TCP/IP 协议到底在讲什么？

Posted 2021-04-25 车小胖谈网络

斜体部分为读者提问

看了很久的Richard Steven著的TCP/IP协议卷一: 详解 感觉自己读起来十分吃力 该怎么学这个 TCP/IP协议到底是在讲些什么 了解了TCP/IP协议能做些什么 还请各位指教。

 

 

 

更新部分

一些读者让我推荐入门的教材，就是那种通俗易懂的教材。坦率地说，这种教材是不存在的，网络技术其实是有一定的门槛的，这个要有清醒的认识。

 

Steven这本书写的非常好，但对于初学者确实有点难了。那初学者怎么办？既然难了，那就去找一些基础的入门课程去学，比如去学学CCNA的教程，至少知道什么是冲突域、广播域、网卡的收发帧的过程、网络掩码、网关、ARP。

 

 

通俗地说，TCP/IP做为一个整体，和现代社会的物流/快递公司非常相似。快递公司做为用户的代理，全权负责一个包裹从出发地送到目的地，所有运输的细节都是快递公司的分内之事，用户只负责收发包裹即可。

 

TCP/IP也是网络通信里的物流公司，应用程序只要把需要传输的数据提交给TCP/IP，TCP/IP就可以把数据打包发到目的地，至于里面的传输细节应用程序也可以不关心，这样应用程序就可以从最底层的传输细节里解放出来，把更多的注意力放在应用程序数据本身的处理。

 

但无论网络工程师还是软件工程师，应花点时间研究TCP/IP协议本身，做为一个庞大的物流公司，TCP/IP内部又包含很多职能部门，比如IP专门负责在Internet上寻找目的地，并将包裹送到目的地。

 

读者会有疑问，既然IP可以将包裹送到目的地，那还要TCP干嘛？

 

如果把IP比做物流公司的卡车+司机，那么TCP就是物流公司的调度中心，如果物流公司/司机掉进河里，造成包裹丢失，TCP做为调度中心可以分析判断得出，然后启动应急机制，会重新安排新的卡车+司机运输客户包裹上路，直到收到接收方的物流公司的确认才罢休。

 

以上的场景唯一和现实生活中不同的是，真实生活中的包裹丢了就丢了，怎么重传？难道物流公司会变魔术，变一个出来不成？

 

但在TCP/IP协议通信中，用户的数据做一份copy是非常简单的，一旦发现丢失，直接由TCP这个调度中心重传就好。

 

 

 

 

正文

先来谈谈汽车行业，随着家庭轿车的普及，越来越多的人开始使用汽车，其中99%人可能只会开车，不会修理汽车，也不了解汽车内部构造（细节），但这并不影响我们使用汽车。

而对于汽车维修工程师，很显然要精通汽车的内部构造，非常资深的工程师可以通过汽车的声音来定位故障点，这依靠的是多年的经验。而对于初入行的年轻工程师，如果只是看汽车的维修手册，即使看千遍也不一定会维修汽车。经常去4S店看到维修工将受损严重的汽车大卸八块，有时还会有老师傅在边上指导，通过这些动手操作，加上师傅的指导，再去参考维修手册，要不了多久就会很熟练地维修汽车，这样的模式：动手 + 理论 + 师傅指导 同样也适用于计算机网络的学习。

对于99%用户也不需要懂计算机网络，电脑、手机可以自动上网，即使有什么问题，通过插拔线、重启电脑、重启无线路由器基本上可以解决90%以上的问题。但是做为一位网络专业人士，则需要精通计算机网络的工作原理，精通原理可以帮助非专业人士提供专业的服务。

回到问题本身，《TCP/IP协议》详解卷一，是一本很好的教材，但是光看书有用吗？效果很差，因为这本书有点难度的。不动手不会有感性认识，然后读者会被抽象的概念弄的越来越迷糊，觉得越来越无聊，最终扔掉书，因为我干过好多次，然后过段时间又捡起来…

既然光看书很无聊，那就动动手吧。那时工作在国企，公司网络和互联网隔绝，QQ也无法使用，于是我就按照 Visual C++教程编写了聊天小程序(基于TCP socket )，把这个小程序给楼下的同事，无聊的时候就聊聊天，比如什么时候去吃午饭，下班什么时候撤？在程序启动的时候我就开始抓包，想看看究竟聊天内容怎么封装？究竟几个包完成发送任务？

封装倒很简单，让我惊讶的是，一条消息竟然双向耗费9个包，百撕不得其解，不就是调用一次 connect（）建立连接，调用一次send（），然后程序退出。

TCP建立连接
于是就去翻书，这次有针对性，直接翻到TCP协议部分，只看TCP如何建立连接，发现建立连接需要三个包的交互，这个应该是connect()完成的。

TCP发送数据
然后看到自己的消息内容是一个包，对方没有数据，只有确认ACK，这是两个包，这个由 send () 触发。

TCP释放连接
然后系统自动退出，虽然我的程序没有调用什么函数，但是系统自动帮我调用了 close () 函数，于是又触发了TCP 关闭连接，这是四个包。

于是把这三个阶段包的交换加在一起：3 + 2+ 4 = 9 ，哦原来是这样啊，通过这个小程序，再有针对性地看书，觉得很有趣。

后来我又试试用UDP socket 编写聊天程序，直接调用一个函数Sendto() 就可以了（用IP访问），抓包一看，一个消息就是一个包，对方也没有确认，UDP就是加上一个封装头就出去了，不需要建立连接，自然也无需关闭连接。

后来工作需要编写一个仿真程序，模仿GPS接收设备给导航设备周期（100ms 一次）发送GPS经纬度信息。接口为以太网接口，导航设备有嵌入式操作系统，支持TCP/IP协议栈，有了以前的动手经验，我很快就编写出基于TCP socket 的仿真软件，工作也很正常，但是有时发送数据会有卡顿的现象，时快时慢，有时还会停止发送。于是开始分析网络，办公室网络是交换机口到墙壁，然后用HUB再分出更多的端口，让大家共享带宽。于是想到了 CSMA/CD机制，电脑工作在半双工模式，发送数据前需要监听网络，当网络繁忙时，大家一起竞争，所以会有很大的延迟。

于是又用UDP socket 编写了相同的软件，卡顿现象好多了，后来我分析因为UDP包没有自我约束机制，调用一次sendto() 函数就把数据给IP，IP给网卡，网卡有CSMA/CD机制，会等待，也许会有延迟，也许会因为冲突而丢弃重发、或线路质量差出现CRC错而丢弃，但我的程序不 care，依然会按照100 毫秒发送一组数据，所以我最终选择UDP来做传输机制，丢一组、或几组数据没有多少关系，只要能把经纬度数据传送过去就可以了。

写了这些故事想表达的是：学习协议一定要动手，最好是结合项目来实践，然后需要补充哪些理论，有针对性地去翻书，对于每一个陌生的协议，需要抓包分析，不要偷懒，一份耕耘，一份收获。