TCP/IP协议是什么（TCP/IP四层模型）

1. TCP/IP协议是什么？

TCP/IP协议是一种网络体系模型的代名词，指的是多种协议的协议簇，即包含TCP、IP、MAC、UDP、HTTP、FTP等多种协议，它是四层网络模型，包含应用层、传输层、网络层、链路物理层，和OSI七层网络模型、五层网络模型略有区别，TCP/IP四层模型可以说是OSI七层网络的简化版。

TCP/IP参考模型是计算机网络的祖父ARPANET和其后继的因特网使用的参考模型。ARPANET是由美国国防部DoD(U.S.Department of Defense)赞助的研究网络。

2. TCP/IP分层详解

TCP/IP的四层结构：1. 应用层；2. 传输层；3. 网际互联层；4. 网络接口层(即主机-网络层)

2.1 应用层

TCP/IP协议的应用层是将OSI中的应用层、表示层、会话层合在了一起，它是直接为用户的应用程序提供服务，比如：浏览器和客户端的文本传输服务：HTTP协议和FTP协议；域名服务：DNS协议；电子邮件协议：SMTP协议；远程登录服务：TELMET协议和SSL协议；动态主机配置服务：DHCP协议等等。

2.2 传输层

传输层对应于OSI参考模型的传输层，处理应用层的数据，格式化数据流以及提供可靠传输，为应用层实体提供端到端的通信功能，保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。该层定义了两个主要的协议:传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。

TCP协议提供的是一种可靠的、通过”三次握手”来连接的数据传输服务;而UDP协议提供的则是不保证可靠的(并不是不可靠)、无连接的数据传输服务。

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2.3 网际互联层

网际互联层对应于OSI参考模型的网络层，主要解决主机到主机的通信问题。它所包含的协议设计数据包在整个网络上的逻辑传输。注重重新赋予主机一个IP地址来完成对主机的寻址，它还负责数据包在多种网络中的路由。该层有三个主要协议:网际协议(IP)、互联网组管理协议(IGMP)和互联网控制报文协议(ICMP)。

IP协议是网际互联层最重要的协议，它提供的是一个可靠、无连接的数据包传递服务。

2.4 网络接口层

网络接口层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应。它负责监视数据在主机和网络之间的交换。事实上，TCP/IP本身并未定义该层的协议，而由参与互连的各网络使用自己的物理层和数据链路层协议，然后与TCP/IP的网络接口层进行连接。地址解析协议(ARP)工作在此层，即OSI参考模型的数据链路层。

3.TCP/IP是如何进行数据通信的呢？

对于发送方发送数据包而言，数据包由顶向下，逐层增大：

1. 应用层：应用程序调用 Socket API 发送网络包，把数据包放到 Socket 发送缓冲区中
2. 网络协议栈从 Socket 发送缓冲区中，取出数据包；再按照 TCP/IP 栈，从上到下逐层处理
3. 传输层：增加 TCP 头
4. 网络层：增加 IP 头和执行路由查找确认下一跳的 IP，并按照 MTU 大小进行分片
5. 数据链路层：分片后的网络包，再送到数据链路层，进行物理地址寻址，以找到下一跳的 MAC 地址，并且添加帧头和帧尾，放到发包队列中
6. 驱动程序通过 DMA ，从发包队列中读出网络帧，并通过物理网卡把它发送出去

对于接收方接收数据包而言：

1. 当一个网络帧到达网卡后，网卡会通过 DMA 方式，把这个网络包放到收包队列中；然后通过硬中断，告诉中断处理程序已经收到了网络包。
2. 网卡中断处理程序会为网络帧分配内核数据结构（sk_buff），并将其拷贝到 sk_buff 缓冲区中；然后再通过软中断，通知内核收到了新的网络帧。
3. 内核协议栈从缓冲区中取出网络帧，并通过网络协议栈，从下到上逐层处理这个网络帧。

4. 数据链路层：在数据链路层检查报文的合法性，找出上层协议的类型，去掉帧头、帧尾，然后交给上一层网络层。

5. 网络层：网络层取出 IP 头，判断网络包下一步的走向，比如是交给上层处理还是转发。当网络层确认这个包是要发送到本机后，就会取出上层协议的类型（比如 TCP 还是 UDP），去掉 IP 头，再交给传输层处理。6. 传输层：传输层取出 TCP 头或者 UDP 头后，根据 源 IP、源端口、目的 IP、目的端口 四元组作为标识，找出对应的 Socket，并把数据拷贝到 Socket 的接收缓存中。

7. 应用层：应用程序就可以使用 Socket 接口，读取到新接收到的数据。