TCP/IP协议不是TCP和IP这两个协议的合称,而是指因特网整个TCP/IP协议族。互联网协议(Internet Protocol Suite)是一个网络通信模型,以及一整个网络传输协议家族,为互联网的基础通信架构。它常被通称为TCP/IP协议族(英语:TCP/IP Protocol Suite,或TCP/IP Protocols),简称TCP/IP。因为该协议家族的两个核心协议:TCP(传输控制协议)和IP(网际协议),为该家族中最早通过的标准。由于在网络通讯协议普遍采用分层的结构,当多个层次的协议共同工作时,类似计算机科学中的堆栈,因此又被称为TCP/IP协议栈(英语:TCP/IP Protocol Stack) 。

OSI中的层
功能
TCP/IP协议族
应用层
文件传输,电子邮件,文件服务,虚拟终端
TFTP,HTTP,SNMP,FTP,SMTP,DNS,Telnet 等等
表示层
数据格式化,代码转换,数据加密
没有协议
会话层
解除或建立与别的接点的联系
没有协议
传输层
提供端对端的接口
TCP,UDP
网络层
为数据包选择路由
IP,ICMP,OSPF,EIGRP,IGMP
数据链路层
传输有地址的帧以及错误检测功能
SLIP,CSLIP,PPP,MTU
物理层
以二进制数据形式在物理媒体上传输数据
ISO2110,IEEE802,IEEE802.2

我们将应用层,表示层,会话层并作应用层,从tcp/ip五层协议的角度来阐述每层的由来与功能,搞清楚了每层的主要协议

就理解了整个互联网通信的原理。

    首先,用户感知到的只是最上面一层应用层,自上而下每层都依赖于下一层,所以我们从最下一层开始切入,比较好理解

    每层都运行特定的协议,越往上越靠近用户,越往下越靠近硬件

  1 物理层

    物理层由来:上面提到,孤立的计算机之间要想一起玩,就必须接入internet,言外之意就是计算机之间必须完成组网

    

    物理层功能:主要是基于电器特性发送高低电压(电信号),高电压对应数字1,低电压对应数字0

  2 数据链路层

    数据链路层由来:单纯的电信号0和1没有任何意义,必须规定电信号多少位一组,每组什么意思

    数据链路层的功能:定义了电信号的分组方式

    以太网协议:

    早期的时候各个公司都有自己的分组方式,后来形成了统一的标准,即以太网协议ethernet

    ethernet规定

  • 一组电信号构成一个数据包,叫做‘帧’
  • 每一数据帧分成:报头head和数据data两部分
       head                        data                             

  head包含:(固定18个字节)

  • 发送者/源地址,6个字节
  • 接收者/目标地址,6个字节
  • 数据类型,6个字节

  data包含:(最短46字节,最长1500字节)

  • 数据包的具体内容

    head长度+data长度=最短64字节,最长1518字节,超过最大限制就分片发送

  mac地址:

    head中包含的源和目标地址由来:ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡,发送端和接收端的地址便是指网卡的地址,即mac地址

    mac地址:每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址,长度为48位2进制,通常由12位16进制数表示(前六位是厂商编号,后六位是流水线号)

    

  广播:

    有了mac地址,同一网络内的两台主机就可以通信了(一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址)

    ethernet(以太网)采用最原始的方式,广播的方式进行通信,即计算机通信基本靠吼

    

  3 网络层

    网络层由来:有了ethernet、mac地址、广播的发送方式,世界上的计算机就可以彼此通信了,问题是世界范围的互联网是由

    一个个彼此隔离的小的局域网组成的,那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式,那么一台机器发送的包全世界都会收到,

    这就不仅仅是效率低的问题了,这会是一种灾难

    

    上图结论:必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域,哪些不是。如果是就采用广播的方式发送,如果不是,

    就采用路由的方式(向不同广播域/子网分发数据包),mac地址是无法区分的,它只跟厂商有关

    网络层功能:引入一套新的地址用来区分不同的广播域/子网,这套地址即网络地址

  IP协议:

  • 规定网络地址的协议叫ip协议,它定义的地址称之为ip地址,广泛采用的v4版本即ipv4,它规定网络地址由32位2进制表示
  • 范围0.0.0.0-255.255.255.255 (4个点分十进制,也就是4个8位二进制数)
  • 一个ip地址通常写成四段十进制数,例:172.16.10.1

  ipv6,通过上面可以看出,ip紧缺,所以为了满足更多ip需要,出现了ipv6协议:6个冒号分割的16进制数表示,这个应该是将来的趋势,但是ipv4还是用的最多的,因为我们一般一个公司就一个对外的IP地址,我们所有的机器上网都走这一个IP出口。

ip地址分成两部分

  • 网络部分:标识子网
  • 主机部分:标识主机

  注意:单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类,从网络部分或主机部分都无法辨识一个ip所处的子网

  例:172.16.10.1与172.16.10.2并不能确定二者处于同一子网

  子网掩码

    所谓”子网掩码”,就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址,也是一个32位二进制数字,它的网络部分全部为1,主机部分全部为0。比如,IP地址172.16.10.1,如果已知网络部分是前24位,主机部分是后8位,那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000,写成十进制就是255.255.255.0。

  知道”子网掩码”,我们就能判断,任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算(两个数位都为1,运算结果为1,否则为0),然后比较结果是否相同,如果是的话,就表明它们在同一个子网络中,否则就不是。

  比如,已知IP地址172.16.10.1和172.16.10.2的子网掩码都是255.255.255.0,请问它们是否在同一个子网络?两者与子网掩码分别进行AND运算,

  172.16.10.1:10101100.00010000.00001010.000000001

  255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000

  AND运算得网络地址结果:10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0

  172.16.10.2:10101100.00010000.00001010.000000010

  255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000

  AND运算得网络地址结果:10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0

  结果都是172.16.10.0,因此它们在同一个子网络。

  ip地址与子网掩码 按位与 得到网段地址

    

  总结一下,IP协议的作用主要有两个,一个是为每一台计算机分配IP地址,另一个是确定哪些地址在同一个子网络。

  ip数据包

  ip数据包也分为head和data部分,无须为ip包定义单独的栏位,直接放入以太网包的data部分

  head:长度为20到60字节

  data:最长为65,515字节。

  而以太网数据包的”数据”部分,最长只有1500字节。因此,如果IP数据包超过了1500字节,它就需要分割成几个以太网数据包,分开发送了。

以太网头                ip 头                                     ip数据                                

   ARP协议

    arp协议由来:计算机通信基本靠吼,即广播的方式,所有上层的包到最后都要封装上以太网头,然后通过以太网协议发送,在谈及以太网协议时候,我门了解到

    通信是基于mac的广播方式实现,计算机在发包时,获取自身的mac是容易的,如何获取目标主机的mac,就需要通过arp协议

    arp协议功能:广播的方式发送数据包,获取目标主机的mac地址

    协议工作方式:每台主机ip都是已知的(我只知道我的局域网ip地址,要给一个非同一网络的我不知道ip地址的电脑发消息,怎么办:NET穿透)

    例如:主机172.16.10.10/24访问172.16.10.11/24

  一:首先通过ip地址和子网掩码区分出自己所处的子网

场景 数据包地址
同一子网 目标主机mac,目标主机ip
不同子网 网关mac,目标主机ip

  

二:分析172.16.10.10/24与172.16.10.11/24处于同一网络(如果不是同一网络,那么下表中目标ip为172.16.10.1,通过arp获取的是网关的mac)

  源mac 目标mac 源ip 目标ip 数据部分
发送端主机 发送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.11/24 数据

 

 三:这个包会以广播的方式在发送端所处的子网内传输,所有主机接收后拆开包,发现目标ip为自己的,就响应,返回自己的mac

  4 传输层

    传输层的由来:网络层的ip帮我们区分子网,以太网层的mac帮我们找到主机吗,但是只找到主机有用吗,是不是程序之间进行的沟通啊像QQ、浏览器和京东服务器,然后大家使用的都是应用程序,你的电脑上可能同时开启qq,暴风影音,等多个应用程序,

    那么我们通过ip和mac找到了一台特定的主机,如何标识这台主机上的应用程序,答案就是端口,端口即应用程序与网卡关联的编号。

    传输层功能:建立端口到端口的通信(端对端通信)

    补充:端口范围0-65535,0-1023为系统占用端口

    

    

    127.0.0.1就是你本机程序之间进行通信的地址,就是自己玩自己,不和别人玩,这叫做本机的回环地址,我们测试的时候自己模拟客户端和服务端。

  

    

  tcp协议:(TCP把连接作为最基本的对象,每一条TCP连接都有两个端点,这种端点我们叫作套接字(socket),它的定义为端口号拼接到IP地址即构成了套接字,例如,若IP地址为192.3.4.16 而端口号为80,那么得到的套接字为192.3.4.16:80。)

  当应用程序希望通过 TCP 与另一个应用程序通信时,它会发送一个通信请求。这个请求必须被送到一个确切的地址。在双方“握手”之后,TCP 将在两个应用程序之间建立一个全双工 (full-duplex,双方都可以收发消息) 的通信。

  这个全双工的通信将占用两个计算机之间的通信线路,直到它被一方或双方关闭为止。

  它是可靠传输,TCP数据包没有长度限制,理论上可以无限长,但是为了保证网络的效率,通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度,以确保单个TCP数据包不必再分割。

以太网头 ip 头               tcp头               数据                                                    

  udp协议:不可靠传输,”报头”部分一共只有8个字节,总长度不超过65,535字节,正好放进一个IP数据包。

以太网头 ip头                      udp头                            数据                                           

  tcp报文

    

5 应用层

    应用层由来:用户使用的都是应用程序,均工作于应用层,互联网是开发的,大家都可以开发自己的应用程序,数据多种多样,必须规定好数据的组织形式

    应用层功能:规定应用程序的数据格式。

    例:TCP协议可以为各种各样的程序传递数据,比如Email、WWW、FTP等等。那么,必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式,这些应用程序协议就构成了”应用层”。

    

    

    

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