计算机网络基础之TCP/IP协议层 与 DNS协议，IP协议，ARP协议

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协议

什么是协议？我觉得要理解什么是协议，首先要知道他是属于计算机中的术语。另一方面，也要清楚认识到，计算机是“傻瓜式”的，他不会做什么多余的工作的，它会按照我们给他的命令执行工作。对于要实现在两台计算机之间实现数据传输，我们要给计算机设置好命令，比如，如何建立连接，怎么样进行传输，怎样结束连接等等。因此，协议就可以理解为我们给计算机设置的一系列规则。

TCP/IP协议族

定义

根据《图解HTTP》中的理解，TCP/IP协议族是指与网络通信有关的所有协议的集合。

特点

TCP/IP协议族最大的特点是实现结构上的分层

为什么要进行分层？

假设我们在整个数据传输的过程中只使用一个协议，那么如果此时我想对数据传输的某一个过程进行优化时，比如我想要在数据传输的过程中进行数据的加密，这时候使用一个协议统筹的话，可能要替换整个协议。相反，采用分层结构之后，对于不同的层使用不同的协议，这样的话，如果进行某一层的优化不会影响其他层，且各层分工明确又相互协作，提交了效率。

层次结构：4层

• 应用层：向应用程序提供系统服务。主要协议有：HTTP，FTP，DNS
• 传输层：提供处于网络连接之中的两台计算机之间的数据传输，主要协议有TCP，UDP
• 网络层：处理网络中的流动的数据包。该层规定了数据包通过怎样的路径到达对方计算机。如果两台计算机之间的数据传输需要通过路由器等中转站时，该层的作用是从多条路线中选择一条合适的路线。
• 数据链路层：处理网络连接中的硬件部分。主要是通过MAC地址进行两台主机之间的数据帧的传输。

具体传输流程

发送端：

• 在传输层构造HTTP请求，并将请求报文发送给传输层
• 在传输层，为了传输效率考虑，TCP协议将请求报文分割成以数据报为单位的数据包，并给每个数据包依次加上序号及端口号
• 在网络层，IP协议通过IP寻址和路由选择传送至数据链路层
• 在数据链路层，通过ARP协议获得在网络层获取到的接下来要传输的目标主机或路由器的MAC地址，通过MAC地址实现数据帧的传输。

接收端：

• 数据链路层
• 网络层
• 传输层

• 应用层

  
  
  

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要注意的是，在发送的时候，每经过一层就会在请求头部加上该层专有的首部信息，同样，接收端在接收时每经过一层就删除所属该层的首部信息。

DNS协议

DNS，全名叫“域名解析系统”，提供IP地址和域名之间的双向解析服务。

DNS的解析过程

域名的层级结构如下：

主机名. 次级域名. 顶级域名. 根域名

以查询zh.wikipedia.org为例：

• 客户端首先会将查询报文发送至本地DNS服务器，DNS服务器会首先检查自身缓存，如果存在记录则直接返回结果。
• 如果缓存过期或者缓存不存在：
  • DNS服务器会发送查询报文到根域名服务器，获取其对应的顶级域名.org对应的根域名服务器地址。
  • DNS服务器发送查询报文到顶级域名.org的权威域名服务器，获取其对应的次级域名.wikipedia.org的权威域名服务器的地址
  • DNS服务器发送查询报文到次级域名wikipedia.org的权威域名服务器，获得主机zh的A记录（主机记录，用于将主机名映射为相应的IP地址），存入自身缓存并返回给客户端。

查询的类型

• 递归查询：主要是客户端的查询方式。 客户端发送查询报文到本地DNS服务器 ——> 获得最终结果
• 迭代查询：一般是DNS服务器之间的查询方式。主要是本地DNS服务器查询主机IP地址的过程。

IP协议

要注意，IP协议和IP地址的区别。IP协议是指一种协议，是规则。IP地址是节点被分配到的地址。

功能

• IP寻址：对网络层而言，通过IP地址进行相互之间的通信。
• 路由选择
  • 对于处于同一局域网的计算机之间的通信，通过数据链路层就可以完成相互通信。对于不同的网络之间的通信，需要借助路由器等第三方设备。
  • 当需要借助第三方设备即需要路由选择时，在传输转送的过程中，计算机和路由器只知道粗略的传输路线。就像发快递，到达一个转运点后，由那个转运点决定下一站发到哪里。

ARP协议

地址解析协议，指将目标IP地址转换为目标MAC地址的过程。主要功能为MAC寻址。

• 同一局域网中，两台计算机通过MAC地址就可以实现通信。
• 非同一局域网中，即使知道了目标主机的MAC地址也不能进行直接通信，必须经过路由转发才可以。此时，发送端获取到的不是真正的目的主机的MAC地址，而是路由器的MAC地址。然后，将数据帧发送给路由器，由路由器继续进行数据的转发。

参考文档

• 维基百科
• 阮一峰老师
• 图解HTTP