网络基础——TCP/IP

Posted 2021-03-14 kwan-c

网络基础——TCP/IP

一、TCP/IP协议族

计算机与网络设备要相互通信，双方就必须基于相同的方法。比如，如何探测到通信目标、由哪一边先发起通信、使用哪种语言进行通信、怎样结束通信等规则都需要事先确定。不同的硬件、操作系统之间的通信，所有的这一切都需要一种规则。而我们就把这种规则称为协议（protocol）。

如图：TCP/IP是互联网相关的各类协议族的总称。

协议中存在各式各样的内容。从电缆的规格到IP地址的选定方法、寻找异地用户的方法、双方建立通信的顺序，以及Web页面显示需要处理的步骤，等等。

像这样把与互联网相关联的协议集合起来总称为TCP/IP。也有说法认为，TCP/IP是指TCP和IP这两种协议。还有一种说法认为，TCP/IP是在IP协议的通信过程中，使用到的协议族的统称。

二、TCP/IP的分层管理

TCP/IP协议族里重要的一点就是分层。TCP/IP协议族按层分别分为以下4层：应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。（也有分为7层的，但是大家通常是分为5层）

我本科学的“电子信息科学与技术”是工作在物理层和数据链路层的。
程序员是工作在应用层的（略带一点传输层）。

把TCP/IP层次化是有好处的。比如，如果互联网只由一个协议统筹，某个地方需要改变设计时，就必须把所有部分整体替换掉。而分层之后只需要把变动的层替换掉即可。把各层之间的接口部分规划好之后，每个层次内部的设计就能够自由改动了。

值得一提的是，层次化之后，设计也变得相对简单了。处于应用层上的应用可以只考虑分派给自己的任务，而不需要弄清对方在地球哪个地方、对方的传输路线时怎样的、是否能确保传输送达等问题。

简单介绍一下各层的作用：

1、应用层

应用层决定了向用户提供应用服务时通信的活动。

TCP/IP协议族内预存了各类通用的应用服务。比如，FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）和DNS（Domain Name System，域名系统）服务就是其中两类。

HTTP协议也处于该层。

2、传输层

传输层对上层应用层，提供处于网路连接中的两台计算机之间的数据传输。

在传输层有两个性质不同的协议：TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）和UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）。

3、网络层（又称网络互连层）

网络层用来处理在网络上流动的数据包。数据包时网络传输的最小数据单位。该层规定了通过怎样的路径（所谓的传输路线）到达对方计算机，并把数据包传送给对方。

与对方计算机之间通过多台计算机或网络设备进行传输时，网络层所起的作用就是在众多的选项内选择一条传输路线。

4、数据链路层（又称链路层，网络接口层）

用来处理连接网络的硬件部分。包括控制操作系统、硬件的设备驱动、NIC（Network Interface Card，网络适配器，即网卡），及光纤等物理可见部分（还包括连接器等一切传输媒介）。硬件上的范畴均在链路层的作用范围之内。

5、物理层

基于电器特性发送高低电压，其实电路方面的就是属于物理层的。

三、TCP/IP通信传输流

利用TCP/IP协议族进行网络通信时，会通过分层顺序与对方进行通信。发送端从应用层往下走，接收端则往应用层往上走。

用HTTP举例说明，首先作为发送端的客户端在应用层（HTTP协议）发出一个想看某个Web页面的HTTP请求。

接着，为了传输方便，在传输层（TCP协议）把从应用层那里收到的数据（HTTP请求报文）进行分割，并在各个报文上打上标记序号及端口序号后转发给网络层。

在网络层（IP协议），增加作为通信目的地的MAC地址后转发给链路层。这样一来，发往网络的通信请求就准备齐全了。

接收端的服务器在链路层接收到数据，按顺序往上层发送，一直到应用层。当传输到应用层，才能算真正接收到由客户端发送过来的HTTP请求。

发送端在层与层之间传输数据时，每经过一层时必定会在报文上加上一个该层所属的首部信息。反之，接收端在层与层传输数据时，每经过一层时会把对应的首部消去，即一层一层的拆包，每一层只拆自己层的首部信息。

这种把数据信息包装起来的做法称为封装。