TCP/IP 协议的工作流程

声明：主要内容总结于《鸟哥的LINUX私房菜-基础学习篇》,如有疑问以书本内容为准。

          网络节点之间的沟通是需要遵守协议的，理想而严谨的工作协议就是OSI七层协议，又因为OSI协议的过于严谨而导致程序撰写的相当不容易，因此实际生活中广泛使用的为简化了的协议： TCP/IP协议

             

               

        那么TCP/IP如何工作的了？ 以连接Yahoo网站为例，整个流程如下：

• 应用程序阶段： 打开浏览器，在浏览器地址栏中输入网址，按下“Enter”键。此时网址信息与相关数据会被浏览器包成一个数据，并向下传给TCP/IP的应用层。
• 应用层：由应用层提供HTTP通信协议，将来自浏览器的数据封装起来，并给予一个应用层报头，再向传输层丢去。
• 传输层：由于HTTP为可靠连接，因此将该数据丢入TCP封装内，并给予一个TCP封装的报头，向网络层丢去。
• 网络层：将TCP数据封装到IP数据包内，再给予一个IP包头，向网络接口层丢去。
• 网络接口层：若使用以太网络，IP会依据CSMA/CD标准，封装到MAC数据帧中，并给予MAC帧头，再转成比特流后，利用传输介质发送到远程主机上。

        等到Yahoo收到数据包后，再以相反方向拆解开来，然后交给对应层次进行分析，最后就让Yahoo的WWW服务器软件获知你所想要的数据，该服务器软件再根据你的要求取得正确资料，再依据上次流程，传递到你的手上。

        1、先说TCP/IP协议的传输层，这一层定义了发送端与接收端的连接技术（TCP、UDP技术），确保各个资料数据包可以正确无误的到达目的端。其中比较重要的几个概念：          

• 传输层遵循的两个协议：面向连接的可靠的TCP协议，无连接的UDP协议。
• 源端口/目标端口：IP数据包的传送主要是利用IP地址连接两端，但是连接到两端的什么地方呢？ 就是端口（port）
• TCP的三次握手：网络是双向的，所以不论服务器端或是客户端，都要通过一次SYN（要求建立连接）与ACK（收到数据后响应）来建立连接，所以要三次握手。

        第一次：客户端随机获取>1024的port, 发送TCP数据包：SYN=1， seq:10001(请求建立客户端到服务器的连接)

        第二次：服务器端有监听的端口接收到数据， 同时发送TCP数据包：ASK=1，ack=10002(发过去后让客户端知道服务器接收了由客户端发送的数据包，同意建立客户端到                            服务器的连接)，  SYN=1，seq=20001(请求建立服务器到客户端的连接)        

        第三次：客户端收到服务器端ACK及ack确认之前数据包被正确接收，客户端同意建立服务器到客户端的连接，发送TCP数据包：ACK=1，ack=20002

        注：每次发送数据包进行握手时，同样也是按照TCP/IP数据传送流程进行传输。

• UDP协议传送过程中，接收端接收到数据包后不会回复响应数据包（ASK）给发送端，所以不提供可靠的传输模式。

       鸟哥经常拿上课例子来给大家形象的介绍TCP与UDP的区别，比如介绍TCP时鸟哥叫一个同学起来，实际表演三次握手：

       鸟哥说：A同学你在不在？

       A同学说：我在！那鸟哥你在不在？

      鸟哥说：我也在。

      此时两人就确认彼此可以听到对方在说什么，即可靠连接。

      介绍UDP时，鸟哥说：“现在老师就是在进行UDP的传送，因为老师一直在讲，我也没有注意到你有没有听到，也不需要等待你的响应数据包。当然你没有听到老师讲啥，老师也不知道”。

        2、你传输层的TCP数据包或者UDP数据包不能直接凭空传到对方传输层，你要做好TCP/UDP的报头，丢给网络层。网络层会将TCP/UDP数据包封装到IP数据包内，再给予IP包头。其中几个比较重要的概念：

• 网络层遵守的协议：IP协议，ICMP协议。
• IP数据包中最重要的就是来源IP地址与目标IP地址，IP地址由32位组成。又可细分为Net_ID(网络号码)与Host_ID(主机号码)。
• 同一网段内，主机IP有相同的Net_ID,且Host_ID不可重复，Host_ID全为0表整个网段的地址（Network IP）,全1表示广播的地址（Broadcast IP）,只要知道用户不可将Host_ID设置为全0或全1即可。
• 相同物理网段的主机使用相同的网络IP范围，则这些主机可以通过CSMA/CD的功能直接在局域网内用广播进行网络的连接，即可以直接网卡对网卡传递数据（通过MAC数据帧）
• 相同物理网段内，若两部主机使用不同的IP网段地址，需使用路由器进行沟通
• PC01要发送IP数据包，主机分析自己的路由表，若目标IP与主机IP的Net_ID相同，则PC01直接通过局域网功能，将数据直接传送给目的主机；若不在同一网络，PC01分析路由表是否有相符合路由设置值，没有则将IP数据送到默认路由器中，默认路由器分析自己的路由表，将IP数据继续往正确的方向传。

       3、 事实上整个网络硬件上面传送的数据是数据帧（MAC），所以网络层的IP数据包会依据CSMA/CD标准，封装到MAC数据帧中，帧头会有目标与来源的网卡卡号，因此网卡卡号也叫MAC地址（硬件地址）。

• 网络接口层遵守的协议：CSMA/CD
• 每张以太网卡对应独一无二的卡号，即MAC地址

                       图示：各数据包间相关性