TCP/IP详解学习笔记(1)-基本概念

为什么会有TCP/IP协议

在世界上各地，各种各样的电脑运行着各自不同的操作系统为大家服务，这些电脑在表达同一种信息的时候所使用的方法是千差万别。就好像圣经中上帝打乱了各地人的口音，让他们无法合作一样。计算机使用者意识到，计算机只是单兵作战并不会发挥太大的作用。只有把它们联合起来，电脑才会发挥出它最大的潜力。于是人们就想方设法的用电线把电脑连接到了一起。

但是简单的连到一起是远远不够的，就好像语言不同的两个人互相见了面，完全不能交流信息。因而他们需要定义一些共通的东西来进行交流，TCP/IP就是为此而生。TCP/IP不是一个协议，而是一个协议族的统称。里面包括了IP协议，IMCP协议，TCP协议，以及我们更加熟悉的http、ftp、pop3协议等等。电脑有了这些，就好像学会了外语一样，就可以和其他的计算机终端做自由的交流了。

TCP/IP协议分层

提到协议分层，我们很容易联想到ISO-OSI的七层协议经典架构，但是TCP/IP协议族的结构则稍有不同。如图所示

I C M P是I P协议的附属协议。I P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。
第6章对I C M P的有关细节进行讨论。尽管I C M P主要被I P使用，但应用程序也有可能访问它。我
们将分析两个流行的诊断工具，P i n g和Tr a c e r o u t e（第7章和第8章），它们都使用了I C M P。
I G M P是I n t e r n e t组管理协议。它用来把一个U D P数据报多播到多个主机。我们在第1 2章中
描述广播（把一个U D P数据报发送到某个指定网络上的所有主机）和多播的一般特性，然后
在第1 3章中对I G M P协议本身进行描述。
A R P（地址解析协议）和R A R P（逆地址解析协议）是某些网络接口（如以太网和令牌环
网）使用的特殊协议，用来转换I P层和网络接口层使用的地址。我们分别在第4章和第5章对
这两种协议进行分析和介绍。

TCP/IP协议族按照层次由上到下，层层包装。最上面的就是应用层了，这里面有http，ftp,等等我们熟悉的协议。而第二层则是传输层，著名的TCP和UDP协议就在这个层次（不要告诉我你没用过udp）。第三层是网络层，IP协议就在这里，它负责对数据加上IP地址和其他的数据（后面会讲到）以确定传输的目标。第四层是叫数据链路层，这个层次为待传送的数据加入一个以太网协议头，并进行CRC编码，为最后的数据传输做准备。再往下则是硬件层次了，负责网络的传输，这个层次的定义包括网线的制式，网卡的定义等等（这些我们就不用关心了，我们也不做网卡），所以有些书并不把这个层次放在tcp/ip协议族里面，因为它几乎和tcp/ip协议的编写者没有任何的关系。发送协议的主机从上自下将数据按照协议封装，而接收数据的主机则按照协议从得到的数据包解开，最后拿到需要的数据。这种结构非常有栈的味道，所以某些文章也把tcp/ip协议族称为tcp/ip协议栈。

一些基本的常识

在学习协议之前，我们应该具备一些基本知识。

• 互联网地址(ip地址)

  网络上每一个节点都必须有一个独立的Internet地址（也叫做IP地址）。现在，通常使用的IP地址是一个32bit的数字，也就是我们常说的IPv4标准，这32bit的数字分成四组，也就是常见的255.255.255.255的样式。IPv4标准上，地址被分为五类，我们常用的是B类地址。具体的分类请参考其他文档。需要注意的是IP地址是网络号+主机号的组合，这非常重要。

  
  

  有三类I P地址：单播地址（目的为单个主机）、广播地址（目的端为给定网络上的所有主
  机）以及多播地址（目的端为同一组内的所有主机）
  

  
  

• 域名系统

  域名系统是一个分布的数据库，它提供将主机名（就是网址啦）转换成IP地址的服务。

• RFC

  RFC是什么？RFC就是tcp/ip协议的标准文档，在这里我们可以看到RFC那长长的定义列表，现在它一共有4000多个协议的定义，当然，我们所要学习的，也就是那么十几个协议而已。

• 端口号(port)

  注意，这个号码是用在TCP，UDP上的一个逻辑号码，并不是一个硬件端口，我们平时说把某某端口封掉了，也只是在IP层次把带有这个号码的IP包给过滤掉了而已。

• 应用编程接口

  现在常用的编程接口有socket和TLI。而前面的有时候也叫做“Berkeley socket”，可见Berkeley对于网络的发展有多大的贡献。

  
  

  
  

  当应用程序用T C P传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作
  一串比特流送入网络。其中每一层对收到的数据都要增加一些首部信息（有时还要增加尾部
  信息），该过程如图1 - 7所示。T C P传给I P的数据单元称作T C P报文段或简称为T C P段（T C P
  s e g m e n t）。I P传给网络接口层的数据单元称作I P数据报(IP datagram)。通过以太网传输的比特
  流称作帧(Fr a m e )。