TCP/IP 学习碎片

电路交换与分组交换

电路交换中，交换机主要负责数据的中转处理。计算机首先被连接到交换机上，而交换机与交换机之间则由众多通信链路再继续连接。建立连接后，用户可以一直占用这条线路，直到连接被断开。这样的弊端就是，并发用户数超过交换机之间的通信线路数，那通信根本无法实现。

分组交换让连接到通信电路的计算机将所要交换的数据分成多个数据包，按照一定的顺序排列后分别发送。由于在分组程中，已经在每个分组的首部写入了发送端和接收端的地址，所以即使同一条线路同时为多个用户提供服务，也可以明确区分每个分组数据发往的目的地，以及它是与哪台计算机进行的通信。

地址

TCP / IP 中使用 MAC 地址、IP 地址、端口号等信息作为地址标识。
网桥是根据物理地址（MAC 地址）进行处理，而路由器是根据 IP 地址进行处理的。
以太网会用MAC地址，IP 会用 IP 地址，而 TCP/UDP 则会用端口号作为识别两端主机的地址。

交换机

物理层：中继器 调整波形（放大与转发）
数据链路层：网桥识别判断（重构数据帧转发）
网络层：路由器 判断路径（转发至目标地址）
传输层、会话层、表示层、应用层：网关（数据转发，协议的转换）

TCP/IP 是利用 IP 进行通信时所必须用到的协议群的统称。

IP 协议不具有重发机制，即使数据没有到达对端主机也不会重发，因此属于非可靠传输协议。
TCP 面向有连接的传输层协议，可以保证两端通信主机之间的通信可达。TCP 能够正确处理在传输过程中的丢包、传输顺序乱掉等异常情况。但是为了建立与断开连接，有时它需要至少7次的发包收包，导致网络流量的浪费。
UDP 面向无连接的传输层协议。UDP 不会关注对端是否真的收到了传送过去的数据，如果需要检查对端是否收到分组数据包，或者对端是否连接到网络，需要在应用程序中实现。

包、帧、数据报、段、消息

包可以说是全能性术语，帧用于表示数据链路层中包的单位。而数据报是IP 和 UDP等网络层以上的分层中包的单位。段则表示 TCP 数据流中的信息。消息是应用协议中数据的单位。

包首部就像是协议的脸

网络中传输的数据包由两部分组成：一部分是协议所要用到的首部，另一部分是上层传过来的数据。

IP

Internet Protocol 网际协议
网络层的主要作用是实现终端节点之间的通信。一旦跨越多种数据链路，就需要借助网络层。
IP 的作用分为 3 个模块：IP 寻址、路由、IP 分包与组包。

TCP/UDP

TCP 提供可靠的通信传输，而UDP则常被用于让广播和细节控制交给应用的通信传输。IP 首部中有一个协议字段，用来标识网络层（IP）的上一层所采用的是哪一种传输层协议。根据这个字段的协议号，就可以识别 IP 传输的数据是 TCP 的内容还是 UDP 的内容。

TCP

TCP 是面向连接，可靠的流协议。为了提供可靠性传输，实行“顺序控制”、“重发控制”、“流量控制”、“拥塞控制”、提高网络利用率等功能。
TCP 通过校验和、序列号、确认应答、重发控制、连接管理以及窗口控制等机制实现可靠传输。
TCP 的确认应答处理、重发控制以及重复控制等功能都可以通过序列号实现。序列号是按顺序给发送数据的每一个字节都标上号码的编号。编号是有建立连接后产生的一个随机数，而后面的计算则是对每一字节加1. 接收端查询接收数据 TCP 首部中的序列号和数据长度，将自己下一步应该接收的序号作为确认应答返送回去。这样，通过序列号和确认应答号，实现可靠传输。
TCP 在建立连接的 3 次握手中确认适应的最大报文长度 MSS.
TCP 每发一个段进行一次确认应答的处理有一个缺点就是包的往返时间越长通信性能就越低。为解决这个问题，引入了窗口这个概念。
引入窗口，确认应答不再是以每个分段，而是以更大的单位进行确认，发送端在发送一个段以后不必要一直等待确认应答，而是继续发送。窗口大小就是指无需等待确认应答而可以继续发送数据的最大值。
流控制，接收端主机向发送端主机通知自己可以接收数据的大小，于是发送端会发送不超过这个大小的数据。这个大小就是窗口大小。
拥塞控制，在通信一开始就会通过慢启动的算法得出拥塞窗口值，对发送数据量进行控制，每收到一次应答，窗口的值会增加 1 个段。放大拥塞窗口也会使用一套算法进行控制。

UDP

UDP 是面向无连接，不具有可靠性的数据报协议。细微的处理它会交给上层的应用去完成。UDP可以确保发送消息的大小，却不能保证消息一定会到达。因此，应用会根据自己的需求进行重发处理。

Socket

应用在使用TCP或UDP时，会用到操作系统提供的类库。这种类库一般被称为 API。使用 TCP 或 UDP 通信时，又会广泛使用 套接字 的 API. 应用程序利用套接字，可以设置对端的 IP 地址、端口号，并实现数据的发送与接收。

端口号

TCP/IP 的通信中必须指出具体的应用程序，为了实现这一功能，使用端口号这样一种 识别码。根据端口号就可以识别在传输层上一层的应用层中所要进行处理的具体程序。一个程序可以使用多个端口。端口号用来识别同一台计算机中进行通信的不同应用程序。因此，它被称为程序地址。
TCP/IP 或 UDP/IP通信采用 5 个信息来识别一个通信: “源 IP 地址”、“目标 IP 地址”、“协议号”、“源端口号”、“目标端口号”。只要有一项不同，就被认为是不同的通信。
端口号由其使用的传输层协议决定。因此，不同的传输协议可以使用相同的端口号。但是，知名端口号与传输协议并无关系，只要端口一致都将分配同一种应用程序进行处理。