一文深入理解TCP/IP協(xié)議

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)是指能夠在多個不同網(wǎng)絡(luò)間實現(xiàn)信息傳輸?shù)膮f(xié)議簇。

TCP/IP協(xié)議不僅僅指的是TCP和IP兩個協(xié)議，而是指一個由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等協(xié)議構(gòu)成的協(xié)議簇， 只是因為在TCP/IP協(xié)議中TCP協(xié)議和IP協(xié)議最具代表性，所以被稱之為TCP/IP協(xié)議。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層

包、幀、數(shù)據(jù)包、段、消息

以上五個術(shù)語都用來表述數(shù)據(jù)的單位，大致區(qū)分如下：

① 包可以說是全能性術(shù)語;

② 幀用于表示數(shù)據(jù)鏈路層中包的單位;

③ 數(shù)據(jù)包是 IP 和 UDP 等網(wǎng)絡(luò)層以上的分層中包的單位;

④ 段則表示 TCP 數(shù)據(jù)流中的信息;

⑤ 消息是指應(yīng)用協(xié)議中數(shù)據(jù)的單位。

每個分層中，都會對所發(fā)送的數(shù)據(jù)附加一個首部，在這個首部中包含了該層必要的信息，如發(fā)送的目標(biāo)地址以及協(xié)議相關(guān)信息。通常，為協(xié)議提供的信息為包首部，所要發(fā)送的內(nèi)容為數(shù)據(jù)。在下一層的角度看，從上一層收到的包全部都被認(rèn)為是本層的數(shù)據(jù)。

此外，還需了解IP、MAC、端口

IP 地址：用來識別 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)中互連的主機(jī)和路由器。

MAC：識別同一鏈路中不同的計算機(jī)。

端口：端口號用來識別同一臺計算機(jī)中進(jìn)行通信的不同應(yīng)用程序。因此，它也被稱為程序地址。

協(xié)議棧中數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程：

① 應(yīng)用程序處理

首先應(yīng)用程序會進(jìn)行編碼處理，這些編碼相當(dāng)于 OSI 的表示層功能;編碼轉(zhuǎn)化后，郵件不一定馬上被發(fā)送出去，這種何時建立通信連接何時發(fā)送數(shù)據(jù)的管理功能，相當(dāng)于 OSI 的會話層功能。

② TCP 模塊的處理

TCP 根據(jù)應(yīng)用的指示，負(fù)責(zé)建立連接、發(fā)送數(shù)據(jù)以及斷開連接。TCP 提供將應(yīng)用層發(fā)來的數(shù)據(jù)順利發(fā)送至對端的可靠傳輸。為了實現(xiàn)這一功能，需要在應(yīng)用層數(shù)據(jù)的前端附加一個 TCP 首部。

③ IP 模塊的處理

IP 將 TCP 傳過來的 TCP 首部和 TCP 數(shù)據(jù)合起來當(dāng)做自己的數(shù)據(jù)，并在 TCP 首部的前端加上自己的 IP 首部。IP 包生成后，參考路由控制表決定接受此 IP 包的路由或主機(jī)。

④ 網(wǎng)絡(luò)接口(以太網(wǎng)驅(qū)動)的處理

從 IP 傳過來的 IP 包對于以太網(wǎng)來說就是數(shù)據(jù)。給這些數(shù)據(jù)附加上以太網(wǎng)首部并進(jìn)行發(fā)送處理，生成的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包將通過物理層傳輸給接收端。

⑤ 網(wǎng)絡(luò)接口(以太網(wǎng)驅(qū)動)的處理

主機(jī)收到以太網(wǎng)包后，首先從以太網(wǎng)包首部找到 MAC 地址判斷是否為發(fā)送給自己的包，若不是則丟棄數(shù)據(jù)。如果是發(fā)送給自己的包，則從以太網(wǎng)包首部中的類型確定數(shù)據(jù)類型，再傳給相應(yīng)的模塊，如 IP、ARP 等。這里的例子則是 IP 。

⑥ IP 模塊的處理

IP 模塊接收到數(shù)據(jù)后也做類似的處理。從包首部中判斷此 IP 地址是否與自己的 IP 地址匹配，如果匹配則根據(jù)首部的協(xié)議類型將數(shù)據(jù)發(fā)送給對應(yīng)的模塊，如 TCP、UDP。這里的例子則是 TCP。另外，對于有路由器的情況，接收端地址往往不是自己的地址，此時，需要借助路由控制表，在調(diào)查應(yīng)該送往的主機(jī)或路由器之后再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

⑦ TCP 模塊的處理

在 TCP 模塊中，首先會計算一下校驗和，判斷數(shù)據(jù)是否被破壞。然后檢查是否在按照序號接收數(shù)據(jù)。最后檢查端口號，確定具體的應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)被完整地接收以后，會傳給由端口號識別的應(yīng)用程序。

⑧ 應(yīng)用程序的處理

接收端應(yīng)用程序會直接接收發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。通過解析數(shù)據(jù)，展示相應(yīng)的內(nèi)容。

TCP/IP 中有兩個具有代表性的傳輸層協(xié)議：TCP 和 UDP

TCP 是面向連接的、可靠的流協(xié)議。流就是指不間斷的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)應(yīng)用程序采用 TCP 發(fā)送消息時，雖然可以保證發(fā)送的順序，但還是猶如沒有任何間隔的數(shù)據(jù)流發(fā)送給接收端。TCP 為提供可靠性傳輸，實行“順序控制”或“重發(fā)控制”機(jī)制。此外還具備“流控制(流量控制)”、“擁塞控制”、提高網(wǎng)絡(luò)利用率等眾多功能。

UDP 是不具有可靠性的數(shù)據(jù)包協(xié)議。細(xì)微的處理它會交給上層的應(yīng)用去完成。在 UDP 的情況下，雖然可以確保發(fā)送消息的大小，卻不能保證消息一定會到達(dá)。因此，應(yīng)用有時會根據(jù)自己的需要進(jìn)行重發(fā)處理。

TCP 和 UDP 的優(yōu)缺點無法簡單地、絕對地去做比較：TCP 用于在傳輸層有必要實現(xiàn)可靠傳輸?shù)那闆r;而在一方面，UDP 主要用于那些對高速傳輸和實時性有較高要求的通信或廣播通信。TCP 和 UDP 應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用的目的按需使用。

通過 IP 地址、端口號、協(xié)議號進(jìn)行通信識別：

① 和 ② 的通信是在兩臺計算機(jī)上進(jìn)行的。它們的目標(biāo)端口號相同，都是80。這里可以根據(jù)源端口號加以區(qū)分。

③ 和 ① 的目標(biāo)端口號和源端口號完全相同，但它們各自的源 IP 地址不同。

此外，當(dāng) IP 地址和端口號全都一樣時，我們還可以通過協(xié)議號來區(qū)分(TCP 和 UDP)。

審核編輯：湯梓紅