网络协议
概述
定义
网络协议是计算机网络的核心，它定义了设备之间如何通信，确保数据能够正确、高效、安全地传输。无论是浏览网页、发送邮件还是视频通话，背后都离不开网络协议的支持
大白话：网络协议是设备间“交流的语言”
分层结构
网络协议通常按照分层模型组织，最常见的模型是 OSI七层模型 和 TCP/IP四层模型
OSI七层模型
- 物理层（Physical Layer）: 负责传输原始比特流（如电缆、光纤、无线电波）
- 数据链路层（Data Link Layer）: 负责将数据封装成帧，并在同一网络中传输（如以太网协议）
- 网络层（Network Layer）: 负责数据包的路由和寻址（如IP协议）
- 传输层（Transport Layer）: 负责端到端的可靠传输（如TCP、UDP协议）
- 会话层（Session Layer）: 负责建立、管理和终止会话（如RPC协议）
- 表示层（Presentation Layer）: 负责数据的格式化和加密（如SSL/TLS协议）
- 应用层（Application Layer）: 负责提供用户接口和应用程序服务（如HTTP、FTP协议）
TCP/IP四层模型
- 网络接口层（Network Interface Layer）: 对应OSI的物理层和数据链路层
- 网络层（Internet Layer）: 对应OSI的网络层（如IP协议）
- 传输层（Transport Layer）: 对应OSI的传输层（如TCP、UDP协议）
- 应用层（Application Layer）: 对应OSI的应用层、表示层和会话层（如HTTP、DNS协议）
网络通信基础
数据包、帧、报文
在网络通信中，数据被分割成小块进行传输，这些小块被称为数据包、帧或报文，具体名称取决于所在的网络层次
- 数据包（Packet）: 在网络层（如IP协议）中，数据被封装成数据包，包含源地址、目标地址和数据内容
- 帧（Frame）: 在数据链路层（如以太网协议）中，数据包被进一步封装成帧，包含MAC地址和错误检测信息
- 报文（Message）: 在应用层（如HTTP协议）中，数据以报文的形式传输，包含请求或响应的具体内容
网络地址
IP地址（Internet Protocol Address）
用于标识网络中的设备，分为IPv4（如 192.168.1.1）和IPv6（如 2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334）
MAC地址（Media Access Control Address）
用于标识网络接口卡（NIC），是一个唯一的硬件地址，格式为 00:1A:2B:3C:4D:5E
[!CAUTION]
IP地址相当于家庭住址（可变）
MAC地址相当于身份证号码（固定）
端口号与套接字
端口号（Port Number）
用于标识设备上的具体应用程序或服务，范围是 0 到 65535
常见端口号：
- HTTP: 80
- HTTPS: 443
- FTP: 21
- SSH: 22
- DNS: 53
套接字（Socket）
套接字是网络通信的端点，由IP地址和端口号组成（如 192.168.1.1:80）
套接字用于建立连接、发送和接收数据
大白话：Socket 是让两个程序通过网络“说话”的工具
网络设备
网络通信依赖于多种设备来实现数据的传输和路由
- 路由器（Router）: 负责在不同网络之间转发数据包，基于IP地址进行路由选择
- 交换机（Switch）: 负责在同一网络内转发数据帧，基于MAC地址进行数据交换
- 网关（Gateway）: 连接不同协议或网络，实现数据格式的转换
- 调制解调器（Modem）: 将数字信号转换为模拟信号（如通过电话线传输）
网络拓扑结构
网络拓扑结构描述了设备之间的连接方式
- 星型拓扑（Star Topology）
- 所有设备连接到一个中心节点（如交换机）
- 优点：易于管理和扩展
- 缺点：中心节点故障会导致整个网络瘫痪
- 总线型拓扑（Bus Topology）
- 所有设备连接到一条主干线
- 优点：成本低
- 缺点：主干线故障会影响整个网络
- 环型拓扑（Ring Topology）
- 设备连接成一个环形
- 优点：数据传输效率高
- 缺点：单点故障会影响整个网络
- 网状拓扑（Mesh Topology）
- 设备之间有多条连接路径
- 优点：可靠性高
- 缺点：成本高，管理复杂
数据传输方式
- 单播（Unicast）: 数据从一台设备发送到另一台设备
- 广播（Broadcast）: 数据发送到网络中的所有设备
- 组播（Multicast）: 数据发送到一组特定的设备
网络通信基本流程
- 数据封装
- 应用层生成数据报文
- 传输层添加端口号（TCP/UDP）
- 网络层添加IP地址（IP）
- 数据链路层添加MAC地址（帧）
- 物理层将数据转换为比特流
- 数据传输
数据通过物理介质（如电缆、光纤）传输
- 数据解封装
接收设备逐层解析数据，最终将数据传递给目标应用程序
常见网络通信工具
- Ping: 测试设备之间的连通性
- Traceroute: 跟踪数据包的传输路径
- Wireshark: 抓取和分析网络数据包
- Netstat: 查看网络连接状态
[!IMPORTANT]
Netstat命令在Windows中应用为例
命令 说明 netstat -a显示所有连接和监听端口 netstat -n以数字方式显示地址和端口（不解析域名） netstat -o（Windows）显示每个连接对应的 进程ID（PID） netstat -an同时显示数字形式和全部连接 netstat -ano（Windows）最常用！显示所有连接+端口+PID netstat -s显示网络协议统计信息（如 TCP/UDP 收发统计） netstat -r显示路由表（等价于 route print）`netstat -an findstr ESTABLISHED ` `netstat -ano findstr :8080` `tasklist findstr 1234`
协议
FTP协议
FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）是一种用于在网络上传输文件的协议，其允许用户从一台计算机（客户端）向另一台计算机（服务器）上传或下载文件
默认端口21
SSH协议
SSH（Secure Shell，安全外壳协议）是一种用于安全远程登录和其他网络服务的加密协议
SSH 通过加密通信来保护数据在传输过程中的安全性，广泛应用于系统管理、文件传输和远程命令执行等场景
默认端口22
Telnet协议
Telnet 是一种用于远程登录的网络协议，允许用户通过网络连接到远程计算机并在其上执行命令，其是SSH协议的前身
默认端口23
TCP协议
TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是互联网协议套件中的核心协议之一，位于传输层。它提供了一种可靠的、面向连接的、基于字节流的数据传输服务。TCP 的主要特点是确保数据在传输过程中不丢失、不重复，并且按顺序到达
SMTP协议
SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议）是一种用于发送电子邮件的网络协议，负责将邮件从发送方传递到接收方的邮件服务器
默认端口25
DNS协议
DNS（Domain Name System，域名系统）是互联网中用于将域名（如 www.example.com）转换为 IP 地址（如 93.184.216.34）的分布式系统
DNS 相当于互联网的"电话簿"，使得用户可以通过易记的域名访问网络资源，而无需记住复杂的 IP 地址
默认端口53
HTTP协议
HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是互联网上应用最广泛的协议之一，用于在客户端（如浏览器）和服务器之间传输超文本（如网页）
HTTP 是万维网（WWW）的基础，支持网页浏览、文件下载、API 调用等应用场景
默认端口80
HTTPS协议
HTTPS（HyperText Transfer Protocol Secure，安全超文本传输协议）是 HTTP 的安全版本，通过在 HTTP 和传输层之间加入 TLS/SSL 加密层，保护数据传输的安全性和完整性
HTTPS 广泛用于保护敏感信息（如登录凭证、支付信息）的传输
默认端口443
POP3协议
POP3（Post Office Protocol version 3，邮局协议第3版）是一种用于从邮件服务器下载电子邮件的协议
POP3 允许用户通过客户端（如 Outlook、Thunderbird）从服务器获取邮件，并将邮件存储到本地设备
默认端口110
IMAP协议
IMAP（Internet Message Access Protocol，互联网邮件访问协议）是一种用于从邮件服务器访问和管理电子邮件的协议
与 POP3 不同，IMAP 允许用户在服务器上管理邮件，支持多设备同步和高级邮件操作
默认端口143
RDP协议
RDP（Remote Desktop Protocol，远程桌面协议）是由 Microsoft 开发的一种协议，用于远程访问和控制另一台计算机的桌面
RDP 允许用户通过网络在本地设备上操作远程计算机，就像坐在远程计算机前一样
默认端口3389
SFTP协议
SFTP（SSH File Transfer Protocol，SSH 文件传输协议）是一种基于 SSH（Secure Shell）的文件传输协议，用于在客户端和服务器之间安全地传输文件
默认的 SSH 端口22
UDP协议
UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是一种简单的、无连接的传输层协议，用于在网络中传输数据
与TCP不同的是，UDP不提供可靠性、顺序性和流量控制，但它具有低延迟和高效的特点，适合对实时性要求较高的应用
SSL协议
SSL（Secure Sockets Layer，安全套接层）是一种用于保护网络通信安全的协议，通过在传输层和应用层之间建立加密通道，防止数据被窃听、篡改和伪装
SSL 是 HTTPS、FTPS 等安全协议的基础，现已被更先进的 TLS（Transport Layer Security，传输层安全）协议所取代，但 SSL 仍然被广泛使用和提及
TLS协议
TLS（Transport Layer Security，传输层安全）是一种用于在网络中加密数据传输的协议，旨在保护数据的机密性、完整性和身份验证。
TLS 是 SSL（Secure Sockets Layer，安全套接层）的继任者，提供了更强的安全性和性能。TLS 是 HTTPS、SMTPS、FTPS 等安全协议的基础
ARP协议
ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是一种用于将网络层地址（如 IP 地址）解析为数据链路层地址（如 MAC 地址）的协议
RARP协议
RARP（Reverse Address Resolution Protocol，反向地址解析协议）是一种用于将数据链路层地址（如 MAC 地址）解析为网络层地址（如 IP 地址）的协议
RARP 是 ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）的反向操作，主要用于无盘工作站等设备在启动时获取自己的 IP 地址
DHCP协议
DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）是一种用于自动分配 IP 地址和其他网络配置信息（如子网掩码、默认网关、DNS 服务器）的协议
DHCP 简化了网络管理，允许设备在加入网络时自动获取必要的配置，而无需手动设置
MTP协议
MTP（Media Transfer Protocol，媒体传输协议）是一种用于在设备和计算机之间传输媒体文件（如照片、视频、音乐）的协议
MTP 由 Microsoft 开发，主要用于连接 Android 设备、数码相机、MP3 播放器等媒体设备与计算机
NTP协议
NTP（Network Time Protocol，网络时间协议）是一种用于同步计算机系统时间的协议
NTP 通过分层的时间服务器架构，确保网络中所有设备的时间保持一致，精度可达毫秒甚至微秒级别
NTP 是互联网上最广泛使用的时间同步协议，广泛应用于计算机网络、金融交易、科学实验等领域。
PPP协议
PPP（Point-to-Point Protocol，点对点协议）是一种用于在点对点链路上传输数据的协议。
PPP 广泛应用于拨号连接、DSL、V*N 等场景，支持多种网络层协议（如 IP、IPX）的封装和传输
ICMP协议
ICMP（Internet Control Message Protocol，互联网控制消息协议）是 TCP/IP 协议族中的一种网络层协议，用于在 IP 网络中传递控制消息和错误报告
ICMP 主要用于诊断网络问题、检测网络可达性和报告错误条件
ICMP 是网络管理和故障排除的重要工具，常见的工具如 ping 和 traceroute 都依赖于 ICMP
IGMP协议
IGMP（Internet Group Management Protocol，互联网组管理协议）是一种用于管理 IP 组播组成员关系的协议
IGMP 运行在主机和与其直接相连的路由器之间，用于支持 IP 组播通信
GGP协议
GGP（Gateway-to-Gateway Protocol，网关到网关协议）是一种早期的路由协议，用于在互联网的核心路由器之间交换路由信息
GGP 是 ARPANET（现代互联网的前身）中最早使用的路由协议之一，主要用于在网关（即路由器）之间动态学习和传播路由信息
MCP协议
MCP（Model Context Protocol，模型上下文协议）是一种开放协议，旨在实现 大型语言模型（LLM） 应用与外部数据源、工具和服务之间的无缝集成，类似于网络中的 HTTP 协议或邮件中的 SMTP 协议
MCP 协议通过标准化模型与外部资源的交互方式，提升 LLM 应用的功能性、灵活性和可扩展性
参考：