Linux:网络编程之TCP/IP模型，UDP协议

一、OSI模型七层结构

  OSI（Open Systems Interconnection）模型，即开放系统互连参考模型，是一个概念性框架，用于促进全球通信。它定义了网络通信的七层结构，每一层都执行特定的功能，并且每一层都使用下一层提供的服务，同时向它的上一层提供服务。这七层从下到上依次是：

1. 物理层（Physical Layer）
   • 功能：定义物理设备之间如何传输原始比特流（0和1）。它定义了物理连接的特性，如电气规范、机械特性、功能和过程特性等。例如，以太网和光纤都是物理层的实现。
   • 例子：双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波等物理传输介质；传输速率如100Mb/s、1Gb/s、10Gb/s等。
2. 数据链路层（Data Link Layer）
   • 功能：数据链路层在物理层之上，负责将原始的比特流封装成帧（Frame），并提供错误检测和修正功能，确保数据的可靠传输。这一层还负责在物理网络中识别设备地址（如MAC地址）。
   • 例子：以太网（Ethernet）、帧中继（Frame Relay）、PPP（点对点协议）等；交换机工作在数据链路层。
3. 网络层（Network Layer）
   • 功能：负责将数据包（Packet）从源端传输到目的端，可能跨越多个网络。
   • 例子：IP（Internet Protocol）协议；路由选择、流量控制、错误处理以及网络互联等功能；NAT（网络地址转换）也是网络层的一个功能。
4. 传输层（Transport Layer）
   • 功能：为端到端的通信提供可靠的传输服务，确保数据包的顺序传输和完整性。
   • 例子：TCP（传输控制协议，提供面向连接的、可靠的传输服务）和UDP（用户数据报协议，提供无连接的、不可靠的传输服务，低延迟）。
5. 会话层（Session Layer）
   • 功能：在两个通信的应用进程之间建立、管理和终止会话，管理通信双方之间的对话控制。
   • 例子：会话管理，如建立检查点、同步等；虽然具体协议不如低层那么知名，但它负责在网络应用之间建立和维护连接。
6. 表示层（Presentation Layer）
   • 功能：对数据进行转换、加密和压缩，以便在应用层之间传输。
   • 例子：数据压缩（如gzip）、加密/解密（如SSL/TLS中的加密）、数据格式转换（如ASCII与EBCDIC之间的转换）。
7. 应用层（Application Layer）
   • 功能：为用户的应用程序（如Web浏览器、电子邮件客户端等）提供网络服务。
   • 例子：HTTP（用于Web通信）、FTP（文件传输协议）、SMTP（简单邮件传输协议）、TFTP（简单文件传输协议）、DNS（域名系统）等。

• NAT（网络地址转换） 是网络层的一个功能，用于解决IPv4地址不足的问题，通过在网络边界将私有IP地址转换为公网IP地址。

OSI模型为网络通信提供了一个标准化的框架，尽管在实际应用中，TCP/IP协议栈（包含四层：网络接口层、网络层、传输层和应用层）更为广泛地被采用。然而，OSI模型仍然是理解网络通信原理的重要基础。

二、TCP/IP模型  

网际互联模型   ==》分为4层：
      实用模型  ===》工业标准
   也称tcp/ip协议栈
        

1. 应用层（Application Layer）

• 职责：提供网络服务给最终用户，支持各种应用程序，如电子邮件、网页浏览、文件传输等。
• 协议：HTTP（用于网页浏览）、FTP（文件传输协议）、SMTP（简单邮件传输协议）、DNS（域名系统）等。
• 特点：应用层是TCP/IP协议栈中的最高层，为应用程序提供了接口，允许用户直接访问和使用网络服务。

2. 传输层（Transport Layer）

• 职责：提供端到端的数据传输服务，确保数据的可靠性、顺序性和流量控制。
• 协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。
• 特点：TCP协议提供可靠的、面向连接的数据传输服务，通过“三次握手”建立连接；UDP协议则提供无连接的数据传输服务，不保证数据的可靠性，但速度较快。

3. 网络层（Network Layer）

• 职责：处理来自传输层的分组，将分组封装成数据包（IP数据包），并为数据包进行路径选择，最终将数据包从源主机发送到目的主机。
• 协议：IP（网际协议）、ICMP（互联网控制消息协议）、IGMP（互联网组管理协议）、ARP（地址解析协议）等。
• 特点：网络层负责数据包的路由和转发，确保数据包能够跨越不同的网络区域，从源主机准确地到达目的主机。

4. 接口层（Interface Layer，也称为网络接口层或数据链路层）

• 职责：负责将数据包从物理介质发送到网络上的其他设备，处理物理地址（MAC地址）和数据帧的格式。
• 协议：以太网、WiFi、PPP（点对点协议）等。
• 特点：接口层是TCP/IP模型中最底层的一层，它直接与物理网络相连，负责数据的实际传输过程。它使用各种物理网络协议来确保数据帧在物理介质上的可靠传输。

TCP/IP协议与七层ISO模型的对应关系，大致如下图所示：

                    图：TCP/IP协议与七层ISO模型的对应关系​​​​​​​

DHCP（Dynamic