TCP/IP上三层的角色

同一台设备上的进程间通信有多种方式，如管道、消息队列、共享内存、信号等。而不同设备间的进程通信需要网络通信，由于设备具有多样性，因此协商出了一套通用的网络协议。这个网络协议是分层的，每一层都有各自的作用和职责，接下来将依据 “TCP/IP 网络模型” 对每一层进行介绍。

应用层（对接程序）

是最上层的协议，用户能够直接接触到的就是应用层，我们手机的软件等等都是在这一层实现的，需要通信时把数据传给下一层传输层，所以本层主要针对为用户提供应用的功能，而不关心数据在互联网之中是如何传输的。

应用层主要工作在操作系统中的用户态，而传输层以及一下在内核态工作。

传输层（为应用层提供网络支持）

传输层有两种传输协议：TCP 和 UDP。

TCP，即传输控制协议 (Transmission Control Protocol)，很多应用都采用 TCP 作为传输层协议，比如 HTTP 应用层协议。TCP 比 UDP 具备更多功能，包括流量控制、超时重传和拥塞控制等，这些功能保障了数据包能够可靠地传递到对方。

UDP 较为简单，它只负责发送数据包，不确保数据包能到达接收方。不过，UDP 的实时性和传输效率比较高。虽然 UDP 也可以实现可靠传输，但需要在应用层上实现类似 TCP 的特性，而开发一个商业可用的可靠 UDP 传输协议并不容易。

当应用程序需要传输的数据量很大时，直接传输难以管控。当传输层的数据包大小超过 MSS（TCP 最大报文段长度）时，数据包需要进行分块。这样，如果在传输过程中有一个分块丢失或损坏，只需要重新发送该分块，而不必重发整个数据包。在 TCP 协议中，这些分块被称为 TCP 段 (TCP Segment)。

当设备作为接收方时，传输层需要把数据包传递给相应的应用。但一台设备上可能有多个应用在接收或传输数据，所以需要用一个编号来区分不同的应用，这个编号就是端口。

例如，80 端口通常用于 Web 服务器，22 端口通常用于远程登录服务器。对于浏览器（客户端）中的每个标签页，它们都是独立的进程，操作系统会为这些进程分配临时的端口号。

因为传输层的报文中会包含端口号，所以接收方能够识别出该报文是发送给哪个应用的。

网络层

刚接触传输层时，人们可能会以为它负责将数据从一个设备传输到另一个设备，但实际上并非如此。在实际的网络环境中，网络环节错综复杂，存在着各种各样的线路和分叉路口，若要将一个设备的数据传输给另一个设备，就需要在众多路径和节点中进行选择。而传输层的设计理念是简单、高效和专注，若让传输层负责这一功能，就违背了其设计原则。

也就是说，我们不希望传输层协议处理过多事务，它只需服务好应用，作为应用间数据传输的媒介，实现应用到应用的通信即可，实际的传输功能应由下一层 —— 网络层来负责。

网络层最常使用的是IP 协议(interet Protocol)，IP协议会将传输层的报文作为数据部分，再加上IP 包头组装成 IP 报文，如果 IP 报文大小超过 MTU(以太网中一般为 1500 字节)就会再次进行分片，得到一个即将发送到网络的IP 报文。

首先，网络层的主要功能是将数据从一个设备传输到另一个设备。在庞大的网络环境中，设备众多，因此需要通过 IP 地址来区分和标识设备。

对于 IPv4 协议，IP 地址由 32 位组成，分成四段（例如 192.168.100.1），每段 8 位。单一的 IP 地址虽然可以标识设备，但在查找设备时效率很低，因此 IP 地址被分成两种意义：网络号和主机号。

1. 网络号：标识 IP 地址属于哪个子网。
2. 主机号：标识同一子网下的不同主机。

子网掩码用于区分 IP 地址中的网络号和主机号。例如，子网掩码 255.255.255.0 与 IP 地址 10.100.122.2 进行按位与运算，可以得到网络号 10.100.122.0，路由器根据 IP 址的网络号进行转发，帮助数据包找到目标地址的子网，并将数据包转发到相应的网络内。

网络接口层（Link Layer）在 IP 头部的前面加上 MAC 头部，并封装成数据帧（Data frame）发送到网络上。

引用 ~~小林coding