理解 OSI 七层模型 TCP:IP 协议簇，TCP 和 UDP 原理

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OSI 七层模型（Open System Interconnect）是一个用于计算机或通信系统间互联的标准体系，由国际标准化组织（ISO）提出³。它从上到下分为七层，每一层都完成特定的功能，并为上一层提供服务，并使用下层所提供的服务³⁵。这七层分别是：

  • 应用层（Application）：为用户的应用程序提供网络服务³。
  • 表示层（Presentation）：将信息表示为一定形式和格式的数据流³。
  • 会话层（Session）：负责通信主机之间会话的建立、管理和拆除，协调通信双方的会话³。
  • 传输层（Transport）：负责通信主机间端到端的连接，保证了数据包的顺序传送及数据的完整性³。
  • 网络层（Network）：负责将数据包从源地址发送到目标地址，实现路由选择和拥塞控制³。
  • 数据链路层（Data Link）：负责在物理连接上建立、维护和释放逻辑连接，实现帧同步、差错控制和流量控制³。
  • 物理层（Physical）：负责在物理媒介上进行比特流传输，定义了电气特性、机械特性和编码方式等³。

TCP/IP 协议簇是一个协议集合，它定义了不同计算机之间如何进行网络通信。它比OSI模型更早出现，并且更加成熟和实用。它从上到下分为四或五层²⁴。这些层次分别是：

  • 应用层（Application）：为用户提供所需要的各种服务，如HTTP、FTP、SMTP等协议²⁴。
  • 传输层（Transport）：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。主要有TCP和UDP两种协议²⁴。
  • 网际层（Internet）：主要解决主机到主机的通信问题，使用IP协议进行寻址和路由选择².
  • 网络接口/访问/链路/物理 层 （Network Access/Interface/Link/Physical Layer) ：负责监视数据在物理媒介上如何发送与接收，并处理硬件地址映射、网络拓扑结构等问题。包括以太网、ARP、RARP等协议[^2]^ [4]^。

TCP 和 UDP 是两种不同类型的传输协议，在传输效率和可靠性方面有各自优劣。

TCP (Transmission Control Protocol) 是一种面向连接、可靠、基于字节流 的传输协议。它通过三次握手建立连接，并通过确认应答、重发机制、滑动窗口等方法来保证数据包按序无误地达到目标主机。

UDP (User Datagram Protocol) 是一种无连接、不可靠、基于数据报 的传输协议。它不需要建立连接，也不保证数据包的顺序和完整性，只是简单地将数据包发送出去。因此，它的传输效率比TCP高，但是也更容易丢失或错乱数据包。

TCP (Transmission Control Protocol) 是一种面向连接、可靠、基于字节流 的传输协议。它的原理如下：

  • TCP 通过三次握手建立连接，即发送方发送一个SYN报文段，接收方回复一个SYN+ACK报文段，发送方再回复一个ACK报文段。
  • TCP 为每个数据包分配一个序号，并在接收方确认后才发送下一个数据包。如果发送方没有收到确认应答，它会重发数据包直到超时或达到最大重发次数。
  • TCP 使用滑动窗口机制来控制数据流量，即根据网络状况和接收方的缓冲区大小来调整发送方的窗口大小。
  • TCP 使用拥塞控制算法来避免网络拥塞，即根据网络状况和丢包率来调整拥塞窗口大小。
  • TCP 使用四次挥手断开连接，即发送方发送一个FIN报文段，接收方回复一个ACK报文段，接收方再发送一个FIN报文段，发送方再回复一个ACK报文段。

UDP (User Datagram Protocol) 是一种无连接、不可靠、基于数据报 的传输协议。它的原理如下：

  • UDP 不需要建立连接，也不保证数据包的顺序和完整性，只是简单地将数据包发送出去。
  • UDP 为每个数据包添加一个首部，其中包含源端口号、目标端口号、长度和校验和等信息。
  • UDP 不进行流量控制和拥塞控制，也不进行重发机制，因此它的传输效率比TCP高，但是也更容易丢失或错乱数据包。

(1) OSI七层模型和TCP/IP四层模型以及五层模型 - 知乎. https://zhuanlan.zhihu.com/p/268196525 Accessed 2023/2/24.
(2) OSI 七层模型和TCP/IP模型及对应协议（详解） - 知乎. https://zhuanlan.zhihu.com/p/137559348 Accessed 2023/2/24.
(3) 一文读懂OSI七层模型与TCP/IP四层的区别/联系_Y1ran_的博客-CSDN博客_osi七层模型和tcp/ip四层模型的区别. https://blog.csdn.net/qq_39521554/article/details/79894501 Accessed 2023/2/24.
(4) 一文读懂OSI七层模型和TCP/IP五层模型 - 知乎. https://zhuanlan.zhihu.com/p/143654140 Accessed 2023/2/24.
(5) osi七层模型 及tcp UDP http协议_xin_ge_cheng_xu的博客-CSDN博客. https://blog.csdn.net/xin_ge_cheng_xu/article/details/79871072 Accessed 2023/2/24.