【面试必备】TCP/IP协议、HTTP协议和FTP协议的详细介绍

一、常见的网络协议

常见的网络协议主要包括TCP/IP协议、HTTP协议、FTP协议等。

二、TCP/IP协议

TCP/IP协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）是互联网最基础的协议，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。

TCP/IP定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准，是Internet国际互联网络的基础。

TCP/IP协议的工作原理主要基于数据分割、封装成报文、IP寻址和路由选择以及数据传输等步骤。在发送数据时，发送方会根据应用层传输的数据，将数据分割成适当大小的数据段，并封装成包含发送方和接收方IP地址、端口号等必要信息的报文。然后，通过IP寻址和路由选择，将报文发送到目标主机。接收方在收到报文后，会进行相应的处理，还原数据并校验其完整性。

TCP负责发现传输的问题，并在发现差错时要求重新传输，直到所有数据都安全正确地传输到目的地。而IP则负责给因特网的每一台联网设备规定一个地址。这种分层结构和各种协议协同工作的方式，使得TCP/IP协议能够高效、可靠地处理网络通信。

TCP/IP协议是计算机网络通信中的核心，它确保了数据的准确传输和网络的稳定运行，为各种互联网应用提供了坚实的基础。

1、TCP/IP协议模型被划分为四个层次

网络接口层、网络层、传输层和应用层。这四个层次从底层到高层，每一层都负责不同的功能，共同实现网络通信。

• 网络接口层（或称为链路层）： 这是TCP/IP协议栈的最低层，负责接收IP数据报，并发送到指定的网络上。它还处理数据帧的发送和接收，包括数据的封装和解封装，以及物理地址（如MAC地址）的解析。网络接口层通常与特定的硬件和网络技术（如以太网、WiFi等）紧密相关。
• 网络层： 网络层负责将数据包（IP数据报）从源主机路由到目标主机。它处理IP地址的解析和路由选择，确保数据包能够正确地到达目的地。网络层的主要协议是IP（Internet Protocol），它定义了数据包的格式和如何在网络上传输这些数据包。此外，ICMP（Internet Control Message Protocol）和其他协议也在这一层起作用，用于网络控制和错误报告。
• 传输层： 传输层负责在源主机和目标主机之间建立、管理和终止会话。它提供了可靠的数据传输服务（如TCP）或不可靠的数据报服务（如UDP）。TCP提供了数据包的排序、确认和重传机制，确保数据的完整性和可靠性；而UDP则是一种无连接的协议，不保证数据的可靠性，但通常具有更低的延迟和更高的吞吐量。
• 应用层： 应用层是TCP/IP协议栈的最高层，负责处理特定的应用程序细节。它定义了各种应用协议，如HTTP（用于Web浏览）、FTP（用于文件传输）、SMTP（用于电子邮件）等。这些协议规定了应用程序如何发送和接收数据，以及数据的格式和含义。

这四个层次协同工作，共同实现了TCP/IP网络中的通信。每一层都使用下一层提供的服务，并向上一层提供服务。这种分层结构使得TCP/IP协议栈具有高度的灵活性和可扩展性，能够适应各种不同的网络环境和应用需求。

2、TCP/IP五层模型

应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。

• 应用层： 所有用户所面向的应用程序的统称，如HTTP、FTP等协议都工作在这一层。
• 传输层： 实现端到端的数据传输，主要协议有TCP和UDP。TCP提供可靠的数据传输服务，而UDP则是一种无连接的协议。
• 网络层： 实现数据包在不同网络之间的传输，主要定义了IP地址格式，使用IP协议进行路由选择和转发。
• 数据链路层（或称为网络接口层）： 负责接收IP数据包并通过网络发送，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报交给IP层。
• 物理层： 将比特流转换为物理信号，并通过电缆、光纤等物理媒介进行传输。

3、TCP/IP七层模型

TCP/IP七层模型则更为详细，包括：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。在五层模型中，表示层和会话层的功能已经合并到了应用层。

• 应用层： 网络服务与最终用户的一个接口，如HTTP、FTP、SMTP等协议。
• 表示层： 数据的表示、安全、压缩，涉及格式如JPEG、ASCII、加密格式等。
• 会话层： 建立、管理、终止会话，对应主机进程之间的会话。
• 传输层、网络层、数据链路层和物理层的功能与五层模型中的相应层次相同。
• 传输层： 实现端到端的数据传输，主要协议有TCP和UDP。TCP提供可靠的数据传输服务，而UDP则是一种无连接的协议。
• 网络层： 实现数据包在不同网络之间的传输，主要定义了IP地址格式，使用IP协议进行路由选择和转发。
• 数据链路层（或称为网络接口层）： 负责接收IP数据包并通过网络发送，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报交给IP层。
• 物理层： 将比特流转换为物理信号，并通过电缆、光纤等物理媒介进行传输。

TCP/IP协议的四层模型，五层模型和七层模型都是对网络通信过程的一种抽象描述，帮助人们更好地理解和管理网络通信。

三、FTP网络协议

FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）是用于在网络上进行文件传输的一套标准协议。它工作在OSI模型的第七层，即应用层，并使用TCP传输而不是UDP。在客户与服务器建立连接前，需要经过一个“三次握手”的过程，确保客户与服务器之间的连接是可靠的，并且是面向连接的，为数据传输提供可靠保证。

FTP允许用户以文件操作的方式（如文件的增、删、改、查、传送等）与另一主机相互通信。用户并不真正登录到自己想要存取的计算机上成为完全用户，而是可以用FTP程序访问远程资源，实现用户往返传输文件、目录管理以及访问电子邮件等，即使双方计算机可能配有不同的操作系统和文件存储方式。

FTP的工作原理主要包括客户端连接到FTP服务器、建立控制连接、用户身份验证、传输模式选择和执行文件传输等步骤。其中，传输模式可以是主动模式或被动模式，由服务器决定。在文件传输期间，数据连接用于在客户端和服务器之间传输文件数据。

FTP协议具有多种适用场合，包括传输大文件、网站维护、远程备份、多人协作以及跨平台传输等。例如，FTP可以快速传输大文件，支持断点续传，节省时间和成本；同时，它也可以方便地用于网站文件的上传、下载和目录结构维护；此外，FTP还可以作为远程备份工具，保障数据的安全性，并支持压缩和加密功能进一步提高备份数据的安全性。

FTP网络协议在网络文件传输中发挥着重要的作用，其可靠性和灵活性使得它在各种场合中得到了广泛的应用。

四、Http网络协议

1、Http网络协议简介

HTTP网络协议（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是一种用于在计算机网络上传输超文本的协议。它属于应用层协议，工作于客户端-服务器架构之上，通过请求-响应模式进行通信。

在基于B/S结构下互联网通信过程中，所有在网络中传递信息都是保存在Http网络协议包。

• 支持客户/服务器模式。
• 网络中传递信息都是二进制。
• 简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。
• 灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象，正在传输的类型由Content-Type加以标记。
• 网络协议包有一组有规律的二进制数据得到相关信息。0000（IP地址）、0000（端口号）、0000（资源文件名）0000，共16位。
• 无连接：HTTP协议不需要在客户端和服务器之间建立持久的连接，每次请求完成后就会关闭连接，减少了网络开销。
• 无状态：HTTP协议对事务的处理没有记忆能力，每次请求都需要提供完整的请求信息，服务器不会记住之前发生的请求和响应。
• 面向对象：HTTP协议可以传输任何类型的数据对象，包括HTML页面、图像、视频、音频和其他类型的文件。
• 无阻塞：HTTP协议不会限制客户端的请求数量和大小，使得服务器可以处理大量的请求。
• 可缓存：HTTP协议允许客户端缓存服务器响应的内容，以提高响应速度和减少网络流量。

在Web应用中，HTTP协议扮演着至关重要的角色。它是数据的传输协议，无论是桌面端的浏览器还是移动端的应用程序，HTTP都用于在Web浏览器和Web服务器之间传输HTML页面、API接口等动态和静态资源文件。此外，HTTP协议在API接口设计中也发挥着重要作用，它使得不同语言、不同框架的应用程序在接口层面得到统一，方便数据的交互与共享。

2、Http网络协议的内容

Http网络协议的内容分为：HTTP请求协议包和HTTP响应协议包。HTTP请求协议包和HTTP响应协议包是HTTP网络协议中的两个重要组成部分。它们分别负责向服务器发送请求和从服务器接收响应。

HTTP请求协议包：

• 在浏览器准备发送请求时，负责创建一个HTTP请求协议包。浏览器将请求信息以二进制形式保存在Http请求协议包各个空间，由浏览器负责将HTTP请求协议包推送到指定服务端计算机。

HTTP响应协议包：

• HTTP服务器在定位到被访问的资源文件之后，负责创建一个HTTP响应协议包。HTTP服务器将定位文件内容或者文件命令以二进制形式写入到HTTP响应协议包各个空间，由Http服务器负责将HTTP响应协议包推送回发起请求的浏览器上。

3、HTTP请求协议包组成

• 请求行： 包含请求方法（如GET、POST等）、请求URL（不包括域名）以及HTTP协议版本等信息。请求方法指定了客户端希望执行的操作，如获取资源、提交数据等。
• 请求头： 包含了关于请求的附加信息，如客户端的类型、请求的来源、所接受的响应类型等。这些信息有助于服务器更好地理解请求，并作出相应的响应。
• 空行： 用来分隔请求头和请求体。
• 请求体： 包含了客户端发送给服务器的实际数据，例如表单数据、文件内容等。不是所有的请求都需要请求体，例如GET请求通常不包含请求体。
  

4、HTTP响应协议包组成

• 状态行： 包含HTTP协议版本、状态码以及状态描述。状态码是一个三位数字，用于表示请求的处理结果，如200表示成功，404表示未找到资源等。状态描述则是对状态码的简单描述，帮助人们更好地理解响应状态。
• 响应头： 与请求头类似，包含了关于响应的附加信息，如服务器的类型、响应的长度、内容类型等。
• 空行： 同样用来分隔响应头和响应体。
• 响应体： 包含了服务器返回给客户端的实际数据，通常是请求的资源内容。
  

在HTTP通信过程中，客户端首先会发送一个HTTP请求协议包给服务器，服务器在接收到请求后，会处理该请求并生成一个相应的HTTP响应协议包返回给客户端。这样，客户端和服务器之间就完成了一次HTTP通信过程。

HTTP请求协议包和HTTP响应协议包是HTTP通信中的两个重要载体，它们负责在客户端和服务器之间传递请求和响应数据，实现了Web应用中的数据传输和交互功能。

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