互联网协议群（TCP/IP）：多路复用是怎么回事？

Posted 2021-05-09 One丨Python

协议的分层

对于多数的应用和用户而言，使用互联网的一个基本要求就是数据可以无损地到达。用户通过应用进行网络通信，应用启动之后变成了进程。因此，所有网络通信的本质目标就是进程间通信。

世界上有很多进程需要通信，要找到一种通用的，每个进程都能认可和接受的通信方式，就是协议。

应用层

从分层架构上看，应用工作在应用层。应用的功能，都在应用层实现。所以应用层很好理解，说的就是应用本身。当两个应用需要通信的时候，应用就调用传输层进行通信。

从构架上说，应用层只专注于为用户提供价值即可，没有必要思考数据如何传输。

传输层

为应用层提供网络支持的，就是传输层。

传输层控制协议是目前世界上应用最广泛的传输层协议。传输层为应用层提供通信能力。比如浏览器想访问服务器，浏览器程序就会调用传输层程序；Web服务接受浏览器的请求，Web服务程序就会调用传输层程序接受数据。

考虑到应用需要传输的数据可能非常大，直接传输不好控制。传输层需要将数据切块，即使一个分块丢了、损坏了，可以重新发一个分块，而不用重新发送整体。

TCP协议中，把每个分块称为一个TCP段

 

网络层

问题：传输层到底负不负责将数据从一个设备传输到另一个设备（主机到主机）

从一个主机到另一个主机传输数据的网络环境是非常复杂的。中间会通过各种各样的线路。

核心的设计原则是，不希望一层协议处理太多的问题。传输层作为应用间数据传输的媒介，服务好应用即可。对应用层而言，传输层帮助实现应用到应用的通信。而实际的传输功能交给传输层的下一层，也就是网络层。

IP协议是目前起到统治地位的网络协议。IP协议会将传输层的封包再次切分，得到IP封包。网络层负责实际将数据从一台主机传输到另一台主机，因此网络层需要区分主机的编号。

数据链路层

考虑到现实的情况，网络并不是一个完整的统一体。比如一个基站覆盖的周边就会形成一个网络。一个家庭的所有设备，一个公司的所有设备也会形成一个网络。

而数据一旦需要跨网络传输，就需要有一个设备同时在两个网络当中。数据链路层为网络层提供链路级别传输的支持。

物理层

当数据在实际的设备间传递时，可能会用电线、电缆、光纤、卫星、无线等各种通信手段。还需要一层将光电信号、设备差异封装起来，为数据链路提供二进制传输的服务。这这就是物理层。

互联网协议可以分成五层

多路复用

在上述的分层模型当中，一台机器的应用可以有很多。但是实际的出口设备，如网卡、网线通常只有一份。因此这里需要用到一个叫做多路复用的技术。多路复用，就是多个信号，复用一个通道。

多路复用的意义

在工作当中，经常会使用到多路复用的能力。多路复用让多个信号（例如：请求/返回等）共用一个通道，那么在这个信道上，信息密度就会增加。

在密度增加的同时，通过并行发送信号的方式，可以减少阻塞。如应用层的HTTP协议，浏览器打开的时候就会往服务器发送很多请求，多个请求混合在一起，复用相同的连接，数据紧密且互相隔离。同理，服务之间的远程调用、消息队列，这些也经常用到多路复用。