TCP/IP协议新手友好详解
前言
整理了一下TCP/IP协议架构。
图片引用了一些学习以及网络上的ppt。
一、层次结构：四层模型拆解
TCP/IP协议栈采用四层结构，从下到上依次为：
应用层（HTTP/FTP/SMTP）
传输层（TCP/UDP）
网际层（IP/ICMP）
网络接口层（以太网/WiFi）
形象比喻：如同快递系统，应用层是包裹内容，传输层是快递单号，网际层是地址标签，网络接口层是卡车运输。
二、各层核心功能与协议
| 层级 | 功能 | 常见协议 | 类比说明 |
|---|---|---|---|
| 应用层 | 处理应用程序逻辑 | HTTP/HTTPS/FTP/DNS | 相当于手机APP的操作界面 |
| 传输层 | 端到端数据传输 | TCP/UDP | 类似物流公司的运输方式选择（陆运/空运） |
| 网际层 | 路由与寻址 | IP/ICMP/ARP | 类似快递分拣中心的地址识别系统 |
| 网络接口层 | 物理传输 | 以太网/WiFi/PPP | 相当于高速公路和运输车辆 |
典型过程示例（发送邮件）：
- 应用层：SMTP协议打包邮件内容
- 传输层：TCP协议添加端口号（如25）
- 网际层：IP协议封装源/目的IP地址
- 网络接口层：以太网封装MAC地址
三、TCP vs UDP核心对比
| 维度 | TCP（传输控制协议） | UDP（用户数据报协议） |
|---|---|---|
| 连接性 | 需要三次握手建立连接 | 无连接直接发送 |
| 可靠性 | 100%数据可达（自动重传） | 可能丢包（如视频卡顿） |
| 速度 | 较慢（需确认机制） | 极快（无需等待确认） |
| 应用场景 | 网页/邮件/文件传输 | 直播/语音通话/在线游戏 |
| 典型协议 | HTTP/HTTPS/FTP | DNS/SNMP/QUIC |
四、IP地址与端口号
IP地址（网络身份证）：
- IPv4格式：
192.168.1.1（总量43亿，已枯竭） - IPv6格式：
2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334（理论可给每粒沙子分配地址）
端口号（应用门牌号）：
- 知名端口：0-1023（HTTP-80/HTTPS-443）
- 注册端口：1024-49151（MySQL-3306）
- 动态端口：49152-65535（临时使用）
组合示例：
192.168.1.100:8080表示局域网内某主机的Tomcat服务
五、数据传输全过程图解
封装过程（发送数据）：
应用数据 → 添加TCP头 → 添加IP头 → 添加MAC头 → 比特流
解封装过程（接收数据）：
比特流 → 去掉MAC头 → 去掉IP头 → 去掉TCP头 → 应用数据
六、三次握手与四次挥手
建立连接（三次握手）：
- 客户端发送SYN（我要连接）
- 服务器回复SYN+ACK（同意连接）
- 客户端发送ACK（确认连接）
断开连接（四次挥手）：
- 主动方发送FIN（我要断开）
- 被动方回复ACK（收到请求）
- 被动方发送FIN（同意断开）
- 主动方回复ACK（确认断开）
七、网络设备角色定位
路由器 vs 交换机：
| 设备 | 工作层级 | 核心功能 | 类比说明 |
|---|---|---|---|
| 路由器 | 网际层 | 跨网络路由/NAT转换 | 高速公路立交桥 |
| 交换机 | 网络接口层 | MAC地址转发 | 小区内部道路系统 |
| 防火墙 | 传输/应用层 | 流量过滤 | 安全检查站 |
典型组网示例：
[电脑]--(交换机)--[路由器]--(互联网)│[打印机]