什么是通信协议？常见的通信协议有哪些

通信协议是一套标准化的规则与约定，规定数据如何在网络中的设备或系统之间交换。它明确了数据格式、传输方式、错误检测与纠正流程，以及实现可靠通信所需的其他要素。这些协议确保设备之间能够互相理解、有效通信，从而让信息在网络上顺畅交换。

有哪些常见的通信协议？

最流行的网络通信协议包括：

• TCP/IP（传输控制协议/网际协议）​：互联网通信的基础协议套件，负责数据传输与路由。例如用于网页浏览的 HTTP、用于电子邮件的 SMTP。
• HTTP（超文本传输协议）​：用于在互联网上传输网页及相关文件，规范 Web 客户端与服务器之间的请求-响应周期。如今看来有些老旧过时，但仍是许多现代协议的骨干。
• HTTP/3（超文本传输协议第 3 版）​：超文本传输协议（HTTP）的最新版本，而 HTTP 是万维网上数据通信的基础协议。相较此前的 HTTP/1.1 和 HTTP/2，它是一次重大演进。
• HTTPS（安全超文本传输协议）​：HTTP 的安全版本，在传输过程中对数据加密，常用于 Web 上的安全数据与交易，例如网上银行和电子商务。现代 Web 的标准协议。
• SSL/TLS（安全套接层/传输层安全）​：一种加密协议，为互联网通信提供安全保障。通常用于加密客户端（如 Web 浏览器）与服务器之间的敏感数据传输，例如登录凭证、信用卡信息及其他个人信息。PubNub 支持 TLS 1.2+。
• UDP（用户数据报协议）​：一种运行在 IP 协议套件传输层的网络协议。它旨在提供一种轻量、低开销的方式，在网络中发送数据报（即数据块）。
• ICMP（网际控制报文协议）​：一种对网络资产盘点管理至关重要的网络层协议，主要用于 IP 网络中的错误消息和运行信息。它通过发送关于目的地不可达、网络拥塞或丢包等问题的消息，帮助诊断网络故障。ICMP 常见于 “ping" 和 “traceroute" 这类工具中，用于测试连通性、测量响应时间。与 TCP 或 UDP 不同，ICMP 不用于数据传输，而是通过向源端通报潜在网络问题来支撑网络健康。
• QUIC（快速 UDP 互联网连接）​：由 Google 开发的一种传输层网络协议。它旨在通过降低时延、提供更好的拥塞控制，提升面向连接的 Web 应用性能。
• FTP（文件传输协议）​：便于在网络中的客户端与服务器之间传输文件。它允许用户远程上传、下载和管理文件。
• SMTP（简单邮件传输协议）​：用于在服务器之间发送电子邮件。它定义了邮件消息如何在互联网上传输和投递。
• SNMP（简单网络管理协议）​：广泛用于监控和管理路由器、交换机、服务器、打印机等网络设备。SNMP 使网络管理员能够采集 Web 设备信息，并监控其性能、配置和健康状况。
• XMPP（可扩展消息与在线状态协议）​：一种用于即时消息（IM）、在线状态信息和实时应用的开源协议。XMPP 属于 Jabber 技术及 XMPP.org 家族。
• POP3（邮局协议第 3 版）​：用于从服务器上收取电子邮件。它允许用户把邮件下载到本地设备以便离线访问。
• IMAP（互联网消息访问协议）​：与 POP3 类似，IMAP 用于访问和管理存储在服务器上的邮件消息。它让用户能够跨多台设备整理、搜索和同步邮件。
• DNS（域名系统）​：把域名转换为 IP 地址，让用户可以用人类可读的地址访问网站。DNS 是浏览互联网的基础。
• MCP（消息控制协议）​：一种轻量、双向的协议，用于分布式系统中的实时命令与数据交换。适用场景：IoT 遥测、微服务编排、多人游戏后端。由 PubNub API 文档支持。
  关键特性：TLS 加密；传输无关（TCP、WebSockets 等）；头部 + 载荷格式（元数据 + 二进制/文本）；ACK/NACK 流控以实现可靠投递；支持心跳以保持连接存活、拥塞感知重试、会话恢复。
• SSH（安全外壳）​：一种用于通过网络安全远程访问计算机或服务器的协议。它为安全的命令行操作、文件传输和隧道服务提供加密通信通道。
• 蓝牙：一种用于电子设备之间短距离数据交换的无线通信协议。蓝牙让智能手机、笔记本电脑、IoT 设备等能够互相连接与通信，用于文件共享、音频串流、设备控制等任务。
• NTP（网络时间协议）​：一种网络协议，用于把网络中计算机的时钟同步到一个精确时间源。
• WebTransport：一种协议框架，专为 Web 上低时延、双向通信而设计。
• SysLog：一种较老的 Web 标准，用于在计算机网络中记录系统消息。它使网络设备、操作系统和应用能够生成关于自身活动、错误和状态的消息，并发送到集中式日志服务器或采集器。
• PPTP（点对点隧道协议）​：一种实现虚拟专用网络（VPN）的方法，由微软联合其他技术公司开发。PPTP 可在远程用户与私有网络之间（通常经由互联网）建立安全加密的连接（隧道）。
• IPsec（网际协议安全）​：一套为 IP 通信提供安全性的标准。它通过加密 IP 数据包，确保参与对等方（如主机、路由器、网关）之间的数据机密性、完整性和真实性。IPsec 可用于保护 VPN、站点到站点连接，甚至客户端与服务器之间的通信。
• UART（通用异步收发器）​：一种用于设备之间的串行通信协议。与依赖时钟信号的同步方式不同，UART 使用预定义的波特率来同步通信。数据一次传输一位，以起始位开始，随后是数据位（每个字符通常 7 或 8 位）、可选的奇偶校验位（用于查错），以及停止位。两台设备必须使用相同的波特率才能准确传输数据。
• RCS（富通信服务）​：一种高级消息协议，通过引入富媒体、已读回执、输入状态提示和端到端加密（部分实现中）来增强传统 SMS/MMS 功能。它是作为 GSMA 通用配置文件（Universal Profile）的一部分开发的。
• I2C（集成电路总线）​：一种同步串行通信标准，用于把外设连接到微控制器或片上系统。它允许多个设备在单条总线上通信，使用两根线：数据线（SDA，串行数据线）和时钟线（SCL，串行时钟线）。总线上的设备各自有独立地址，支持主从和多主配置。I2C 支持的通信速率从每秒几百比特（标准模式）到每秒几兆比特（高速模式）不等，不同速率的设备可通过时钟拉伸（clock stretching）轻松共存。
• H.323：国际电信联盟（ITU）制定的一套标准，用于分组交换网络（如互联网）上的多媒体通信。它涵盖音频、视频和数据会议的标准，使不同厂商的设备之间能够互操作。H.323 包含终端、网关、网守和多点控制单元（MCU）等组件，以支持 VoIP 和视频会议等服务。
• HLS（HTTP 实时流）​：由 Apple 开发，用于在互联网上串流音频和视频。它把流切成小的、基于 HTTP 的文件分片，并用播放列表文件（M3U8）指引播放器找到这些分片。HLS 支持自适应码率串流，根据网络状况调整流质量以保证播放流畅。凭借其可靠性和跨各类设备与平台（如 Netflix 和 Instagram）的兼容性，HLS 被广泛使用。
• WebRTC（Web 实时通信）​：一种开源协议，可直接在 Web 浏览器和移动应用中实现实时通信能力。它提供 API，让开发者能够构建具备实时音频、视频和数据串流能力的应用。Google Meet、Microsoft Teams 和 Zoom 都在使用。
• CoAP（受限应用协议）​：一种专门的 Web 传输标准，面向受限节点和网络设计，例如 IoT 环境中的那些。它运行在 UDP 之上，支持 GET、POST、PUT、DELETE 等方法。CoAP 针对低功耗、低内存设备做了优化，通过可靠性机制和简洁的 RESTful 交互实现高效的机器对机器通信。
• SDP（会话描述协议）​：用于描述多媒体通信会话。在 WebRTC 中，SDP 在对等方之间交换媒体能力信息（编解码器、格式、网络信息）的协商信令过程中使用。
• STUN（NAT 会话穿透实用工具）​：一种网络协议，用于帮助位于网络地址转换器（NAT）和防火墙之后的设备之间进行通信。NAT 常用于家庭和办公网络，让多台设备共享一个公网 IP。但 NAT 往往会遮蔽内部 IP 地址，从而使设备之间的直接通信变得复杂。
• DTLS（数据报传输层安全）​：一种为基于数据报的应用（例如使用 UDP 的应用）提供安全性的协议。DTLS 基于传输层安全（TLS）协议，而 TLS 用于保护 TCP 这类面向连接协议上的通信。
• RTP（实时传输协议）​：一种用于在 IP 网络（如互联网）上投递音频和视频的网络协议。RTP 旨在为实时数据提供端到端投递服务，这对视频会议、VoIP 和直播等应用至关重要。
• [已过时] RTMP（实时消息传输协议）​：一种专有的、基于 TCP 的协议，用于向支持 Flash 的设备串流直播视频、音频和数据。最初由 Macromedia 开发，后被 Adobe 收购。由于 Flash 的衰落以及基于 HTTP 的 HLS、DASH 等新一代串流协议的兴起，RTMP 被认为已经过时。

这些协议在现代通信的各个层面都扮演着关键角色，从网页浏览、电子邮件往来到文件传输和设备互联。

通信协议的分类

通信协议可以依据多种标准来分类，比如其应用层、所提供服务的类型，或它们在 OSI（开放系统互连）模型中的运行层级。

按应用层分类

邮件协议

• SMTP（简单邮件传输协议）​：用于发送邮件。
• IMAP（互联网消息访问协议）​：用于收取邮件。
• POP3（邮局协议第 3 版）​：用于收取邮件。

Web 协议

• HTTP（超文本传输协议）​：用于访问网页。
• HTTPS（安全超文本传输协议）​：HTTP 的安全版本。
• ICMP（网际控制报文协议）​：用于错误消息和运行状态更新。
• WebTransport

文件传输协议

• FTP（文件传输协议）与 SFTP（安全文件传输协议）​：用于传输文件。
• TFTP（简单文件传输协议）​：FTP 的简化版本。

远程访问协议

• SSH（安全外壳）​：安全的远程登录方式。
• Telnet：不安全的远程登录方式。

流媒体协议

• HLS（HTTP 实时流）​：Apple 的自适应码率串流协议。
• DASH（基于 HTTP 的动态自适应串流）​：自适应串流的国际标准。
• RTMP（实时消息传输协议）​：用于直播。
• RTSP（实时流协议）​：用于建立和控制媒体会话。
• WebRTC（Web 实时通信）​：实现音视频点对点通信的有效方案。
• SRT（安全可靠传输）​：针对不可预测网络优化的串流方案。

按传输层分类

TCP/IP 套件

• TCP（传输控制协议）​：面向连接的协议。
• UDP（用户数据报协议）​：无连接协议。
• IP（网际协议）​：负责寻址与路由。

面向连接的协议

• TCP：确保数据可靠、有序地投递。
• SCTP（流控制传输协议）​：支持多宿主与多流。

无连接协议

• UDP：提供低时延、可容忍丢包的连接。

按网络层分类

IP 协议

• IPv4（网际协议第 4 版）​：IP 的第四个版本。
• IPv6（网际协议第 6 版）​：IPv4 的后继者，拥有更大的地址空间。

路由协议

• BGP（边界网关协议）​：管理数据包在互联网上的路由方式。
• OSPF（开放最短路径优先）​：用于较大型自治系统内部的路由。
• RIP（路由信息协议）​：面向小型网络的简化路由。

按数据链路层分类

以太网协议

• Ethernet（以太网）​：有线局域网的标准。
• Wi-Fi（无线保真）​：一种无线电波技术，让设备在局域网（LAN）内无线接入互联网。

点对点协议

• PPP（点对点协议）​：用于两个网络节点之间的直接通信。
• HDLC（高级数据链路控制）​：一种面向比特、代码透明的同步数据链路层协议。

按表示层和会话层分类

会话协议

• NetBIOS（网络基本输入/输出系统）​：提供与 OSI 模型会话层相关的服务。
• PPTP（点对点隧道协议）​：用于实现虚拟专用网络。

表示协议

• TLS（传输层安全）​：提供安全通信。
• SSL（安全套接层）​：TLS 的前身，用于安全通信。

专用协议

VoIP 协议

• SIP（会话发起协议）​：发起、维持和终止实时会话。
• H.323：用于语音、视频和数据会议的一套协议。

IoT 协议

• MQTT（消息队列遥测传输）​：面向小型传感器和移动设备的轻量协议。
• CoAP（受限应用协议）​：专为资源受限的 IoT 设备控制而设计。

常见问题

什么是通信协议？
通信协议是一套标准化的规则与约定，用于在网络中的设备或系统之间交换数据。它定义了数据格式和传输方式，以确保通信有效。

有哪些常见的通信协议？
常见通信协议包括用于互联网通信的 TCP/IP、用于网页的 HTTP、用于安全数据传输的 HTTPS，以及用于文件传输的 FTP。每种协议在网络通信中都承担特定用途。

HTTP 与 HTTPS 有何区别？
HTTP 用于在互联网上传输网页，而 HTTPS 是它的安全版本，会在传输过程中对数据加密。HTTPS 对于在线保护敏感信息至关重要。

TCP/IP 在网络通信中扮演什么角色？
TCP/IP 是互联网通信的基础协议套件，负责数据传输。它确保数据在网络中可靠、有序地投递，构成互联网连接的骨干。

通信协议如何分类？
通信协议可以按应用层、传输层、网络层和数据链路层来分类。每种分类对应网络通信的不同方面，例如邮件、文件传输和串流。

为什么 DNS 在通信协议中很重要？
DNS 把域名转换为 IP 地址，让用户可以用人类可读的地址访问网站。它对于高效浏览互联网、把用户连接到正确的 Web 资源至关重要。