一文深入理解TCP/IP協(xié)議

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)是指能夠在多個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)間實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)膮f(xié)議簇。

TCP/IP協(xié)議不僅僅指的是TCP和IP兩個(gè)協(xié)議，而是指一個(gè)由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等協(xié)議構(gòu)成的協(xié)議簇，只是因?yàn)樵赥CP/IP協(xié)議中TCP協(xié)議和IP協(xié)議最具代表性，所以被稱之為TCP/IP協(xié)議。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層

包、幀、數(shù)據(jù)包、段、消息

以上五個(gè)術(shù)語(yǔ)都用來(lái)表述數(shù)據(jù)的單位，大致區(qū)分如下：

① 包可以說(shuō)是全能性術(shù)語(yǔ);

② 幀用于表示數(shù)據(jù)鏈路層中包的單位;

③ 數(shù)據(jù)包是 IP 和 UDP 等網(wǎng)絡(luò)層以上的分層中包的單位;

④ 段則表示 TCP 數(shù)據(jù)流中的信息;

⑤ 消息是指應(yīng)用協(xié)議中數(shù)據(jù)的單位。

每個(gè)分層中，都會(huì)對(duì)所發(fā)送的數(shù)據(jù)附加一個(gè)首部，在這個(gè)首部中包含了該層必要的信息，如發(fā)送的目標(biāo)地址以及協(xié)議相關(guān)信息。通常，為協(xié)議提供的信息為包首部，所要發(fā)送的內(nèi)容為數(shù)據(jù)。在下一層的角度看，從上一層收到的包全部都被認(rèn)為是本層的數(shù)據(jù)。

此外，還需了解IP、MAC、端口

IP 地址：用來(lái)識(shí)別 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)中互連的主機(jī)和路由器。

MAC：識(shí)別同一鏈路中不同的計(jì)算機(jī)。

端口：端口號(hào)用來(lái)識(shí)別同一臺(tái)計(jì)算機(jī)中進(jìn)行通信的不同應(yīng)用程序。因此，它也被稱為程序地址。

協(xié)議棧中數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程：

① 應(yīng)用程序處理

首先應(yīng)用程序會(huì)進(jìn)行編碼處理，這些編碼相當(dāng)于 OSI 的表示層功能;編碼轉(zhuǎn)化后，郵件不一定馬上被發(fā)送出去，這種何時(shí)建立通信連接何時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的管理功能，相當(dāng)于 OSI 的會(huì)話層功能。

② TCP 模塊的處理

TCP 根據(jù)應(yīng)用的指示，負(fù)責(zé)建立連接、發(fā)送數(shù)據(jù)以及斷開連接。TCP 提供將應(yīng)用層發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)順利發(fā)送至對(duì)端的可靠傳輸。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，需要在應(yīng)用層數(shù)據(jù)的前端附加一個(gè) TCP 首部。

③ IP 模塊的處理

IP 將 TCP 傳過來(lái)的 TCP 首部和 TCP 數(shù)據(jù)合起來(lái)當(dāng)做自己的數(shù)據(jù)，并在 TCP 首部的前端加上自己的 IP 首部。IP 包生成后，參考路由控制表決定接受此 IP 包的路由或主機(jī)。

④ 網(wǎng)絡(luò)接口(以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng))的處理

從 IP 傳過來(lái)的 IP 包對(duì)于以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)就是數(shù)據(jù)。給這些數(shù)據(jù)附加上以太網(wǎng)首部并進(jìn)行發(fā)送處理，生成的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包將通過物理層傳輸給接收端。

⑤ 網(wǎng)絡(luò)接口(以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng))的處理

主機(jī)收到以太網(wǎng)包后，首先從以太網(wǎng)包首部找到 MAC 地址判斷是否為發(fā)送給自己的包，若不是則丟棄數(shù)據(jù)。如果是發(fā)送給自己的包，則從以太網(wǎng)包首部中的類型確定數(shù)據(jù)類型，再傳給相應(yīng)的模塊，如 IP、ARP 等。這里的例子則是 IP 。

⑥ IP 模塊的處理

IP 模塊接收到數(shù)據(jù)后也做類似的處理。從包首部中判斷此 IP 地址是否與自己的 IP 地址匹配，如果匹配則根據(jù)首部的協(xié)議類型將數(shù)據(jù)發(fā)送給對(duì)應(yīng)的模塊，如 TCP、UDP。這里的例子則是 TCP。另外，對(duì)于有路由器的情況，接收端地址往往不是自己的地址，此時(shí)，需要借助路由控制表，在調(diào)查應(yīng)該送往的主機(jī)或路由器之后再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

⑦ TCP 模塊的處理

在 TCP 模塊中，首先會(huì)計(jì)算一下校驗(yàn)和，判斷數(shù)據(jù)是否被破壞。然后檢查是否在按照序號(hào)接收數(shù)據(jù)。最后檢查端口號(hào)，確定具體的應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)被完整地接收以后，會(huì)傳給由端口號(hào)識(shí)別的應(yīng)用程序。

⑧ 應(yīng)用程序的處理

接收端應(yīng)用程序會(huì)直接接收發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。通過解析數(shù)據(jù)，展示相應(yīng)的內(nèi)容。

TCP/IP 中有兩個(gè)具有代表性的傳輸層協(xié)議：TCP 和 UDP

TCP 是面向連接的、可靠的流協(xié)議。流就是指不間斷的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)應(yīng)用程序采用 TCP 發(fā)送消息時(shí)，雖然可以保證發(fā)送的順序，但還是猶如沒有任何間隔的數(shù)據(jù)流發(fā)送給接收端。TCP 為提供可靠性傳輸，實(shí)行“順序控制”或“重發(fā)控制”機(jī)制。此外還具備“流控制(流量控制)”、“擁塞控制”、提高網(wǎng)絡(luò)利用率等眾多功能。

UDP 是不具有可靠性的數(shù)據(jù)包協(xié)議。細(xì)微的處理它會(huì)交給上層的應(yīng)用去完成。在 UDP 的情況下，雖然可以確保發(fā)送消息的大小，卻不能保證消息一定會(huì)到達(dá)。因此，應(yīng)用有時(shí)會(huì)根據(jù)自己的需要進(jìn)行重發(fā)處理。

TCP 和 UDP 的優(yōu)缺點(diǎn)無(wú)法簡(jiǎn)單地、絕對(duì)地去做比較：TCP 用于在傳輸層有必要實(shí)現(xiàn)可靠傳輸?shù)那闆r;而在一方面，UDP 主要用于那些對(duì)高速傳輸和實(shí)時(shí)性有較高要求的通信或廣播通信。TCP 和 UDP 應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用的目的按需使用。

通過 IP 地址、端口號(hào)、協(xié)議號(hào)進(jìn)行通信識(shí)別：