TCP/IP 模型每层的封装格式

TCP/IP 模型是一个四层网络架构，每一层在数据传输时都会对数据进行封装，添加相应的头部（和尾部）信息。以下是各层的封装格式及关键字段说明：

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1. 应用层（Application Layer）

• 封装格式：取决于具体应用协议（如 HTTP、FTP、DNS、SMTP 等）。

• 示例：

  • HTTP 请求：

    GET /index.html HTTP/1.1
    Host: www.example.com
    User-Agent: Mozilla/5.0
    

  • DNS 查询：
    包含查询域名、记录类型（A、AAAA、MX 等）和事务 ID。

• 作用：定义数据内容和应用交互规则。

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2. 传输层（Transport Layer）

• 协议：TCP 或 UDP。
• 封装格式：
  • TCP 段（Segment）：

    | 源端口 (16 bits) | 目的端口 (16 bits) |
    | 序列号 (32 bits)                 |
    | 确认号 (32 bits)                 |
    | 头部长度 | 保留 | 控制标志 (SYN/ACK/FIN等) | 窗口大小 (16 bits) |
    | 校验和 (16 bits) | 紧急指针 (16 bits)     |
    | 选项 (可选)                       |
    | 数据 (应用层数据)                 |
    

  • UDP 数据报（Datagram）：

    | 源端口 (16 bits) | 目的端口 (16 bits) |
    | 长度 (16 bits)   | 校验和 (16 bits)    |
    | 数据 (应用层数据)                 |
    

• 关键字段：
  • 端口号：标识应用进程（如 80 用于 HTTP）。
  • TCP 特有：序列号、确认号、控制标志（可靠传输）。
  • UDP 更简单，无连接和可靠性保证。

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3. 网络层（Internet Layer）

• 协议：IP（IPv4 或 IPv6）。
• 封装格式（IPv4 数据包）：

  | 版本 (4 bits) | 头部长度 (4 bits) | 服务类型 (8 bits) | 总长度 (16 bits)      |
  | 标识 (16 bits)                | 标志 (3 bits) | 片偏移 (13 bits)    |
  | 生存时间 TTL (8 bits) | 协议 (8 bits, e.g., TCP=6, UDP=17) | 头部校验和 (16 bits) |
  | 源 IP 地址 (32 bits)                                           |
  | 目的 IP 地址 (32 bits)                                         |
  | 选项 (可选)                                                    |
  | 数据 (传输层段)                                                |
  

• 关键字段：
  • 源/目的 IP 地址：标识主机。
  • 协议字段：指示上层协议（TCP/UDP）。
  • TTL：防止数据包无限循环。

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4. 网络接口层（Link Layer）

• 协议：以太网（Ethernet）、Wi-Fi（802.11）、PPP 等。
• 封装格式（以太网帧）：

  | 前导码 (7 bytes) | 帧开始符 (1 byte) |
  | 目的 MAC 地址 (6 bytes) | 源 MAC 地址 (6 bytes) |
  | 类型 (2 bytes, e.g., IPv4=0x0800, ARP=0x0806)                  |
  | 数据 (IP 数据包)                                               |
  | 帧校验序列 FCS (4 bytes, CRC校验)                              |
  

• 关键字段：
  • MAC 地址：标识本地网络中的设备。
  • 类型字段：指示上层协议（如 IPv4 或 ARP）。
  • FCS：错误检测。

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完整封装流程示例（HTTP over TCP/IP）

1. 应用层：HTTP 请求 → 添加 HTTP 头部。
2. 传输层：将 HTTP 数据封装为 TCP 段 → 添加源/目的端口、序列号等。
3. 网络层：将 TCP 段封装为 IP 数据包 → 添加源/目的 IP 地址。
4. 链路层：将 IP 数据包封装为以太网帧 → 添加源/目的 MAC 地址和 FCS。

最终数据通过物理介质（如网线）传输，接收方逐层解封装。

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关键点总结

• 分层封装：每层添加自己的头部，形成“洋葱式”结构。
• 协议标识：
  • 链路层通过类型字段标识网络层协议（如 IPv4）。
  • 网络层通过协议字段标识传输层协议（如 TCP）。
  • 传输层通过端口号标识应用层协议（如 HTTP 的 80 端口）。
• MTU 限制：链路层帧大小有限（如以太网默认 1500 字节），超长的 IP 数据包会被分片。