TCP/IP 协议

一，计算机网络 体系结构分层

太厉害了，终于有人能把TCP/IP 协议讲的明明白白了

计算机网络体系结构分层

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TCP/IP 与 OSI 在分层模块上稍有区别。OSI 参考模型注重“通信协议必要的功能是什么”，而 TCP/IP 则更强调“在计算机上实现协议应该开发哪种程序”。

二，TCP/IP基础

1.TCP/IP的具体含义

从字面上来讲，有人可能TCP/IP是指TCP/IP两种协议。实际生活中有时候也指这两种协议。然而在很多情况下，他只是利用IP进行通信时所必须用到的协议群的统称。具体来说，IP或ICMP，TCP或UDP，TELNET或FTP，以及HTTP灯协议都属于TCP/IP协议。他们与TCP或IP的关系紧密，是互联网必不可少的组成成分。TCP/IP一词泛指这些协议，因此有时也称TCP/IP为网路协议群。

互联网进行通信时，需要对应的网络协议，TCP/IP原本就是为使用互联网而开发制定的协议族。因此，互联网的协议就是TCP/IP，TCP/IP就是互联网的协议。

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2，数据包

包，帧，数据包，段，消息

以上五个术语都用来表述数据的单位，大致区分如下

  • 包可以说是全能性术语；

  • 帧用于表示数据链路层中包的单位；

  • 数据包是 IP 和 UDP 等网络层以上的分层中包的单位；

  • 段则表示 TCP 数据流中的信息；

  • 消息是指应用协议中数据的单位。

    每个分层中，都会对所发送的数据附加一个首部，在这个首部中包含了该层必要的信息，如发送的目标地址以及协议相关信息。通常，为协议提供的信息为包首部，所要发送的内容为数据。在下一层的角度看，从上一层收到的包全部都被认为是本层的数据。

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    数据包首部

    网络中传输的数据包由两部分组成：一部分是协议所要用到的首部，另一部分是上一层传过来的数据。首部的结构由协议的具体规范详细定义。在数据包的首部，明确标明了协议应该如何读取数据。反过来说，看到首部，也就能够了解该协议必要的信息以及所要处理的数据。包首部就像协议的脸。

3. 数据处理流程

下图以用户 a 向用户 b 发送邮件为例子：

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数据处理流程

  • ① 应用程序处理

  • 首先应用程序会进行编码处理，这些编码相当于 OSI 的表示层功能；

  • 编码转化后，邮件不一定马上被发送出去，这种何时建立通信连接何时发送数据的管理功能，相当于 OSI 的会话层功能。

  • ② TCP 模块的处理

  • TCP 根据应用的指示，负责建立连接、发送数据以及断开连接。TCP 提供将应用层发来的数据顺利发送至对端的可靠传输。为了实现这一功能，需要在应用层数据的前端附加一个 TCP 首部。

  • ③ IP 模块的处理

  • IP 将 TCP 传过来的 TCP 首部和 TCP 数据合起来当做自己的数据，并在 TCP 首部的前端加上自己的 IP 首部。IP 包生成后，参考路由控制表决定接受此 IP 包的路由或主机。

  • ④ 网络接口（以太网驱动）的处理

  • 从 IP 传过来的 IP 包对于以太网来说就是数据。给这些数据附加上以太网首部并进行发送处理，生成的以太网数据包将通过物理层传输给接收端。

  • ⑤ 网络接口（以太网驱动）的处理

  • 主机收到以太网包后，首先从以太网包首部找到 MAC 地址判断是否为发送给自己的包，若不是则丢弃数据。

  • 如果是发送给自己的包，则从以太网包首部中的类型确定数据类型，再传给相应的模块，如 IP、ARP 等。这里的例子则是 IP 。

  • ⑥ IP 模块的处理

  • IP 模块接收到 数据后也做类似的处理。从包首部中判断此 IP 地址是否与自己的 IP 地址匹配，如果匹配则根据首部的协议类型将数据发送给对应的模块，如 TCP、UDP。这里的例子则是 TCP。

  • 另外吗，对于有路由器的情况，接收端地址往往不是自己的地址，此时，需要借助路由控制表，在调查应该送往的主机或路由器之后再进行转发数据。

  • ⑦ TCP 模块的处理

  • 在 TCP 模块中，首先会计算一下校验和，判断数据是否被破坏。然后检查是否在按照序号接收数据。最后检查端口号，确定具体的应用程序。数据被完整地接收以后，会传给由端口号识别的应用程序。

  • ⑧ 应用程序的处理

  • 接收端应用程序会直接接收发送端发送的数据。通过解析数据，展示相应的内容。

    三、传输层中的 TCP 和 UDP

    TCP/IP 中有两个具有代表性的传输层协议，分别是 TCP 和 UDP。

    • TCP 是面向连接的、可靠的流协议。流就是指不间断的数据结构，当应用程序采用 TCP 发送消息时，虽然可以保证发送的顺序，但还是犹如没有任何间隔的数据流发送给接收端。TCP 为提供可靠性传输，实行“顺序控制”或“重发控制”机制。此外还具备“流控制（流量控制）”、“拥塞控制”、提高网络利用率等众多功能。
    • UDP 是不具有可靠性的数据报协议。细微的处理它会交给上层的应用去完成。在 UDP 的情况下，虽然可以确保发送消息的大小，却不能保证消息一定会到达。因此，应用有时会根据自己的需要进行重发处理。
    • TCP 和 UDP 的优缺点无法简单地、绝对地去做比较：TCP 用于在传输层有必要实现可靠传输的情况；而在一方面，UDP 主要用于那些对高速传输和实时性有较高要求的通信或广播通信。TCP 和 UDP 应该根据应用的目的按需使用。