网络面试题:什么是 TCP/IP?

简介: 网络面试题:什么是 TCP/IP?

什么是 TCP/IP?

TCP/IP 是一类协议系统,它是用于网络通信的一套协议集合.传统上来说 TCP/IP 被认为是一个四层协议

1) 网络接口层:

主要是指物理层次的一些接口,比如电缆等.

2) 网络层:

提供独立于硬件的逻辑寻址,实现物理地址与逻辑地址的转换.

在 TCP / IP 协议族中,网络层协议包括 IP 协议(网际协议),ICMP 协议( Internet 互联网控制报文协议),以及 IGMP 协议( Internet 组管理协议).

3) 传输层:

为网络提供了流量控制,错误控制和确认服务.

在 TCP / IP 协议族中有两个互不相同的传输协议: TCP(传输控制协议)和 UDP(用户数据报协议).

4) 应用层:

为网络排错,文件传输,远程控制和 Internet 操作提供具体的应用程序

2.数据包

在 TCP / IP 协议中数据先由上往下将数据装包,然后由下往上拆包

在装包的时候,每一层都会增加一些信息用于传输,这部分信息就叫报头,当上层的数据到达本层的时候,会将数据加上本层的报头打包在一起,继续往下传递.

在拆包的时候,每一层将本层需要的报头读取后,就将剩下的数据往上传.

这个过程有点像俄罗斯套娃,所以有时候人们也会用俄罗斯套娃来形容这个过程.

3.网络接口层

这一块主要主要涉及到一些物理传输,比如以太网,无线局域网.这里就不做详细的介绍了

4.网络层

前面有提到,网络层主要就是做物理地址与逻辑地址之间的转换.

目前市场上应用的最多的是 32 位二进制的 IPv4 ,因为 IPv4 的地址已经不够用了,所以 128 位二进制的 IPv6 应用越来越广泛了(但是下面的介绍都是基于 IPv4 进行的)

1) IP:

TCP/IP 协议网络上的每一个网络适配器都有一个唯一的 IP 地址.

IP 地址是一个 32 位的地址,这个地址通常分成 4 端,每 8 个二进制为一段,但是为了方便阅读,通常会将每段都转换为十进制来显示,比如大家非常熟悉的 192.168.0.1

IP 地址分为两个部分:

  • 网络 ID
  • 主机 ID

但是具体哪部分属于网络 ID,哪些属于主机 ID 并没有规定.

因为有些网络是需要很多主机的,这样的话代表主机 ID 的部分就要更多,但是有些网络需要的主机很少,这样主机 ID 的部分就应该少一些.

绝大部分 IP 地址属于以下几类

  • A 类地址:IP 地址的前 8 位代表网络 ID ,后 24 位代表主机 ID。
  • B 类地址:IP 地址的前 16 位代表网络 ID ,后 16 位代表主机 ID。
  • C 类地址:IP 地址的前 24 位代表网络 ID ,后 8 位代表主机 ID。

这里能够很明显的看出 A 类地址能够提供出的网络 ID 较少,但是每个网络可以拥有非常多的主机

但是我们怎么才能看出一个 IP 地址到底是哪类地址呢?

对于 A、B、C 类别的 IP 地址,我们可以这样区分:

  1. A 类地址:在二进制形式下,A 类地址的第一位是0,所以其十进制形式的范围是1.0.0.0到126.0.0.0。换句话说,如果 IP 地址的第一段(十进制)在1到126之间,它就是一个 A 类地址。
  2. B 类地址:在二进制形式下,B 类地址的前两位是10,所以其十进制形式的范围是128.0.0.0到191.255.255.255。换句话说,如果 IP 地址的第一段(十进制)在128到191之间,它就是一个 B 类地址。
  3. C 类地址:在二进制形式下,C 类地址的前三位是110,所以其十进制形式的范围是192.0.0.0到223.255.255.255。换句话说,如果 IP 地址的第一段(十进制)在192到223之间,它就是一个 C 类地址。

那么转化为十进制(四段)的话,我们就能以第一段中的十进制数来区分 IP 地址到底是哪类地址了。

注意:

  • 十进制第一段大于 223 的属于 D 类和 E 类地址,这两类比较特殊也不常见,这里就不做详解介绍了。
  • 每一类都有一些排除地址,这些地址并不属于该类,他们是在一些特殊情况使用地址(后面会介绍)
  • 除了这样的方式来划分网络,我们还可以把每个网络划分为更小的网络块,称之为子网(后面会介绍)

全是 0 的主机 ID 代表网络本身,比如说 IP 地址为 130.100.0.0 指的是网络 ID 为130.100 的 B 类地址。

全是 1 的主机 ID 代表广播,是用于向该网络中的全部主机方法消息的。 IP 地址为 130.100.255.255 就是网络 ID 为 130.100 网络的广播地址(二进制 IP 地址中全是 1 ,转换为十进制就是 255 )

以十进制 127 开头的地址都是环回地址。目的地址是环回地址的消息,其实是由本地发送和接收的。主要是用于测试 TCP/IP 软件是否正常工作。我们用 ping 功能的时候,一般用的环回地址是 127.0.0.1

2)地址解析协议 ARP

简单的来说 ARP 的作用就是把 IP 地址映射为物理地址,而与之相反的 RARP(逆向 ARP)就是将物理地址映射为 IP 地址。

3)子网

前面提到了 IP 地址的分类,但是对于 A 类和 B 类地址来说,每个网络下的主机数量太多了,那么网络的传输会变得很低效,并且很不灵活。比如说 IP地址为 100.0.0.0 的 A 类地址,这个网络下的主机数量超过了 1600 万台。

所以子网掩码的出现就是为了解决这样的问题。

我们先回顾一下之前如何区分主机 IP 和网络 IP 的。

以 A 类地址 99.10.10.10 为例,前 8 位是网络 IP ,后 24 位是主机 IP 。(如下图)

子网掩码也是一个 32 为的二进制数,也可以用四个十进制数来分段,他的每一位对应着 IP 地址的相应位置,数值为 1 时代表的是非主机位,数值为 0 时代表是主机位。

由表格可以很清晰的看出,网络 IP 仍是由之前的分类来决定到底是多少位,主机 IP 则是由子网掩码值为 0 的位数来决定,剩下的则是子网 IP

5 传输层

传输层提供了两种到达目标网络的方式

  • 传输控制协议(TCP):提供了完善的错误控制和流量控制,能够确保数据正常传输,是一个面向连接的协议。
  • 用户数据报协议(UDP):只提供了基本的错误检测,是一个无连接的协议。

特点:

1)UDP:

  • 把数据打包
  • 数据大小有限制(64k)
  • 不建立连接
  • 速度快,但可靠性低

2)TCP:

  • 建立连接通道
  • 数据大小无限制
  • 速度慢,但是可靠性高

由于传输层涉及的东西比较多,比如端口,Socket等,都是我们做移动开发需要了解的,之后的文章中我们再具体做介绍,这里就不讲解了。

6 应用层

应用层做为 TCP/IP 协议的最高层级,对于我们移动开发来说,是接触最多的。

运行在TCP协议上的协议:
  • HTTP(Hypertext Transfer Protocol,超文本传输协议),主要用于普通浏览。
  • HTTPS(Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer, or HTTP over SSL,安全超文本传输协议),HTTP协议的安全版本。
  • FTP(File Transfer Protocol,文件传输协议),由名知义,用于文件传输。
  • POP3(Post Office Protocol, version 3,邮局协议),收邮件用。
  • SMTP(Simple Mail Transfer Protocol,简单邮件传输协议),用来发送电子邮件。
  • TELNET(Teletype over the Network,网络电传),通过一个终端(terminal)登陆到网络。
  • SSH(Secure Shell,用于替代安全性差的TELNET),用于加密安全登陆用。
运行在UDP协议上的协议:
  • BOOTP(Boot Protocol,启动协议),应用于无盘设备。
  • NTP(Network Time Protocol,网络时间协议),用于网络同步。
  • DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议),动态配置IP地址。
其他:
  • DNS(Domain Name Service,域名服务),用于完成地址查找,邮件转发等工作(运行在TCP和UDP协议上)。
  • ECHO(Echo Protocol,回绕协议),用于查错及测量应答时间(运行在TCP和UDP协议上)。
  • SNMP(Simple Network Management Protocol,简单网络管理协议),用于网络信息的收集和网络管理。
  • ARP(Address Resolution Protocol,地址解析协议),用于动态解析以太网硬件的地址。


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