TCP/IP通俗易懂网络协议

昨晚在一个博主那里看懂一篇关于TCP/IP通俗易懂网络协议的文章，感觉写的非常不错，在这里就顺便做一下笔记吧。。。。

最简单的理解：TCP面向连接的，可靠的数据传输，建立连接需要三次握手，会造成delay

                        UDP是非连接的，不可靠的传输，UDP更

我感觉这个博主写的这个关TCP和UDP的解释非常好：从北京到杭州，TCP相当于修建了一条高速铁路（建立连接）再通车发货（传输数据），而UDP相当于寄快递，丢了不管（直接传输数据）

TCP/IP是什么

TCP/IP协议族是一组协议的集合，也叫做互联网协议族,实现互联网上主机之间的相互通信。TCP和IP只是其中的2个非常非常重要的协议，所以用TCP和IP命名这个互联网协议族。还包括其他的协议比如UDP，ICMP，IGMP等。

网络分层

互联网协议族TCP/IP四层划分：

TCP/IP自下到上划分为链路层，网络层，传输层，应用层。下层向上层提供能力，上层利用下层的能力提供更高的抽象。

1.链路层：也称网络接口层，包括操作系统的设备驱动程序和网卡，他们一起处理与传输媒介（光纤等）的物理接口细节。

2.网络层：也是IP层，负责处理IP数据报在网络中的传输，IP层传输的是IP数据报，借助路由表，把IP数据报从网络的一端传输到另一端，简而言之，IP实现包的路由传输，IP协议和路由器工作在网络层。

3.传输层，提供端到端之间的通信，包括提供面向连接和可靠的TCP，以及不可靠的UDP。看似TCP更好，但实际不是这样的，UDP因为不需要建连的开销，所以更快，应用更广。

4.应用层：跟应用有关，不同的应用解决不同的问题，需要不用的应用协议层。

链路层处理数据在媒介上的传输，以及主机与网卡，光线等打交道的细节。因为与硬件相关所以需要借助系统的驱动程序，链路层协议就是定义这些细节的，比如怎么把数据从网卡发送到光纤，采用什么格式的编码等，它解决数据在媒介上的表示流动问题。

光有链路层功能肯定是不够的，网络上有成千上万的机器，主机A与B通信，你不能将数据发到主机C，所以仿照现实，要为主机分配网络地址，通过IP地址去标识网络中的一台主机，发送一个数据包，需要正确路由到目的地，这就好比你从家到公司，要经过哪些路径，需要地图，而路由表就类似这张地图。IP解决的是数据包在网络中的传输路由的问题。

有了网络层就有了传输路由能力。因为IP报文在传输过程中可能会丢包，这样是不靠谱的，如果需要可靠的传输能力，便需要传输层基于IP层，提供更多的能力，TCP解决了可靠性的问题。具体而言，如果丢包了，TCP层会负责超时重传，它通过接收确认和重传机制保证了可靠传输。但有时候并不需要保证可靠性和顺序性，这便是UDP提供的。

再往上，便是应用层协议了，比如Http，又比如游戏服务器自定义协议，应用层协议通常基于TCP或者UDP做传输。

1.TCP和UDP是两种主要的传输层的协议。

2.IP是网络层的主要协议，TCP和UDP都需要利用IP协议进行传输。

3.ICMP是互联网协议控制报文协议，是IP的附属协议，IP层用它来与其他主机或路由器交换错误报文和其他重要信息。比如一个Packet经过某个路由器节点的时候，超过网络对Packet的长度限制，而又不分片，则会给发送端发送一个ICMP包报告错误信息，属于ICMP是用来辅助IP完成数据包传输的。

4.IGMP是Internet组管理协议，用来把一个包多播到多个主机。

5.ARP（地址解析协议）和RARP（逆地址解析协议）是用来转换IP层和链路层的地址，IP层使用IP地址，链路层使用Mac地址

 

封装

发送端在发送数据的时候，将原始数据按照协议格式加上一些控制信息，包装成可在网络上正确传输数据包的过程叫封装。

TCP/IP协议族是层层封装的，从应用层到链路层，每经过一层都要添加一些额外信息（首、尾部）。

1. 用户数据经过应用程序加上应用程序首部，转给TCP层处理
2. 经过TCP层加上TCP首部，产生TCP段（segment）
3. TCP segment经过IP层再加上IP首部，产生IP数据包（datagram）
4. IP datagram通过链路层，经以太网驱动程序处理后，加上以太网首部+尾部，产生以太网帧（frame），以太网帧的长度在46~1500之间

 

地址

互联网上每个接口都有一个唯一的网络地址，也叫IP地址，IP地址有IPv4和IPv6两个版本，IPv4是32位4字节的整数，每个字节（8bit）的取值范围是0~255，所以可以把4字节的IPv4用四个点分隔的byte值表示，比如140.252.13.88，每个十进制数值对应32位整数中的每个字节，这种表示法叫点分十进制表示法，很显然，点分十进制法和int32两种表示法之间很容易相互转换。

IPv4地址划分为ABCDE五类，32位地址表示的数值空间有限，难以为互联网上的所有联网设备分配独立的IP地址，所以便存在动态分配、共享、公网+内网地址转化（NAT）等问题，本质上是为了解决IP地址不够用的问题。

IPv6使用128bit，2的128次方就非常大了，号称可以为地球上每粒沙子分配一个ip地址。

IP数据报（网络层）用IP地址、而以太网帧（链路层）则是用硬件（48位Mac）地址，ARP和RARP用于IP地址和硬件地址之间做映射（转换）。

 

端口

TCP/UDP采用16位端口号来识别（区分）应用，比如主机A向主机B发送了一个IP报，主机B的内核收到该IP报之后，应该交给哪个应用程序去处理呢？端口号就是用来干这个的，内核会维护端口号到应用程序之间的对应关系。

比较常用的应用层协议有约定的端口号，也就是知名端口号，而1024~5000之间的端口号是分配给TCP/IP临时用的，而大于5000的另做他用。也就是说，你用TCP方式去连网络服务器，本地为该socket分配的端口号会在1024~5000之间，这取决于操作系统的端口分配策略。

域名系统

域名系统（DNS）提供主机名字和IP地址之间的转换，比如www.baidu.com是一个域名，应用程序可以通过一个标准库函数（gethostbyname）来获得给定名字主机的IP地址，标准库函数（gethostbyaddr）实现逆操作。

ip地址是一串数字，含义不清、也不便于记忆，主机名含义更清晰，www.baidu.com你就很容易记住，这也是为什么存在IP地址还需要主机名的原因。