你怎么这样写标题呀？还不是我想让你点进来看看《TCP/IP协议》（一）

我是方圆&＃xff0c;愿你勇敢&＃xff0c;愿你永不孤单

1. 什么是协议呢&＃xff1f;

协议就是计算机与计算机之间通过网络实现通信时事先达成的一种约定。这种约定使得不同厂商的设备、不同的CPU以及不同的操作系统组成的计算机之间&＃xff0c;只要遵循相同的协议&＃xff0c;就能够实现通信。若协议不同&＃xff0c;就不能通信。

加深理解&＃xff1a; 如果把进行通信的计算机理解为两个人&＃xff0c;其分别为A、B,A与B同样都使用汉语进行交流&＃xff0c;就表示遵循了同一种协议&＃xff0c;能够进行通信&＃xff0c;若A使用了汉语&＃xff0c;B使用了英语&＃xff0c;则无法进行通信。

2. 理解了协议&＃xff0c;分组交换协议就很好理解了

我们先看一张图&＃xff1a;

分组交换协议就是&＃xff0c;将大数据块儿拆分成一个个叫做包的较小单位进行传输的方法。其中报文首部包含发送端地址&＃xff0c;接收端地址以及分组序号&＃xff08;标明数据包属于大数据块儿的哪一部分&＃xff09;。

3. OSI七层参考模型&＃xff0c;我们必须得掌握

每个分层都接收由它下一层所提供的特定服务&＃xff0c;并且负责为自己的上一层提供特定的服务。

• 分层的优点&＃xff1a;能够细分通信功能&＃xff0c;更加易于单独实现每个分层的协议&＃xff0c;并界定各个分层的具体责任和义务。
• 分层的劣势&＃xff1a;过于模块儿化&＃xff0c;使批处理变得更加沉重以及每个模块都不得不实现相似的处理逻辑。

3.1 为了理解分层&＃xff0c;我们举一个小栗子

我们还是先来看一张图

加深理解&＃xff1a; 语言层遵循汉语协议&＃xff0c;保证了两个人都听得懂对方说的话&＃xff1b;通信设备层遵循了电话机协议&＃xff0c;保证电话之间能联通。

3.2 七层参考模型及其各层的作用

• 仅仅是个模型而已

1. 物理层&＃xff1a;负责0&＃xff0c;1比特流&＃xff08;0&＃xff0c;1序列&＃xff09;与电压的高低、光的闪灭之间的互换。
2. 数据链路层&＃xff1a;负责物理层上互连的、节点之间的通信传输。&＃xff08;例如一个以太网相连的2个节点之间的通信&＃xff09;
   将0&＃xff0c;1序列划分为具有意义的数据帧传送给对端&＃xff08;数据帧的生成和接受&＃xff09;
3. 网络层&＃xff1a;将数据传输到目标地址。目标地址可以是多个网络通过路由器连接而成的某一个地址。因此这一层主要负责寻址和路由的选择。
4. 传输层&＃xff1a;起着可靠传输的作用。只在通信双方节点上进行处理&＃xff0c;而无需在路由器上处理。
5. 会话层&＃xff1a;负责建立和断开通信连接&＃xff08;数据流动的逻辑通路&＃xff09;&＃xff0c;以及数据的分割等数据传输相关的管理。
6. 表示层&＃xff1a;将应用处理的信息转换为适合网络传输的格式&＃xff0c;或将来自下一层的数据转换为上层能够处理的格式。因此&＃xff0c;它主要负责数据格式的转换。
   具体来说&＃xff0c;就是将设备固有的数据格式转换为网络标准传输格式。不同设备对同一比特流解释的结果可能会不同。因此&＃xff0c;是它们保持一致是这一层的主要作用。
7. 应用层&＃xff1a;为应用程序提供服务并规定应用程序中通信相关的细节。包括文件传输、电子邮件、远程登录等协议。

3.3 七层通讯

加深理解&＃xff1a; 发送端&＃xff0c;在处理上一层传过来的数据时&＃xff0c;会加上当前层协议所必须的头部信息&＃xff1b;在接收端&＃xff0c;会对收到的数据进行首部与内容的拆解&＃xff0c;再发送给上一层&＃xff0c;最终恢复为原始数据。

3.3.1 应用层的工作&＃xff08;皆以收发邮件为例&＃xff09;

3.3.2 表示层的工作

加深理解&＃xff1a; 在此例中&＃xff0c;邮件的文字内容被转换成通用标准的格式后在进行处理&＃xff0c;使得异构的机型之间也能保持数据的一致性&＃xff0c;若数据编码格式不一致&＃xff0c;会导致乱码发生。我们常用的文字编码格式UTF-8&＃xff0c;表示层会将编码格式附加在首部信息中。

3.3.3 会话层的工作

加深理解&＃xff1a; 在该层首部信息中&＃xff0c;记录着数据的传送顺序和连接方式。比如&＃xff0c;我要发送三封邮件&＃xff0c;那么我可以选择发送一封建立一次连接&＃xff0c;然后断开&＃xff1b;还可以建议一次连接&＃xff0c;将三封邮件全部发给接收端。该层就决定了哪一种连接方式。

3.3.4 传输层的工作

加深理解&＃xff1a; 该层才是真正能够建立连接的层。建立连接&＃xff1a;确保主机A与主机B之间的通信并准备发送数据。在两个主机之间创建逻辑上的通信连接即是传输层的主要作用&＃xff0c;传输层为确保所传数据能够到达目标地址&＃xff0c;会在通信两端的计算机进行确认&＃xff0c;如果数据没有送达&＃xff0c;会重发&＃xff0c;保证了数据传输的可靠性。
会话层负责决定建立连接和断开连接的时机&＃xff0c;传输层进行实际的建立和断开的处理。

3.3.5 网络层的工作

加深理解&＃xff1a; 网络层的作用是在网络与网络相互连接的环境中&＃xff0c;将数据从发送端主机发送到接收端主机。
在TCP/IP中&＃xff0c;传输层和网络层相互协作以确保数据包能够传送到世界各地&＃xff0c;实现可靠传输。

3.3.6 数据链路层和物理层的工作

加深理解&＃xff1a; 通信传输实际上都是通过物理的传输介质实现的。数据链路层的作用就是在这些传输介质互联的设备之间进行数据处理。

4. 传输方式的分类

4.1 面向有连接型与面向无连接型

1. 面向有连接型中&＃xff0c;在发送数据之前&＃xff0c;需要在收发主机之间连接一条通信线路。
2. 面向无连接型中&＃xff0c;不需要建立连接&＃xff0c;发送端可以在任何时候向接收端发送数据。但是在这种情况下&＃xff0c;接收端需要时常确认是否收到了数据。

4.2 电路交换和分组交换

1. 电路交换&＃xff0c;通过连接电路进行数据交换&＃xff0c;像刚发明出的电话一样。&＃xff08;简要介绍&＃xff09;
2. 分组交换&＃xff0c;TCP/IP便是使用的这种交换方式。让连接到通信电路的计算机将所要发送的数据分成多个数据包&＃xff0c;按照一定的顺序排列后分别发送&＃xff0c;这就是分组交换。在分组的过程中&＃xff0c;已经在每个分组的首部写入了发送端和接收端的地址&＃xff0c;所以即使同一线路也能同时为多个用户提供服务&＃xff0c;也可以明确区分每个分组数据发往的目的地&＃xff0c;以及它与哪个计算机进行通信。

• 分组发送的过程&＃xff1a;发送端计算机将数据发送给路由器&＃xff0c;路由器收到这些分组数据以后&＃xff0c;缓存到自己的缓冲区&＃xff0c;然后再将转发给目标计算机。因此&＃xff0c;分组发送也成为蓄积发送。
  数据会按先后顺序进入缓冲区&＃xff0c;然后以先进先出的原则发送出去。计算机与路由器之间以及路由器与路由器之间通常只有一条通信线路。

5. 地址的特点

1. 唯一性
2. 层次性&＃xff1a;MAC地址不具备层次性&＃xff1b;IP地址具有层次性

6. 网络的构成要素

6.1 通信媒介与数据链路

6.2 网卡

6.3 中继器/1层交换机

中继器实在物理层上延长网络的设备。由电缆传过来的电信号和光信号经由中继器的波形调整和放大再传递给另一个电缆。不能在传输速度不同德媒介之间进行转发。集线器是具有多个端口的中继器。

6.4 网桥/2层交换机

网桥在OSI模型的第二层&＃xff0c;数据链路层上连接两个网络的设备。网桥根据数据帧的内容转发数据给相邻的其他网络&＃xff0c;同时它还能验证数据的完整性&＃xff0c;将不完整的数据丢弃。

自学式网桥还能根据自学机制记录数据帧的MAC地址&＃xff0c;并存储到自己的内存表中&＃xff0c;由此可以判断出是属于哪个网段的设备。

6.5 路由器/3层交换机

路由器是在OSI模型的第三层&＃xff0c;网络层上连接两个网络&＃xff0c;并对分组报文进行转发的设备。路由器根据IP地址进行处理。

6.6 4~7层交换机

负载均衡器是4~7层交换机的一种&＃xff0c;一般用于企业应用&＃xff0c;能够通过一个URL将前端访问分发到后台的多个服务器上。处理的是OSI模型中 4~7层的数据。

6.7 网关

网关与4~7层交换机同样用于处理传输层以上的数据&＃xff0c;但是网关不仅转发数据还负责对数据进行转换。它通常会使用一个表示层或应用层网关&＃xff0c;在两个不能直接通信的协议之间进行翻译&＃xff0c;最终实现两者之间的通信。

比较鲜明的例子就是&＃xff0c;互联网邮件与手机邮件之间的转换服务&＃xff0c;手机邮件有时与互联网邮件不兼容&＃xff0c;因为它们在表示层和应用层中的“电子邮件协议”不同导致的。加了一层网关之后&＃xff0c;网关读取完协议后&＃xff0c;对其进行一种合理的转换&＃xff0c;这样&＃xff0c;再将数据发送出去&＃xff0c;就能实现互联网邮件与手机邮件的发送。

另外一种代理服务器也是网关的一种&＃xff0c;称为应用网关。有了代理服务器&＃xff0c;客户端与服务器之间无需通过网络层上直接通信&＃xff0c;而是从传输层到应用层对数据和访问进行各种控制和处理。防火墙就是一种网关通信&＃xff0c;针对不同应用提高安全性的产品。

参考文献

《图解TCP/IP》第五版

笔者水平有限&＃xff0c;欢迎大家指导