TCP/IP 概述

简介：本系列文章，主要对TCP/IP协议族进行概述，其实对于整个计算机网络来说，TCP/IP只是属于其中的一个或者两个层级里面的内容；

1.1 分层

网络协议通常分不同的层次进行开发，每一层分别负责不同的通信功能。TCP/IP通常被认为是一个四层的协议系统，如下图1-1所示。

1.1.1 各层简介

• 链路层，又称为数据链路层，主要负责设备驱动系统与计算机对应的网络接口；
• 网络层，主要负责处理分组在计算机网络中的活动，代表为IP协议；
• 运输层， 主要为两台主机的应用程序，提供端到端的通信，包括 TCP 协议和UDP协议;
• 应用层，负责处理特定的应用程序细节，包括 FTP议 和 SMTP 协议

1.2 TCP/IP的分层

在TCP/IP协议族中，有很多协议，下图1-2给出了主要协议：

图1-2 TCP/IP协议族中的不同层次协议

TCP与UDP是两个主要的运输层协议，它们都使用IP协议作为网络层的协议；其中TCP提供可靠的运输层服务，它具有超时重传等特点，而UDP协议，提供非可靠的运输层服务。
关于两者的详细，在以后的文章中体现；

1.3 互联网的地址（此处主要为IPV4）

互联网的每个接口都必须有一个唯一的Internet地址，也成为IP地址。其长度为32bit。IP地址具有五类不同的互联网地址格式，如下图所示：

此32为地址，被分成四个十进制的数，其中每一个整数代表为一个字节,此种方法被称为：点分十进制表示法 （Dotted decimal notation），故其各个IP地址的范围为：

1.4 域名系统DNS

为了网站访问的方便以及易记性，设计了一种IP与主机名之间映射信息的系统，即DNS域名系统，它是一个分布式的数据库；任何应用系统都可以调用一个标准的库函数来查看给定民称主机的IP地址，反之亦然；

1.5 分装

当应用程序使用TCP传送数据时，数据会被放入到协议栈中，然后逐层通过直到被当作一串比特流送入网络（数据链路层）。其中，每一层对接受的数据都要增加一些首部信息（有时也会增加尾部信息），进行区分，该过程如下图所示。

封装

在信息传递过程中，由于TCP、UDP等都像IP传送数据，因此IP会在IP首部中加入一个长度为8bit的数值，称作协议域。1代表ICMP协议，6代表TCP协议，17代表UDP协议；

类似的在应用程序采用TCP或者UDP传输数据时，也会在TCP首部使用一个16bit的数值来表示不同的应用程序，成为端口号；比较常用的1--1023，80，3036等；

链路层在发送和接收IP、ARP和RARP数据，同样需要再以太网的帧首部加入某些形式的标识，已表明生成数据的网络层协议。为此，以太网帧首部加入了一个16bit的帧类型域；

1.6 分用

当目的主机收到一个以太网数据帧时，数需要从协议栈中取出（有底向上升），同时去掉个协议层的加上的报文首部。每层协议盒都要去检查报文首部的协议标识，已确定接受数据的上层协议，这个过程就是分用；
其图示标识方式如下：

分用

1.7 客户-服务器模型

大部分网络应用程序在编写时都假设一段为客户，另一端为服务器，其目的是为了让服务器为客户提供一些特定的服务；
这种服务，可以分为两种：重复型和并发型；
重复型交互方式如下：

1. 等待一个客户的请求
2. 处理客户的请求
3. 返回响应给发送请求的客户
4. 返回第1步；
   其主要问题在与第2步，此时，其它请求无法被处理，只能够等待；

而并发型服务器交互方式如下：

1. 等待一个客户的请求
2. 启动一个新的服务器处理来自此客户的请求，在此期间可能产生一个新的进程、任务或者线程，并依赖底层操作系统的支持；且请求处理完毕后，终止新服务器；
3. 返回第1步；
   并发型的主要优点是，利用生产其他服务器来处理别的请求。可以同时为多个用户服务；
   一般来说，TCP服务器是并发的，UDP服务器是重复的；

1.8 端口号

在1.5中，我们已经直到，TCP/UDP采用16bit的端口号来识别应用程序；
一般，FTP服务器的端口号为21，Telnet服务器的端口号围殴23...，大多数知名端口都分布在1--255之间，而256--1023通常被Unix系统占用，以提供一些特定的服务。
因此，大多数TCP/IP实现给临时端口分配1024--5000之间的端口号，大于5000的端口号为其他服务器预留；

1.9 应用编程接口

使用TCP/IP协议的应用程序通常采用两种应用编程接口（API）：socket 和 TLI；
这些会在以后的学习中遇到；

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