Linux网络通信 -- TCP/IP协议

一、网络通信

网络是通过物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起，组成数据链路，从而达到资源共享和通信的目的，通过信息交换实现人与人、人与计算机、计算机与计算机之间的通信。

1. 网络通信要遵守网络协议，局域网中最常用的有三个网络协议：MICROSOFT的NETBEUI、NOVELL的IPX/SPX和TCP/IP协议。

a> NetBEUI - 网络基本输入输出系统扩展用户接口。NETBEUI是为IBM开发的非路由协议，用于携带NETBIOS通信。NETBEUI缺乏路由和网络层寻址功能，既是其最大的优点，也是其最大的缺点。

b> IPX/SPX - 互连网包交换/顺序包交换。IPX是NOVELL用于NETWARE客户端/服务器的协议群组，具有完全的路由能力，但是可扩展性受到其高层广播通信和高开销的限制。

c> TCP/IP允许与Internet完全的连接，这是其它协议不具备的。同时具备了可扩展性和可靠性的需求，但是不牺牲了速度和效率。

二、TCP/IP协议

1. 参考模型

国际标准化组织(ISO)定义了网络协议的基本框架，被称为OSI模型。OSI模型包括应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层及物理层。这个7层的协议模型虽然规定得非常细致和完善，但在实际中却得不到广泛的应用，其重要的原因之一就在于它过于复杂，但它仍是此后很多协议模型的基础。与此相区别的TCP/IP协议模型将OSI的7层协议模型简化为4层，从而更有利于实现和使用。TCP/IP协议模型包括应用层、传输层、网络层、网络接口层。

2. TCP/IP协议的4层协议

TCP/IP协议是网络中使用的基本通信协议。

网络接口层：网络接口层是TCP/IP的最底层，负责将二进制流转换成数据帧，并进行数据帧的发送和接收。数据帧是网络传输的基本单元。
网络层：网络层负责在主机之间的通信中选择数据包的传输路径，即 路由。当网络收到传输层的请求后，使用路由算法来确定是直接交付数据包，还是把它传递给路由器，最后把数据包交给适当的网络接口进行传输。
传输层：负责实现应用程序之间的通信服务，又称为端到端通信，传输层要提供可靠的传输服务，以确保数据到达无差错、无乱序。为了达到这个目的，传输层协议软件要进行协商。传输层协议软件要把传输的数据流分为分组。
应用层：应用层是分层模型的最高层。应用程序使用相应的应用层协议，把封装好的数据交给传输层或是传输层接收数据并处理。

3. 分层模型图

4. TCP与UDP的概念

TCP（传输控制协议）：为应用程序提供可靠的通信连接，适合一次传输大批数据的情况，并适应要求得到相应的应用程序。

UDP（用户数据包协议）：提供无连接通信，且不对传送包进行可靠的保证，适合一次传输少量数据。

三、TCP协议

TCP是TCP/IP体系中面向连接的传输层协议，提供全双工和可靠交付的服务，采用许多机制来确保数据的可靠性。

首先，TCP为发送的数据加上序列号，来保证数据能被接收方接收，且只能被正确接收一次。其次，TCP采用具有重传功能的确认技术作为可靠数据流传输服务的基础。由于发送方接收到数据之后会返回一个ACK信号，所以发送方检测ACK信号来判断是否接收成功。如果接收失败，就会重新发送刚才的数据。最后，TCP采用可变长的滑动窗口协议进行流量控制，防止发送方与接收方数据不匹配造成数据丢失。采用可变长的滑动窗口，可以对接收/发送的数据进行动态调节，灵活性更强。

四、UDP协议

UDP也是TCP/IP体系中面向连接的传输层协议，是一种无连接协议，因此不需要三次握手来建立连接。UDP协议比TCP协议更为高效，解决了实时性的问题。