TCP/IPプロトコルスタックモデルの分析

標準 TCP/IP プロトコルは、通常 TCP/IP プロトコルスタックと呼ばれるコンピュータ通信に使用される一連のプロトコルであり、これに基づくインターネットは現在世界最大のコンピュータネットワークです。インターネットの幅広い応用により、TCP/IP は事実上のネットワーク標準になりました。

2. OSI 7層モデルとTCP/IPプロトコルモデルの対応。

TCP/IPとは:

TCP/IP は、ネットワーク通信用のプロトコルのセットまたはシステムです。TCP/IP プロトコルモデルは、OSI モデルによって 7 つの層に分割されます。しかし実際には、一般的に私たちが話しているのは 4 層の TCP/IP プロトコルスタックのことです。

OSI 7 層モデル

OSI の 7 層プロトコルモデルは主に、アプリケーション層 (Application)、プレゼンテーション層 (Presentation)、セッション層 (Session)、トランスポート層 (Transport)、ネットワーク層 (Network)、データリンク層 (Data Link)、物理層です。 (物理的)。

OSIモデル VSTCP/IPモデル

データのカプセル化解除プロセス

3. 各層に対応するプロトコルは何ですか?

アプリケーション層:

アプリケーション層は、アプリケーションソフトウェアにインターフェイスを提供し、アプリケーションがネットワークサービスを使用できるようにします。アプリケーション層プロトコルは、対応するトランスポート層プロトコルとトランスポート層で使用されるポートを指定します。

アプリケーション層のPDUはData(データ)と呼ばれます。

アプリケーション層

（データ）

HTTP80（TCP）

ハイパーテキスト転送プロトコル、Web ブラウジングサービスを提供

Telnet23（TCP）

リモートログインプロトコル、リモート管理サービスを提供

FTP20、21（TCP）

ファイル転送プロトコル、インターネットファイルリソース共有サービスを提供

SMTP25（TCP）

Simple Mail Transfer Protocol（簡易メール転送プロトコル）。インターネット電子メールサービスを提供します。

TFTP69（UDP）

シンプルファイル転送プロトコル。シンプルなファイル転送サービスを提供します。

トランスポート層:

TCP: IETF の RFC 793 によって定義された、コネクション指向の信頼性の高いトランスポート層通信プロトコル。

UDP: IETF の RFC 768 によって定義された単純なコネクションレス型トランスポート層プロトコル。

ネットワーク層:

トランスポート層はホスト間のプロセス間接続の確立を担当し、ネットワーク層はあるホストから別のホストへのデータ転送を担当します。

ネットワーク層の PDU はパケットと呼ばれます。

インターネット層とも呼ばれるネットワーク層は、送信元ホストから宛先ホストへのパケットの送信を担当します。

ネットワーク層の役割:

ネットワーク内のデバイスに論理アドレスを提供します。
データパケットのルーティングと転送を担当します。
IPV4、IPV6、ICMP、IGMP などの一般的なプロトコル

データリンク層:

データリンク層はネットワーク層と物理層の間に位置し、ネットワーク層の IP や IPv6 などのプロトコルにサービスを提供できます。データリンク層のPDUはFrame(フレーム)と呼ばれます。

イーサネット (イーサネット) は、最も一般的なデータリンク層プロトコルです。

データリンク層は、ネットワーク層と物理層の間に位置します。

データリンク層は、ネットワーク層に「セグメント内通信」を提供します。
フレーミング、物理アドレス指定、エラー制御およびその他の機能を担当します。
一般的なデータリンク層プロトコルには、イーサネット、PPPoE、PPP などが含まれます。

物理層:

データが物理層に到達すると、物理層はデジタル信号をさまざまな物理メディアに応じた光信号、電気信号、または電磁波信号に変換します。

物理層のＰＤＵはビットストリーム（Bitstream）と呼ばれる。

物理層はモデルの下部にあります。

メディア上のビットストリームの送信を担当します。
ケーブル、ピン、電圧、インターフェイスなどの物理的特性の仕様。
一般的な伝送媒体は、ツイストペア、光ファイバー、電磁波などです。

4. TCP/UDP プロトコルの違いと適用シナリオは何ですか?

違い：

1. TCP はコネクション指向であり、UDP はコネクションレス指向です。

2. TCP は信頼性の高いサービスを提供します。つまり、TCP 接続を介して送信されるデータにはエラーがなく、失われず、繰り返されず、オンデマンドで到着しますが、 UDP は配信に最善を尽くしますが、信頼性の高い配信は保証されません。TCP は、チェックサム、再送制御、シリアル番号識別、スライディングウィンドウ、確認応答により、信頼性の高い伝送を実現します。パケットロス時の再送制御や順序が狂ったサブパッケージの順序制御なども制御可能です。

TCP はデータの正確性を保証しますが、UDP はパケットを失う可能性があります
TCP はデータの順序を保証しますが、UDP は保証しません

3. UDPはTCPに比べてリアルタイム性が高く、作業効率が高いため、高速伝送やリアルタイム通信、ブロードキャスト通信に適しています。

TCP データ送信は遅い、UDP データ送信は速い

4. 各 TCP 接続はポイントツーポイントのみであり、UDP は1 対 1、1対多、多対 1、および多対多の対話型通信をサポートします。

5. TCP はシステムリソースに関する要件が多く、UDP はシステムリソースに関する要件が少ないです。

6. TCP はバイト指向であり、UDP はデータグラムベースです。

アプリケーションシナリオ

UDP の主なアプリケーションシナリオ:

リソースが少なくネットワーク状態が安定しているイントラネット、またはパケット損失の影響を受けにくいアプリケーション(DHCP など) は UDP プロトコルに基づいています。
1対1の通信や接続確立は必要なく、ブロードキャストできるアプリケーションです。接続指向ではないため、1 対多のブロードキャストプロトコルまたはマルチキャストプロトコルを実装できます。
処理速度は速く、パケットロスは許容されますが、ネットワークが混雑しても縮むことなく前進します。

UDP に基づくいくつかの例

ライブ。ライブストリーミングには比較的高いリアルタイム要件があり、パケット損失はフリーズするよりは良いため、多くのライブストリーミングアプリケーションは UDP に基づいた独自のビデオ送信プロトコルを実装しています。
リアルタイムゲーム。このゲームは高いリアルタイムパフォーマンスも特徴であり、この場合、信頼性の高いカスタムの UDP プロトコルとカスタムの再送信戦略を使用することで、遅延を最小限に抑え、ネットワークの問題によるゲームへの影響を軽減できます。
モノのインターネット。一方で、モノのインターネットの分野では割り込みリソースがほとんどなく、小規模な組み込みシステムを認識することが可能であり、TCP プロトコルの維持コストが高すぎる一方で、モノのインターネットはリアルタイム。たとえば、Google の Nest 履歴書 Thread Group は、UDP プロトコルに基づくモノのインターネット通信プロトコル Thread を開始しました。
マルチメディアデータフローなどの多くのアプリケーションは UDP のみをサポートしており、追加のデータは生成せず、破損したパケットがあることがわかっていても再送信しません。
ビデオチャット

TCP の主なアプリケーションシナリオ

テキスト送信など、高いデータ送信信頼性が求められるシーンに適用します。
インターネットおよびエンタープライズオンラインクライアントアプリケーションの場合、データ伝送パフォーマンスは、データ伝送の整合性、制御性、および信頼性に優先されます。
メッセージの送信やファイル転送の場面では、送信したメッセージが失われないようにする必要があります。

5. TCP/UDP プロトコルスイートにはどのプロトコルが含まれていますか?

TCP プロトコル上で実行されるプロトコル:

HTTP プロトコル: 通常のブラウジングに使用されるハイパーテキスト転送プロトコル
HTTPS プロトコル: 安全なハイパーテキスト転送プロトコル、SSL コートの HTTP プロトコル
FTP プロトコル: ファイル転送に使用されるファイル転送プロトコル
POP3 プロトコル: メールの受信に使用されるポストオフィスプロトコル
SMTP プロトコル: 電子メールの送信に使用される簡易メール転送プロトコル
Telent プロトコル: リモートログインプロトコル、端末経由でネットワークにログインします。
SSH プロトコル: セキュアシェルプロトコル。暗号化された安全なログインに使用され、安全性の低い Telent プロトコルを置き換えます。

UDP プロトコル上で実行されるプロトコル:

DHCP プロトコル: 動的ホスト構成プロトコル、動的に IP アドレスを構成します
NTP プロトコル: ネットワーク時刻同期に使用されるネットワークタイムプロトコル
BOOTP プロトコル: DHCP プロトコルの前身であるブートストラッププロトコル。ディスクレスワークステーションが中央サーバーから IP アドレスを取得するために使用されます。

6. 既知のプロトコルに対応するポート番号は何ですか?

データリンクと IP のアドレスは、それぞれ MAC アドレスと IP アドレスを指します。前者は同じリンク内の異なるコンピュータを識別するために使用され、後者は TCP/IP ネットワーク内で相互接続されたホストとルーターを識別するために使用されます。トランスポート層のアドレス、つまりポート番号と似た概念もあります。ポート番号は、同じコンピュータ上で通信するさまざまなアプリケーションを識別するために使用されます。したがって、プログラムアドレスとも呼ばれます。この問題は、主に以下の一般的に使用されるプロトコルのポート番号です。