【Linux】协议的本质
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文章目录
一、为什么需要网络协议？
1. 一个生动的比喻
二、软件分层：复杂问题的解决方案
1. 分层设计思想
三、OSI七层模型：理论上的完美标准
1. 各层功能详解
2. 数据封装过程
四、TCP/IP五层模型：实际应用的实践标准
1. 简化后的实用模型
一、为什么需要网络协议？
1. 一个生动的比喻
想象两个使用不同语言的人想要交流：
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中国人说："你好"
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美国人说："Hello"
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没有协议：双方无法理解对方的意思
现在引入一个"翻译协议"：
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约定都说英语
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约定交流的格式和顺序
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约定错误处理方式
这就是协议的本质：通信双方事先约定好的规则和格式。
二、软件分层：复杂问题的解决方案
1. 分层设计思想
网络通信是一个极其复杂的问题，分层设计通过关注点分离来解决这个复杂性：
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每层只关注自己的职责
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下层为上层提供服务
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层与层之间通过接口通信
寄送快递的分层模型：
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应用层：你要寄送什么物品（书籍、衣服）
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表示层：物品如何包装（纸箱、泡沫）
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会话层：寄件人和收件人信息
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传输层：选择快递公司（顺丰、中通）
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网络层：地址路由（北京市海淀区→上海市浦东区）
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数据链路层：运输工具（卡车、飞机）
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物理层：实际的道路和航线
三、OSI七层模型：理论上的完美标准
1. 各层功能详解
| 层次 | 名称 | 功能 | 例子 |
|---|---|---|---|
| 7 | 应用层 | 为用户提供网络服务 | HTTP、FTP、SMTP |
| 6 | 表示层 | 数据格式转换、加密 | SSL/TLS、MIME |
| 5 | 会话层 | 建立、管理、终止会话 | RPC、NetBIOS |
| 4 | 传输层 | 端到端通信、流量控制 | TCP、UDP |
| 3 | 网络层 | 寻址和路由选择 | IP、ICMP |
| 2 | 数据链路层 | 帧传输、差错检测 | Ethernet、PPP |
| 1 | 物理层 | 比特流传输 | 网线、光纤、无线电 |
2. 数据封装过程
// 数据发送时的封装过程（自上而下）
应用层数据 → 添加应用层头部 → 表示层数据
表示层数据 → 添加表示层头部 → 会话层数据
会话层数据 → 添加会话层头部 → 传输层数据
传输层数据 → 添加TCP头部 → 网络层数据
网络层数据 → 添加IP头部 → 数据链路层数据
数据链路层数据 → 添加以太网头部 → 物理层比特流四、TCP/IP五层模型：实际应用的实践标准
1. 简化后的实用模型
| 层次 | 协议示例 | Linux中的实现 |
|---|---|---|
| 应用层 | HTTP、FTP、DNS | 用户空间程序 |
| 传输层 | TCP、UDP | socket API |
| 网络层 | IP、ICMP | 内核协议栈 |
| 数据链路层 | Ethernet、ARP | 网卡驱动 |
| 物理层 | 网线、光纤 | 硬件设备 |