/IP 四层模型的设计实际上是对多种网络协议的自然总结。在互联网协议的发展过程中，逐渐从多个原始协议中提炼出核心的传输协议（TCP、UDP）、网络协议（IP）等，形成了具有通用性和高效性的四层架构。因此，TCP/IP 模型实际上是基于 TCP 和 IP 协议的功能划分而自然形成的结构。
简述TCP/IP四层模型
| 层次 | 名称 | 主要功能 | 主要协议 |
|---|---|---|---|
| 应用层 | Application Layer | 提供网络应用服务，直接为用户提供交互界面 | HTTP、FTP、SMTP、DNS等 |
| 传输层 | Transport Layer | 处理数据传输的可靠性，提供端到端的通信服务 | TCP、UDP |
| 网络层 | Internet Layer | 路由和数据包转发，确定源到目标的路径 | IP、ICMP、ARP |
| 链路层 | Link Layer | 处理数据在物理链路上传输，确保局部网络中的数据正确传输 | Ethernet、Wi-Fi、PPP |
1. 应用层（Application Layer）
- 功能：应用层位于最顶层，负责处理与用户直接交互的任务。它提供了网络应用服务，像是网页浏览、电子邮件、文件传输、即时通讯等都在此层进行。应用层通过底层的协议来实现这些功能。
- 常见协议：
- HTTP（超文本传输协议）：用于网页浏览。
- FTP（文件传输协议）：用于文件的上传和下载。
- SMTP（简单邮件传输协议）：用于发送电子邮件。
- DNS（域名系统）：将域名转换为IP地址。
- POP3/IMAP（电子邮件接收协议）。
2. 传输层（Transport Layer）
- 功能：传输层负责在主机之间提供可靠的数据传输服务。它确保数据的正确传送、数据的分段和重组、流量控制等功能。
- 常见协议：
- TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）：提供可靠的、面向连接的服务，保证数据的顺序和完整性，通过三次握手建立连接，并通过四次挥手断开连接。
- UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）：提供无连接、不可靠的服务，传输速度较快，但不保证数据的可靠性和顺序。
3. 网络层（Internet Layer）
- 功能：网络层主要负责数据包的路由选择和转发，它决定了数据从源主机到目标主机的路径。网络层的核心任务是将数据从源地址传输到目标地址，使用IP地址进行标识和路由选择。
- 常见协议：
- IP（Internet Protocol，互联网协议）：用于分包和路由，确保数据从源地址到达目标地址。主要有 IPv4 和 IPv6。
- ICMP（Internet Control Message Protocol，互联网控制消息协议）：用于网络诊断和错误报告，例如
ping命令就是基于 ICMP 协议。 - ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）：用于通过目标主机的IP地址获取其物理地址（MAC地址）。
4. 链路层（Link Layer）
- 功能：链路层负责在物理设备（如网卡）之间传输数据帧。它处理数据在物理媒介上的传输，确保数据帧在局部网络中被正确传输。链路层的工作依赖于底层硬件，确保数据的正确性。
- 常见协议：
- Ethernet（以太网）：常见的局域网协议，负责将数据包封装成数据帧，并在物理网络上传输。
- PPP（Point-to-Point Protocol，点对点协议）：在点对点链路上传输数据，常见于拨号网络或VPN。
- Wi-Fi：无线局域网协议，适用于无线网络的通信。