网络协议

基于TCP的应用层协议

POP3（Post Office Protocol 3）：

• 用于支持客户端远程管理服务器上的电子邮件。
• 它支持**“离线”邮件处理**，即邮件发送到服务器上后，一旦邮件被POP3客户端下载到本地计算机，邮件服务器上的邮件通常会被标记为已读或删除（具体取决于服务器的配置和客户端的设置），在本地修改邮件后不会同步到服务器。

IMAP：

• 大致同理POP3，但需注意IMAP支持双向通信，允许在多个客户端之间同步邮件的更改。

FTP（File Transfer Protocol）：

• 用于文件在客户端和服务器之间的传输。
• FTP默认使用TCP端口20（用于数据传输）和21（用于传输控制信息）。

SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）：

• 用于传输电子邮件的协议，处理邮件的发送和接收请求

HTTP（Hypertext Transfer Protocol）：

• 用于在万维网（WWW）上传输超文本。
• HTTP协议不对请求和响应之间的通信状态进行保存，每次连接只处理一个请求，处理完毕后立即断开连接。

Telnet：

• 用于在Internet或局域网内提供一个双向的、交互式的文本命令行界面。

基于UDP的应用层协议

DHCP（动态主机配置协议）：

• 用于自动分配IP地址和其他网络参数（如子网掩码、网关、DNS等）给局域网中的计算机。

TFTP（Trivial File Transfer Protocol）：

• 一种简单、轻量级的文件传输协议。相较于FTP等复杂的文件传输协议，TFTP的设计目标是简洁、轻量级，适用于资源有限的嵌入式系统等场景。

SNMP（简单网络管理协议）：

• 监视网络状态、修改网络设备配置、接收网络事件警告等，有助于提高网络管理效率，及时发现和解决网络问题。

DNS（域名系统）：

• DNS是一个分布式数据库系统，用于将人类可读的域名转换为机器可读的IP地址。
• DNS的主要功能是提供域名解析服务，允许终端用户设备将给定的URL转换为网络可以理解的IP地址。
• DNS定义了两种报文：查询报文和响应报文，用于在客户端和DNS服务器之间进行通信。

需要注意的是，UDP的应用层协议通常需要自己实现一些避免丢包的机制，因为UDP本身并不提供数据包的确认、排序或重传等可靠性保障。

相较于TCP（传输控制协议），UDP（用户数据报协议）的优势主要体现在以下几个方面：

1. 高效性：UDP协议无需建立连接，因此没有连接建立、维护和拆除的开销，这使得数据传输速度更快，吞吐效率更高。在实时性要求较高的应用中，如在线游戏、视频流传输等，UDP具有显著优势。
2. 简单性：UDP协议架构简单，报文首部短，传输开销小。这使得UDP协议易于实现和使用，对系统资源的占用也较少。
3. 支持广播和多播：UDP协议支持一对多的通信方式，即广播和多播。这使得UDP在需要向多个接收者发送数据的场景中表现出色，如网络会议、群组通信等。（TCP不支持）
4. 实时性：由于UDP无需等待接收方的确认信息，因此具有较低的延迟。在一些对实时性要求较高的应用中，如在线游戏、实时音视频传输等，UDP的实时性优势尤为明显。

数据链路层协议

ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）用于将IP地址解析为MAC地址的协议。

• ARP请求报文（ARP request）：

  • 当一台计算机想要与另一台计算机通信时，它知道对方的IP地址，但不知道对方的MAC地址。此时，该计算机会发送一个ARP请求报文，询问网络中哪台计算机的IP地址与它想要通信的IP地址相匹配。
  • 由于发送ARP请求报文的计算机不知道目标计算机的MAC地址，因此它只能以广播的形式发送ARP请求报文。广播帧的目的地址是所有计算机的物理地址，所以网络中的所有计算机都会收到这个请求。
  • 这样做的目的是确保目标计算机能够接收到ARP请求，并回应其MAC地址。

• ARP响应报文（ARP response）：

  • 当网络中的某台计算机接收到ARP请求报文后，它会检查请求中的IP地址是否与其自身的IP地址相匹配。
  • 如果IP地址匹配，该计算机会发送一个ARP响应报文，其中包含其MAC地址信息，以回应发送ARP请求报文的计算机。
  • 与ARP请求报文不同，ARP响应报文是以单播的形式发送的，即只发送给发送ARP请求报文的计算机。这是因为此时目标计算机的MAC地址已知，可以直接进行点对点的通信。

IP地址和MAC地址的区别

1. 地址长度和表示方式：
   • IP地址：长度为32位，通常表示为4个用点分隔的8位组（即4个字节），例如“192.168.0.1”。这种表示方式称为点分十进制格式。
   • MAC地址：长度为48位（6个字节），通常表示为12个16进制数，每两个16进制数之间用冒号或连字符隔开，例如“00:50:29:5A:8H:1E”或“00-16-EA-AE-3C-40”。
2. 所在寻址协议层：
   • IP地址：应用于OSI（开放系统互连）模型的第三层，即网络层。它用于标识网络上的设备或主机，是网络层协议进行路由选择的基础。
   • MAC地址：应用于OSI模型的第二层，即数据链路层。它用于在网络中唯一标识一个网卡，是数据链路层协议进行数据传递的基础。
3. 性质和用途：
   • IP地址：是逻辑地址，具有分级层次、可变性、全局唯一性和有序性等特点。它可以根据层级结构来分配，包含网络号和主机号两个部分，并可以分为A、B、C、D等类别。IP地址的作用是在网络中标识主机或设备，保证数据在网络中的传输。
   • MAC地址：是物理地址，也称为硬件地址或局域网地址。它由网络设备制造商生产时烧录在网卡上，具有全球唯一性（除非用户自行更改）。MAC地址用于在网络中唯一标识一个网卡，确保数据能够准确地从一台设备传输到另一台设备。
4. 工作原理：
   • IP地址：在数据传输过程中，网络层协议根据目的IP地址选择路由，将数据从一个网络传递到另一个网络。在IP层以下的协议（如ARP）会根据目的IP地址找到中间节点的MAC地址，并通过中间节点将数据传送到目的网络。
   • MAC地址：在数据传输过程中，数据链路层协议根据MAC地址将数据从一个节点传递到相同链路的另一个节点上。当数据包从初始节点开始传输时，会首先根据目标节点的IP地址映射到中间节点的MAC地址，然后通过中间节点将数据传送到下一个节点，以此类推，直到最终到达目标节点。

总结：IP地址用于标识网络上的设备或主机，是网络层协议进行路由选择的基础；而MAC地址用于在网络中唯一标识一个网卡，是数据链路层协议进行数据传递的基础。