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软件工程师面试: TCP/IP协议是什么?


最近,在面试第一轮抖音(字节跳动)的伦敦职位(Site Reliability Engineer),被问到了这个问题:TCP/IP协议是什么?这个是考基本功,是每个软件工程师都要会的。

TCP/IP(传输控制协议/互联网协议)是一组网络协议,管理数据如何通过互联网和其他网络传输。它是互联网的基本通信模型,由两个主要层组成:

互联网协议 (IP)

IP 负责将数据包从源地址路由到目标地址。它工作在 OSI 模型的网络层。

  • IP 地址:互联网中的每个设备都被分配了一个唯一的 IP 地址,用于标识数据包的发送者和接收者。
  • 数据包路由:IP 将数据分成多个包,并通过不同的网络将其路由到目标地址。
  • 版本:IP 主要有两个版本:IPv4(32位地址)和 IPv6(128位地址)。

传输控制协议 (TCP)

TCP 负责确保设备之间数据传输的可靠性。它工作在 OSI 模型的传输层。

  • 面向连接:TCP 在传输数据之前会在发送方和接收方之间建立连接。
  • 数据完整性:TCP 通过确认、序列号和错误检查等机制,确保数据包按顺序无误地到达。
  • 流量控制:TCP 通过滑动窗口管理数据流,防止接收方超载。

TCP/IP 协同工作原理

  • 应用数据:应用层将数据(例如网页、电子邮件)发送到传输层(TCP)。
  • TCP 层:TCP 将数据分段,添加序列号和错误检查信息,并将其发送到 IP 层。
  • IP 层:IP 层将 TCP 段封装成 IP 包,附上源和目标 IP 地址,并通过各种网络路由数据包。
  • 接收端:在目标设备上,IP 层将数据包交给 TCP,TCP 重新排列并验证数据的完整性,然后将其传递给应用层。

TCP/IP 套件中的其他协议

  • UDP(用户数据报协议):一种无连接、速度更快的 TCP 替代方案,常用于视频流、在线游戏等实时通信。
  • HTTP/HTTPS(超文本传输协议):用于网络通信的应用层协议。
  • DNS(域名系统):将域名解析为 IP 地址。

TCP/IP 确保数据在网络间高效传输,保持可靠性、地址分配和路由,同时遵循互联网的基本通信原则。

TCP/IP 通常被描述为一个四层模型,但有时它可以与 OSI 模型(七层)进行比较。

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TCP/IP 4层协议和OSI的7层协议的比较

TCP/IP 四层模型

TCP/IP 模型简化为四层,旨在反映协议在现实网络中的工作方式。

应用层

这一层对应于 OSI 模型的前三层(应用层、表示层和会话层)。它包括 HTTP、HTTPS、FTP、DNS 和 SMTP 等协议。

传输层

负责设备之间的可靠通信。运行于这一层的协议包括 TCP(传输控制协议)和 UDP(用户数据报协议)。

互联网层

处理跨网络的数据包路由,类似于 OSI 的网络层。该层包含 IP(互联网协议),用于地址分配和数据包路由。

网络接口层(或链路层)

这一层负责物理网络(如以太网、Wi-Fi)和互联网层之间的数据传输。它对应于 OSI 的数据链路层和物理层。

OSI 七层模型

OSI(开放系统互联)模型更加细致,将网络功能分为七个层次。

  • 物理层(如电缆、交换机)
  • 数据链路层(如 MAC 地址、以太网)
  • 网络层(如 IP 路由)
  • 传输层(如 TCP、UDP)
  • 会话层(如管理应用之间的会话)
  • 表示层(如加密、数据格式转换)
  • 应用层(如 HTTP、FTP)

主要区别:TCP/IP vs OSI

TCP/IP 将一些功能合并为更少的层次(四层),反映了它在互联网通信中的实际应用。

OSI 是一个更加详细的概念模型(七层),主要用于教学和理论理解。

总结来说,TCP/IP 通常被认为是四层模型,而 OSI 模型则是七层模型。

英文:What is TCP/IP (4 Layer vs OSI 7 Layer)?

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