TCP/IP分层模型在通信中的应用

• 一些需要了解的概念
  数据包：由两部分构成，一部分是协议所需要用到的首部，另一部分是上一层协议中传过来的数据；
  首部的结构由协议的具体规范详细定义，明确的标明了应该如何读取数据，即看到首部就能够了解该协议必要的信息以及所要处理的内容，因此看到包首部就如同看到了协议规范。
  数据单位：包、帧、数据报、段、消息
  消息是指应用协议中的数据单位；段是指传输层中的数据单位；数据报是网络层的中数据单位；帧是指数据链路层的数据单位；包是一个全能性的术语，上述所有的单位都能称之为对应层的包。
  数据包首部：每个分层中，都会对锁发送的数据附加一个首部，这个首部包含了该层的必要信息，即从上一层收到的包全部都能认为是本层的数据
  
  数据包首部的层次变化
• 发送邮件的通信示例
  
  发送邮件
  
  步骤一：发送端应用层处理
  首先进行编码处理，相当于OSI中的表示层功能；其次进行确定何时建立通信连接合适发送数据的管理功能，相当于OSI参考模型中的会话层功能；最后在发送的那一刻建立TCP连接
  步骤二：发送端传输层处理
  TCP根据应用层的指示，负责建立连接、发送数据以及断开连接；TCP提供将应用层发来的数据顺利发送至对端的可靠数据，为了实现这个功能，需要在应用层传过来的数据前添加一个TCP首部，TCP首部中包括源端口号和目标端口号、序号以及校验和，随后将加了TCP首部的包发送给IP
  源端口号和目标端口号：用来识别发送主机跟接收主机上的应用。
  序号：用来表示该包中的数据使发送端整个数据中第几个字节的序列号。
  校验和：用来判断数据是否被破快的方法（Check Sum）
  步骤三：发送端网络层处理
  IP将TCP传过来的TCP首部和TCP数据结合起来当做自己的数据，并在TCP首部的前端增加自己的IP首部，IP首部中包含接收端IP地址以及发送端IP地址。
  IP包生成后，参考路由控制表找到决定接受此IP包的路由或主机，随后IP包将被发送给连接这些路由器或主机网络接口的驱动程序，以实现真正发送数据。
  对于接收端的MAC地址，可以通过ARP查找，只要知道了对端的MAC地址，就可以将MAC地址和IP地址交给以太网的驱动程序，实现数据传输。
  步骤四：发送端数据链路层处理
  IP传过来的IP包，对于以太网驱动来说就是数据，在经过数据链路层时，给数据加上以太网首部并进行发送处理。以太网首部中包含接收端MAC地址、发送端MAC地址以及标志以太网类型的以太网数据协议。根据上述信息产生的以太网数据包将通过物理层传输给接收端。
  此时 我们来看一下经过数据链路层的包都包含了哪些东西。
  
  经过数据链路层的包
  
  包流动时，从前往后一次被附加了以太网首部、IP包首部、TCP包首部（或UDP包首部）以及应用自己的包首部和数据。包的最后追加了以太网包尾（Ethernt Trailer）。
  每个包首部都必须包含两个信息：一个是发送端和接收端的地址，另一个是上一层的协议类型（识别位）。
  （1）以太网用MAC地址，IP会用IP地址，TCP/UDP会用端口号作为识别两端主机的地址，应用程序中也会有像电子邮件地址这样的信息来标识地址，这些地址信息会在包经过各个分层时附加到对应协议的包首部里边。
  （2）每个包首部的识别位用来标识上一层协议的种类信息，比如以太网类型、IP中的协议类型以及TCP/UDP中两个端口的端口号等都起着识别协议类型的作用。应用层的首部信息中有时也会有一个用来识别其数据类型的标签。
  步骤五：接收端数据链路层处理
  主机收到以太网包以后，首先从以太网的包首部找到MAC地址判断是否为发给自己的包，如果不是则将数据丢弃；若是发给自己的，就从以太网包首部中的类型域从而确定以太网协议所传过来的数据类型，上述例子中的包的数据类型是IP包，确定了数据类型是IP包后，就交给处理IP的子程序，此时数据类型是其他可识别的协议就交给对应能够处理该协议的子程序进行处理，若包含一个无法识别的协议类型，则丢弃数据。
  步骤六：接收端网络层处理
  IP模块收到IP包首部以及后面的数据部分，也做类似上述处理；首先判断首部中的IP地址与自己的地址是否匹配，如果是就接收数据并从中查找上一层的协议，如果判断是TCP，交给TCP去处理，如果是UDP就交给UDP去处理。在有路由的情况下，接收端地址往往不是自己的地址，需要借助路由控制表，在调查应该送达的主机或路由器以后再转发数据。
  步骤七：接收端传输层处理
  TCP模块中，首先计算一下校验和，确认数据未被破坏；其次检查是否按照序号接收数据。最后检查端口号，确定具体的应用程序。
  数据接收完毕后，会发送一个“确认收到”的回执给发送端。如果回执信息未能达到发送端，则发送端就会认为接收端没有接收，一直持续发送。数据被完整的接收后，会传给由端口号识别的应用程序。
  步骤八：接收端应用层处理
  接收端接受发送端发来的数据，通过解析数据解析到收件人的邮件，当这个邮件恰好存在，此时收件人就收到“早上好”这个信息，如果收件人不存在、磁盘饱满等情况出现，就会给发送端发送回执，这就是应用层所做的事情。