寫作原因：又過了很久沒更新博客了……這次博主就介紹一下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中TCP/IP模型的整體理論及數(shù)據(jù)鏈路層一些知識(shí)吧。

出現(xiàn)

上個(gè)世紀(jì)60年代，由于中央集中式網(wǎng)絡(luò)的容災(zāi)性較弱，以美國(guó)國(guó)防部為中心的一家組織研究出分組交換網(wǎng)絡(luò)。后來為了驗(yàn)證分組交換技術(shù)的實(shí)用性，ARPANET出現(xiàn)了，并且在3年內(nèi)逐漸發(fā)展，由4個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)展至34個(gè)節(jié)點(diǎn)。20世紀(jì)70年代前半葉，ARPANET一個(gè)機(jī)構(gòu)研制出了TCP/IP，1982年具體規(guī)范確定，1983年成為ARPANET唯一指定協(xié)議。乘著TCP/IP的發(fā)展之風(fēng)，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。

標(biāo)準(zhǔn)化

先說明一下TCP/IP的含義。其實(shí)它是指利用IP進(jìn)行通信是所用到的協(xié)議群的統(tǒng)稱。TCP/IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化具有兩大特點(diǎn)： 開放性 及 實(shí)用性 。前者指任何人可以通過一定的方式制定修改協(xié)議;后者指TCP/IP協(xié)議根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)情況和可行性不斷修改，貼合應(yīng)用。關(guān)于TCP/IP的規(guī)范由IETF制定，并在RFC文檔中可以查看。具體網(wǎng)址： rfc-editor ，讀者可以在該網(wǎng)站查看TCP/IP協(xié)議文檔或是對(duì)TCP/IP協(xié)議的修改給出自己的建議。

互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)認(rèn)知

前面說了互聯(lián)網(wǎng)是基于TCP/IP一步步發(fā)展起來了，這里大概介紹一下互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的知識(shí)。互聯(lián)網(wǎng)中的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都是由骨干網(wǎng)和末端網(wǎng)組成的，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過NOC相連。如果運(yùn)營(yíng)商不同則通過IX連接。參考下圖：

TCP/IP協(xié)議分層模型簡(jiǎn)介及通信舉例

這個(gè)系列的上一篇文章博主提到了OSI分層模型，下面我們將要學(xué)習(xí)的是TCP/IP分層模型。先參考下圖：

在TCP/IP中把OSI一些層次進(jìn)行了抽象整合，整個(gè)TCP/IP分為硬件、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。我們?cè)谶@里先大致介紹一下各個(gè)分層的作用，后面的文章會(huì)詳細(xì)對(duì)每個(gè)分層相關(guān)的協(xié)議進(jìn)行梳理。

簡(jiǎn)介

• 硬件層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布锢碓O(shè)備，由于硬件之間的差異性難以統(tǒng)一定義及指標(biāo)。
• 數(shù)據(jù)鏈路層：利用以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行通信，可以理解為NIC的“驅(qū)動(dòng)程序”。
• 網(wǎng)絡(luò)層：使用IP協(xié)議，類似OSI第三層網(wǎng)絡(luò)層。此外除了IP協(xié)議還有ICMP協(xié)議(用于處理數(shù)據(jù)發(fā)送異常)，ARP協(xié)議(用于從IP地址中解析MAC地址)。
• 傳輸層：讓應(yīng)用程序之間實(shí)現(xiàn)通信，主要有TCP、UDP兩種協(xié)議。
• 應(yīng)用層：類似OSI中的會(huì)話層、表示層及應(yīng)用層。包括HTTP(應(yīng)用層)、HTML(表示層)、E-Mail、FTP、SSH等等。

下面通過一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來說明一下這些分層是如何協(xié)調(diào)工作的。

通信舉例

發(fā)送

再次以發(fā)送郵件為例。點(diǎn)擊“發(fā)送”時(shí)開始進(jìn)行TCP/IP通信。首先程序進(jìn)行編碼，然后確定通信的建立連接、發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間。下面建立TCP連接。TCP根據(jù)應(yīng)用指示負(fù)責(zé)建立連接、發(fā)送數(shù)據(jù)及斷開連接。TCP首部包括源端口號(hào)和目標(biāo)端口號(hào)、序號(hào)及校驗(yàn)和(詳細(xì)內(nèi)容見后面的文章)，通過首部信息傳遞TCP層的信息。加完首部后數(shù)據(jù)包往下傳遞到IP層，IP層加上IP首部包括地址等信息用于尋址操作，之后將數(shù)據(jù)繼續(xù)往下傳遞附加數(shù)據(jù)鏈路層首部。***發(fā)送時(shí)的分組數(shù)據(jù)包會(huì)加上以太網(wǎng)包尾(用于循環(huán)冗余校驗(yàn))。

接收

主機(jī)收到數(shù)據(jù)包后會(huì)在以太網(wǎng)包首部找到MAC地址判斷是否為自己的包，如果不是則丟棄，如果是則傳遞給上一層IP層處理，以此類推，不斷往上傳遞至TCP層。在TCP層會(huì)計(jì)算校驗(yàn)和以判斷數(shù)據(jù)是否破壞，然后檢查是否按序號(hào)接收數(shù)據(jù)，***檢查端口號(hào)。處理完成之后數(shù)據(jù)包繼續(xù)往上層發(fā)送，即到了應(yīng)用層。如果這時(shí)出現(xiàn)主機(jī)無郵件信箱、硬盤空間滿等情況，主機(jī)B則會(huì)發(fā)送“處理異常”通知發(fā)送端。

到這里TCP/IP通信流程大概梳理了一遍，具體細(xì)節(jié)在后面闡述。