面试题：网络编程之TCP/IP协议栈四层模型的功能

Question

请详细阐述TCP/IP协议栈四层模型中每一层的主要功能，并举例说明每层常见的协议有哪些。

Answer 1

应用层

1. 主要功能：为用户的应用程序提供网络服务接口，负责处理特定的应用程序细节，如文件传输、电子邮件、远程登录等，是用户直接接触的网络层。
2. 常见协议：
   • HTTP（超文本传输协议）：用于在Web浏览器和Web服务器之间传输超文本（网页），例如在浏览器中输入网址访问网页时就使用HTTP协议。
   • SMTP（简单邮件传输协议）：负责邮件的发送，比如从邮件客户端向邮件服务器发送邮件时使用SMTP协议。
   • FTP（文件传输协议）：用于在不同主机之间进行文件的上传和下载，像从服务器下载文件或者向服务器上传文件就会用到FTP。

传输层

1. 主要功能：负责端到端的可靠通信（TCP）或不可靠通信（UDP），为应用层提供通信服务。它通过端口号来识别不同的应用程序，建立、维护和管理端到端的连接。
2. 常见协议：
   • TCP（传输控制协议）：提供面向连接、可靠的数据传输服务。在传输数据前会进行三次握手建立连接，传输过程中通过确认机制、重传机制保证数据的准确性和完整性。例如在浏览器下载文件时，如果使用HTTP协议，底层一般由TCP协议负责数据传输。
   • UDP（用户数据报协议）：提供无连接、不可靠的数据传输服务。它不保证数据的可靠交付和顺序，但是传输速度快，常用于对实时性要求高但对数据准确性要求相对较低的场景，如视频流传输、实时游戏数据传输等。

网络层

1. 主要功能：负责将分组从源端传输到目的端，主要处理路由选择、网络互联等问题。它通过IP地址来标识网络中的不同主机，并决定数据在网络中的传输路径。
2. 常见协议：
   • IP（网际协议）：是网络层的核心协议，负责将数据包从源地址发送到目的地址，实现不同网络之间的互联。所有网络层的数据传输都基于IP协议。
   • ICMP（互联网控制报文协议）：用于在IP主机、路由器之间传递控制消息，如网络是否可达、主机是否可达等信息。常见的ping命令就是利用ICMP协议来测试网络连通性。
   • ARP（地址解析协议）：将IP地址解析为物理地址（MAC地址），在同一网络内，当主机要发送数据给另一台主机时，需要通过ARP协议获取对方的MAC地址。

数据链路层

1. 主要功能：负责将网络层传来的IP数据包封装成帧，并通过物理网络进行传输，同时进行差错检测。它在相邻节点之间提供可靠的数据传输。
2. 常见协议：
   • 以太网协议：是目前应用最广泛的局域网协议，定义了数据帧的格式和传输规则，在局域网环境中，设备之间通过以太网协议进行通信。
   • PPP（点到点协议）：常用于拨号上网或者在广域网中连接两个节点，提供了在点到点链路上传输多协议数据报的标准方法。