TCP/IP 协议

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了TCP/IP 协议相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

TCP/IP 协议

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇， 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议

TCP：是用来检测数据传输中的差错并进行流量控制的协议，TCP如果发现问题，就要发出重新传输的信号，直到所有数据安全传输到目的地。

IP：最重要的作用是给网络中的每一台电脑分配一个唯一的地址。

TCP/IP的最大的优点是：兼容性 和 异构性

通信协议：计算机之间通信要共同遵守的原则称为通信协议

网络协议的三大要素：

  • 语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种回答
  • 语法：数据与控制信息的结构或格式
  • 时序：事件实现顺序的详细说明

协议栈：

协议栈（英语：Protocol stack），又称协议堆叠，是计算机网络协议套件的一个具体的软件实现。协议套件中的一个协议通常是只为一个目的而设计的，这样可以使得设计更容易。因为每个协议模块通常都要和上下两个其他协议模块通信，它们通常可以想象成是协议栈中的层。最低级的协议总是描述与硬件的物理交互。每个高级的层次增加更多的特性。用户应用程序只是处理最上层的协议

  • 在实际中，协议栈通常分为三个主要部分：媒体、传输、应用。一个特定的操作系统或平台往往有两个定义良好的软件接口：一个在媒体层与传输层之间，另一个在传输层与应用层之间。
  • 媒体到传输接口定义了传输协议的软件怎样使用特定的媒体和硬件（“驱动程序”）。例如：此接口定义的 TCP/IP 传输软件怎么与以太网硬件对话。这些接口的例子包括 Windows和DOS 环境下的 ODI和NDIS。
  • 应用到传输接口定义了应用程序如何应用传输层。例如：此接口定义一个网络浏览器程序怎样和 TCP/IP 传输软件对话。这些接口的例子包括 Unix世界中伯克利套接字和微软的 Winsock

参考博客：https://blog.csdn.net/wangguchao/article/details/101756484

物联网的七大通信协议：

1、REST/HTTP（松耦合服务调用）：REST即表述性状态传递，是基于HTTP协议开发的一种通信风格。

适用范围：REST/HTTP 主要为了简化互联网中的系统架构，快速实现客户端和服务器之间交互的松耦合，降低了客户端和服务器之间的交互延迟。因此适合在物联网的应用层面，通过 REST 开放物联网中资源，实现服务被其他应用所调用。

特点：

  • REST 指的是一组架构约束条件和原则。满足这些约束条件和原则的应用程序或设计就是 RESTful。
  • 客户端和服务器之间的交互在请求之间是无状态的。
  • 在服务器端，应用程序状态和功能可以分为各种资源，它向客户端公开，每个资源都使用 URI(标识、定位任何资源的字符串) 得到一个唯一的地址。所有资源都共享统一的界面，以便在客户端和服务器之间传输状态。
  • 使用的标准的 HTTP 方法，比如：GET、PUT、POST和DELETE。

REST/HTTP 其实是互联网中服务调用 API 封装风格，物联网中采集到物联网应用系统中，在物联网应用系统中，可以通过开发 REST API 的方式，把数据服务开放出去，被互联网中其他应用所调用。

CoAP协议：受限于应用协议，应用于无线传感网中协议。

使用范围：CoAP是简化了HTTP协议的 RESTful API，CoAP 是 6LowPAN 协议栈中的应用层协议，它适用于在资源受限的通信的 IP 网络。

特点：

  • 报头压缩：CoAP包含一个紧凑的二进制报头和扩展报头。它只有短短的4B的基本报头，基本报头后面跟扩展选项。一个典型的请求报头为 10 ~ 20B
  • 方法和URIs：为了实现客户端访问服务器上的资源，CoAP支持 GET、PUT、POST和DELETE等方法。CoAP还支持 URIs，这是Web架构的主要特点。
  • 传输层使用 UDP 协议：CoAP协议是建立在 UDP 协议之上，以减少开销和支持组播功能。它也支持一个简单的停止和等待的可靠性传输机制。
  • 支持异步通信：HTTP 对 M2M（Machine-to-Machine）通常不适用，这是由于事务总是由客户端发起。而CoAP协议支持异步通信，这对 M2M 通信应用来说是常见的休眠 / 唤醒机制。
  • 支持资源发现：为了自主的发现和使用资源，它支持内置的资源发现格式，用于发现设备上的资源列表，或者用于设备向服务目录公告自己的资源。它支持 RFC5785中的格式，在CoAP中用／．well—known／core的路径表示资源描述。
  • 支持缓存：CoAP协议支持资源描述的缓存以优化其性能。

MQTT协议(低带宽)

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport )，消息队列遥测传输，由IBM开发的即时通讯协议，相比来说比较适合物联网场景的通讯协议。MQTT协议采用发布/订阅模式，所有的物联网终端都通过TCP连接到云端，云端通过主题的方式管理各个设备关注的通讯内容，负责将设备与设备之间消息的转发。

适用范围：

在低带宽、不可靠的网络下提供基于云平台的远程设备的数据传输和监控。

特点：

  • 使用基于代理的发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布
  • 使用 TCP/IP 提供网络连接
  • 小型传输，开销很小（固定长度的头部是 2 字节），协议交换最小化，以降低网络流量
  • 支持QoS，有三种消息发布服务质量：“至多一次”， “至少一次”， “只有一次”

协议主要实现和应用：

  • 已经有php，JAVA，Python，C，C#等多个语言版本的协议框架
  • IBM Bluemix 的一个重要部分是其 IoT FoundaTIon 服务，这是一项基于云的 MQTT 实例
  • 移动应用程序也早就开始使用MQTT，如 Facebook Messenger 和com等
  • MQTT协议一般适用于设备数据采集到端（Device-》Server，Device-》Gateway），集中星型网络架构（hub-and-spoke），不适用设备与设备之间通信，设备控制能力弱，另外实时性较差，一般都在秒级。

DDS协议(高可靠性、实时)

DDS(Data Distribution Service for Real-Time Systems)，面向实时系统的数据分布服务。

适用范围：

分布式高可靠性、实时传输设备数据通信。目前DDS已经广泛应用于国防、民航、工业控制等领域。

特点：

  • 以数据为中心
  • 使用无代理的发布/订阅消息模式，点对点、点对多、多对多
  • 提供多大21种QoS服务质量策略

协议主要实现：

  • OpenDDS 是一个开源的 C++ 实现
  • OpenSplice DDS

DDS很好地支持设备之间的数据分发和设备控制，设备和云端的数据传输，同时DDS的数据分发的实时效率非常高，能做到秒级内同时分发百万条消息到众多设备。DDS在服务质量（QoS）上提供非常多的保障途径，这也是它适用于国防军事、工业控制这些高可靠性、可安全性应用领域的原因。但这些应用都工作在有线网络下，在无线网络，特别是资源受限的情况下，没有见到过实施案例。

AMQP协议(互操作性)

AMQP(Advanced Message Queuing Protocol)，先进消息队列协议，用于业务系统例如PLM，ERP，MES等进行数据交换。

适用范围：

最早应用于金融系统之间的交易消息传递，在物联网应用中，主要适用于移动手持设备与后台数据中心的通信和分析。

特点：

  • Wire级的协议，它描述了在网络上传输的数据的格式，以字节为流
  • 面向消息、队列、路由（包括点对点和发布/订阅）、可靠性、安全

协议实现：

  • Erlang中的实现有 RabbitMQ
  • AMQP的开源实现，用C语言编写OpenAMQ
  • Apache Qpid
  • stormMQ

XMPP协议(即时通信)

XMPP(Extensible Messaging and Presence Protocol)可扩展通讯和表示协议，一个开源形式组织产生的网络即时通信协议。

适用范围：

即时通信的应用程序，还能用在网络管理、游戏、远端系统监控等。

特点：

  • 客户机/服务器通信模式
  • 分布式网络
  • 简单的客户端，将大多数工作放在服务器端进行
  • 标准通用标记语言的子集XML的数据格式

XMPP是基于XML的协议，由于其开放性和易用性，在互联网及时通讯应用中运用广泛。相对HTTP，XMPP在通讯的业务流程上是更适合物联网系统的，开发者不用花太多心思去解决设备通讯时的业务通讯流程，相对开发成本会更低。但是HTTP协议中的安全性以及计算资源消耗的硬伤并没有得到本质的解决。

JMS

JMS (Java Message Service)，即消息服务，这是JAVA平台中著名的消息队列协议。

Java消息服务应用程序接口，是一个Java平台中关于面向消息中间件(MOM)的API，用于在两个应用程序之间，或分布式系统中发送消息，进行异步通信。Java消息服务是一个与具体平台无关的API，绝大多数MOM提供商都对JMS提供支持。

JMS是一种与厂商无关的 API，用来访问消息收发系统消息，它类似于JDBC（Java Database Connectivity）。这里，JDBC 是可以用来访问许多不同关系数据库的 API，而 JMS 则提供同样与厂商无关的访问方法，以访问消息收发服务。许多厂商都支持 JMS，包括 IBM 的 MQSeries、BEA的 Weblogic JMS service和 Progress 的 SonicMQ。 JMS 能够通过消息收发服务（有时称为消息中介程序或路由器）从一个 JMS 客户机向另一个 JMS客户机发送消息。消息是 JMS 中的一种类型对象，由两部分组成：报头和消息主体。报头由路由信息以及有关该消息的元数据组成。消息主体则携带着应用程序的数据或有效负载。根据有效负载的类型来划分，可以将消息分为几种类型，它们分别携带：简单文本（TextMessage）、可序列化的对象 （ObjectMessage）、属性集合 （MapMessage）、字节流 （BytesMessage）、原始值流 （StreamMessage），还有无有效负载的消息 （Message）。

协议的基本设计原则：

  1. 每一个独立的网络必须按自己的标准建立起来，当这个网络和互联网连接的时候，不需要对其内部做任何改动。
  2. 网络应该在最佳的状态下完成通信。
  3. 如果一个 “信报” 没有到达目的地，最初发出 “信报” 的节点将很快重发该 “信报”。
  4. 网络之间由叫做 “黑匣子” 的设备进行互相连接，这里所谓的 “黑匣子” 就是后来被称为类似 “网关” 和 “路由器” 的设备。

在1982年做出了在 ARPANET 上使用 TCP/IP 以代替原来使用的网络控制协议（NCP）的决定

TCP/IP的4层架构

第4层（应用层）Telnet、FTP、HTTP、DNS、SNMP、SMTP等
第3层（传输层）TCP 和 UDP
第2层（网络层）IP、ICMP 和 IGMP
第1层（网络接口层）设备驱动程序和网络接口卡等

以上是关于TCP/IP 协议的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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