【windows|011】TCP/IP5层模型常见协议及应用总结大全

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1、物理层常见的协议及其应用

2、数据链路层常见的协议及其应用

3、网络层常见的协议及其应用

4、传输层常见的协议及其应用

5、应用层常见的协议及其应用

注：关于TCP/IP5层模型详解，可以参考我本专栏上一篇文章【windows|010】OSI七层模型和TCP/IP五层模型详解

1、物理层常见的协议及其应用

物理层是OSI（开放系统互连）模型中的第一层，它负责在传输介质上传输原始比特流

物理层协议定义了数据在物理传输媒体上的传输方式和规则，为不同类型的网络和设备提供了数据传输的基础。不同的物理层协议适用于不同的场景和应用，选择合适的物理层协议对于网络的性能和可靠性至关重要。

以太网协议（Ethernet）

应用：以太网协议是最常用的物理层协议之一，广泛应用于局域网（LAN）环境。
特点：定义了数据在局域网中的传输方式和规则，使用CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）技术来协调多个设备之间的数据传输。
传输速率：支持多种传输速率，如10Mbps、100Mbps、1Gbps等。

无线局域网协议（Wi-Fi）

应用：Wi-Fi协议是一种无线局域网技术，允许设备通过无线方式连接到局域网并实现数据传输。
特点：使用无线电波进行数据传输，通过无线接入点（AP）实现设备之间的通信。
标准：包括IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax等，每种标准支持不同的频段和传输速率。

蓝牙协议（Bluetooth）

应用：蓝牙协议是一种短距离无线通信技术，广泛应用于各种消费电子产品中，如手机、耳机、音箱等。
特点：低功耗、短距离的数据传输，支持设备之间的互联互通。
版本：包括蓝牙1.0至蓝牙5.x等多个版本，每个版本都增加了新的特性和传输速率。

光纤通信协议

应用：光纤通信协议用于光纤网络中的数据传输。
特点：利用光信号在光纤中传输数据，具有高速率、长距离、低损耗等优点。
协议示例：光纤通道协议（FCP）、光纤分布式数据接口（FDDI）等。

串行通信协议

应用：通常用于工业控制领域，实现设备之间的串行数据传输。
协议示例：RS-232、RS-485等。
特点：定义了串行通信的数据格式、传输速率、错误检测等。

NB-IoT

应用：专为物联网应用设计的低功耗广域物联网（LPWA）技术。
特点：低功耗、广覆盖、低成本，适用于电池供电的物联网设备。
传输速率：虽然传输速率较低，但适用于传输较小的数据量，如传感器数据、简单命令等。

其他物理层协议

还包括：如ZigBee、LoRa等，它们也都在特定的物联网或无线通信场景中发挥着重要作用

2、数据链路层常见的协议及其应用

数据链路层是OSI模型中的第二层，它负责在物理介质上传输数据帧，并提供错误检测和纠正的功能。

如下这些协议在数据链路层中起着至关重要的作用，它们定义了数据帧的格式和传输方式，确保了数据在物理介质上的可靠传输。在实际的网络环境中，不同的协议可以根据网络的需求和特点进行选择和应用。

以太网协议（Ethernet Protocol）

应用：以太网协议是最常见的数据链路层协议之一，广泛应用于局域网（LAN）中。
特点
- 定义了数据帧的格式和传输方式。
- 使用CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）技术解决碰撞问题。
- 支持多种传输介质，如双绞线、光纤和无线等。
帧结构：以太网帧由目的地址、源地址、类型/长度字段、数据字段和校验字段组成。

点对点协议（PPP, Point-to-Point Protocol）

应用：PPP协议用于在两个节点之间建立连接，通常用于广域网（WAN）连接，如拨号上网。
特点
- 为点对点连接上传输多种协议的数据包提供了一种标准方法。
- 支持多种网络协议的封装，如IP、IPX、AppleTalk等。
- 帧格式包括起始标志、地址字段、控制字段、协议字段、数据字段和校验字段。
工作流程：PPP链路建立过程包括链路建立、认证、网络层协议协商和链路终止等阶段。

高级数据链路控制协议（HDLC, High-Level Data Link Control）

应用：HDLC协议广泛应用于WAN中，特别是在需要可靠数据传输的场合。
特点
- 定义了帧的格式、传输方式和错误检测机制。
- 支持全双工和半双工传输方式。
- 可以在同步和异步传输介质上运行。
帧结构：HDLC帧由起始标志、地址字段、控制字段、信息字段、校验序列和结束序列组成。

媒体接入控制协议（MAC, Media Access Control）

应用：MAC协议是数据链路层的一部分，用于控制对物理介质的访问。
特点
- 解决多个站点共享一个链路时信道资源的分配和划分问题。
- 定义了数据包在介质上的传输方式。
- 负责物理寻址和逻辑拓扑的定义。
MAC地址：MAC地址是唯一的，用于标识网络接口卡（NIC）。它由48比特长（6字节）的16进制数字组成。

其他协议

CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）：用于无线局域网（WLAN）中的碰撞避免技术。
ATM（Asynchronous Transfer Mode）：异步传输模式，用于宽带综合业务数字网（B-ISDN）中的数据传输。
FDDI（Fiber Distributed Data Interface）：光纤分布式数据接口，是一种使用光纤作为传输介质的高速令牌环局域网。

3、网络层常见的协议及其应用

网络层是OSI（开放系统互连）模型中的第三层，主要负责将数据从源地址传输到目标地址

网络层协议在计算机网络中起着至关重要的作用，它们负责寻址和路由，确保数据包能够准确地从源地址传输到目标地址。这些协议各具特点，适应不同的网络环境和应用需求。

IP协议（Internet Protocol）

应用：IP协议是网络层的核心协议，它为每个计算机分配唯一的地址（IP地址），并控制数据包如何在计算机网络中传播和路由。
特点
- 提供全球唯一的IP地址，使得设备在互联网上可以互相通信。
- 实现不同网络之间的通信和数据传输。
- 使用数据报（Datagram）作为传输单位，提供无连接的服务。
版本：包括IPv4和IPv6两个版本，IPv4使用32位地址，而IPv6使用128位地址。

ICMP协议（Internet Control Message Protocol）

应用：ICMP协议在IP协议之上工作，用于在网络之间传递错误提示和状态信息。
特点
- 允许主机或路由器报告网络错误。
- 辅助IP协议进行路由选择。
- 提供诊断网络问题的工具，如ping命令。

ARP协议（Address Resolution Protocol）

应用：ARP协议工作在网络层和物理层之间，通过MAC地址和IP地址进行映射，从而实现网络中不同设备之间的通信。
特点
- 当一台主机需要将IP数据报发送到另一台主机时，它使用ARP协议获取目标主机的MAC地址。
- 主机发送ARP请求广播到局域网络上的所有主机，并接收返回消息以确定目标的物理地址。
- ARP协议建立在网络中各个主机互相信任的基础上，可能存在ARP欺骗的安全风险。

IGMP协议（Internet Group Management Protocol）

应用：IGMP协议用于支持多播（Multicast）功能，使得主机可以接收发送到多播组的数据。
特点
- IGMP协议使得主机能够将自己加入到特定的多播组。
- 路由器使用IGMP协议来识别哪些主机对某个多播组感兴趣，并据此决定向哪些子网转发多播数据包。

RARP协议（Reverse Address Resolution Protocol）

应用：RARP协议与ARP协议相反，用于将物理地址（MAC地址）转换成IP地址。
特点
- RARP协议在无盘工作站等场景下使用，这些设备没有硬盘来存储配置信息。
- 设备通过广播发送自己的MAC地址，并接收来自RARP服务器的响应，获取其IP地址。

IPX协议（Internetwork Packet Exchange）

应用：IPX协议是Novell NetWare网络操作系统所使用的协议，用于实现跨局域网和广域网的数据传输。
特点
- IPX协议提供了类似于TCP/IP协议族的功能。
- 它使用数据报（Datagram）作为传输单位，支持无连接的服务。

4、传输层常见的协议及其应用

传输层是OSI（开放系统互连）模型中的第四层，主要负责提供端到端的数据传输服务

传输层协议在网络通信中起着至关重要的作用，它们负责将数据从源端传输到目的端，并提供了不同的服务质量和传输特性。TCP、UDP和SCTP是其中最为常见和重要的三种协议，它们各具特点并适用于不同的应用场景

TCP协议（Transmission Control Protocol）

特点
- 面向连接的协议，通过三次握手建立连接，四次挥手关闭连接。
- 提供可靠的数据传输服务，确保数据的有序性和完整性。
- 实现流量控制和拥塞控制，防止网络过载。
应用
- 文件传输：如FTP（文件传输协议）使用TCP进行文件的可靠传输。
- 电子邮件：SMTP（简单邮件传输协议）和POP3（邮局协议第3版）均基于TCP进行邮件的发送和接收。
- 网页浏览：HTTP（超文本传输协议）使用TCP进行网页内容的传输。
- 远程登录：Telnet和SSH等远程登录协议也使用TCP。

UDP协议（User Datagram Protocol）

特点
- 无连接的协议，发送数据前无需建立连接，也不保证数据的可靠传输。
- 传输速度快，开销小，适用于对实时性要求高但对数据可靠性要求不高的应用。
应用
- 实时通信：如VoIP（网络电话）和实时视频传输。
- 广播和多播：UDP适用于广播和多播应用，因为不需要为每个接收者建立单独的连接。
- DNS查询：DNS（域名系统）使用UDP进行域名到IP地址的查询，因为查询通常较小且对实时性要求较高。

SCTP协议（Stream Control Transmission Protocol）

特点
- 面向连接的、可靠的传输协议，类似于TCP但功能更强大。
- 支持多流（multi-streaming）和多宿主（multi-homing），适用于多媒体数据传输和流媒体传输。
应用
- 多媒体数据传输：如视频会议和在线游戏等应用，需要实时、可靠且支持多流的数据传输。

除了以上提到的三种主要协议外，还有一些其他不太常见的传输层协议，如DCCP（Datagram Congestion Control Protocol，数据报拥塞控制协议）和RTP（Real-time Transport Protocol，实时传输协议）等。这些协议在特定场景下有其独特的应用和优势。

5、应用层常见的协议及其应用

HTTP（超文本传输协议）

应用：HTTP是万维网（Web）的基础，用于在Web浏览器和Web服务器之间传输超文本（HTML）和其他数据。它支持请求-响应模型，客户端（如Web浏览器）发送HTTP请求，服务器返回相应的HTTP响应。
特点：HTTP使用TCP作为传输层协议，保证数据的可靠传输。HTTP/1.1是目前广泛使用的版本，支持持久连接、管道化、缓存控制等功能。

HTTPS（安全超文本传输协议）

应用：HTTPS是HTTP的安全版本，通过在HTTP协议的基础上加入SSL/TLS协议，提供数据加密和身份验证功能，保护数据传输的安全性。
特点：HTTPS能够防止数据在传输过程中被窃取或篡改，常用于对安全性要求较高的Web应用，如网上银行、电子商务等。

FTP（文件传输协议）

应用：FTP用于在计算机网络上传输文件，支持从一台计算机到另一台计算机的文件传输。FTP客户端可以向FTP服务器发送请求，以获取或上传文件。
特点：FTP支持两种模式：主动模式和被动模式。主动模式由服务器发起数据连接，而被动模式由客户端发起数据连接。FTP协议基于TCP传输，保证数据的可靠传输。

SMTP（简单邮件传输协议）

应用：SMTP用于在电子邮件服务器之间传输电子邮件。当用户使用电子邮件客户端（如Outlook、Foxmail等）发送邮件时，邮件会首先发送到用户的邮件服务器，然后通过SMTP协议将邮件传输到收件人的邮件服务器。
特点：SMTP规定了邮件传输的三个阶段：建立连接、邮件传送、连接释放。SMTP协议基于TCP传输，保证邮件传输的可靠性。

POP3（邮局协议版本3）

应用：POP3用于从邮件服务器下载邮件到本地计算机。当用户需要使用电子邮件客户端查看邮件时，可以通过POP3协议从邮件服务器下载邮件到本地计算机进行查看和管理。
特点：POP3协议基于TCP传输，支持用户身份验证和邮件下载功能。用户可以通过POP3协议将邮件从邮件服务器下载到本地计算机进行离线查看和管理。

IMAP（互联网消息访问协议）

应用：IMAP与POP3类似，也用于从邮件服务器访问邮件。但IMAP与POP3的主要区别在于，IMAP允许用户在邮件服务器上直接管理邮件（如创建文件夹、移动邮件等），而POP3只支持将邮件下载到本地计算机进行管理。
特点：IMAP协议基于TCP传输，支持用户身份验证、邮件访问和管理功能。IMAP协议允许用户在多个设备之间同步邮件状态（如已读、未读等），方便用户在不同设备之间无缝切换。

DNS（域名系统）

应用：DNS用于将域名解析为IP地址，是互联网的基础服务之一。当用户输入一个域名（如www.example.com）时，DNS系统会将该域名解析为对应的IP地址，以便用户的计算机能够找到并访问该网站。
特点：DNS系统采用分布式架构，由多个DNS服务器组成。DNS服务器之间通过递归查询和迭代查询等方式相互协作，共同完成域名解析任务。DNS还支持其他类型的记录，如MX记录（指定邮件服务器）、CNAME记录（指定域名的别名）等。