软件工程师面试: TCP/IP协议是什么?

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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。

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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