关于TCP/IP与数据传输

一、TCP/IP的具体含义：

从字面意思来讲，很多人会认为TCP/IP是指TCP与IP这两种协议。有时确实也可以说是这两种协议，但是大部分情况下所说的是利用IP进行通信时所必须用到的协议群的统称。具体来说IP,ICMP,TCP,UDP,FTP以及HTTP等都属于TCP/IP协议。他们与TCP/IP之间关系密切，是互联网不可缺少的部分。因此大部分情况下TCP/IP是泛指这些协议，有时也称为TCP/IP为国际协议族。如图：

二、TCP/IP协议分层模型

TCP/IP是当今计算机网络界使用最为广泛的协议，了解TCP/IP不仅是网络工程师的必须，而且也是我们小猿需要学习的东西。那么什么是TCP/IP呢，看下图先来简单的了解一下：

上图列出了OSI参考模型与TCP/IP分层模型的大致关系，从图上就可以看出，这两者之间还是有很多差别的。但是和OSI参考模型对应起来看，能够帮助我们更好的理解TCP/IP中每个协议具体的功能。OSI主要注重“通信协议必要的功能是什么”，而TCP/IP主要是“在计算机上实现协议应该开发那些程序”。看上去好像传统开发模型和敏捷开发模型似的。

1、硬件（物理层）：

TCP/IP的最底层是负责数据传输的硬件，这种硬件就相当于以太网或者是电话线等物理层设备。

2、网络接口层（数据链路层）：

网络接口层利用以太网中的数据链路层进行通信，因此属于接口层。也就是说把他当做让NIC起作用的“驱动程序”也无妨。驱动程序是在操作系统与硬件之间起桥梁作用的软件。

3、互联网层（网络层）：

互联网层使用的是IP协议，相当于OSI参考模型中的网络层。IP协议依靠IP地址进行转发分包数据。TCP/IP分层模型中的互联网层与传输层的功能通常是有操作系统提供的。尤其是路由器他必须具有互联网层转发分组数据包的功能。所以连接互联网的所有的主机与路由器都必须实现IP的功能。

4、传输层：

TCP/IP分层模型中的传输层与OSI模型中的传输层有点类似，主要的功能就是让应用程序之间实现通信。其中TC是一种面向有链接的传输层协议，他可以保证两端通信主机的通信可达，但是建立与断开连接至少需要多次的发包与收包。UDP是一种有别于与TCP的无连接的传输层协议，他不会关注接收端是不是接收到了数据。

5、应用层（会话层以上的分层）：

TCP/IP分层模型中的应用层从图中可以看出他不仅实现了OSI参考模型中的应用层，同时也实现了其中的表示层与会话层。我们常用的WWW,电子邮件，文件传输等应用都包含在其中。其中WWW中浏览器与服务器之间通信所用的协议就是HTTP（HyperText Transfer Protocol）协议，他所传输的数据的格式主要是HTML。www中的HTTP协议是属于应用层的协议，而HTML是一种属于表示层的协议。电子邮件中的使用协议是SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）协议。文件传输中使用的协议是FTP协议。

三、TCP/IP通信的实例

我们都很好奇TCP/IP是怎么实现数据的传输的呢？？接下来就来看一下从应用层到物理层的数据处理流程。

在TCP/IP分层模型中每个分层都会对所发送的数据附加一个首部，在这个首部中包含了该层必要的信息，比如发送的目标地址与协议的信息等。从下一层的角度来看，从上一层收到的包全部都被认为是本层的数据。

发送数据包：

我们还是用电子邮件作为例子，假设A给B发送电子邮件，内容为”早上好“。从TCP/IP的角度来看就是从计算机A把数据发送到计算机B。下面我们来了解一下具体的过程：

1、应用程序处理：

启动邮件程序，输入内容与收件人，当鼠标点击“发送”后就可以开始TCP/IP的通信了。

首先会在应用程序中进行编码处理。利用电子邮件使用UTF-8的编码格式等，这相当于OSI中的表示层的功能。编码完成后，实际的邮件不一定会马上发送出去，因为有的邮件软件可以一次发送多个，或者是定时发送，或者是接收端点击接收才可以接收新的邮件。。像这种何时建立通信连接，何时发送数据的管理功能可以看做是OSI中的会话层。

应用在发送邮件的那一刻建立了TCP连接，从而利用这个TCP连接进行发送数据。在这个过程中首先是把数据发送给TCP,然后再进行传递与转发。

2、TCP模块的处理：

TCP根据应用的指示，负责建立连接，发送数据以及断开连接。TCP提供了把应用层发来的数据顺利发送至对端的可靠传输。为了实现TCP这个功能，需要在应用层数据的前端加上一个TCP首部。这个TCP的首部包括源端口号与目标端口号（用于识别发送主机与接收主机上的应用），序号（用于标示发送的包中哪部分是数据），以及效验和（用来判断数据是否被损坏）。然后把数据交给IP.

3、IP模块的处理：

IP将TCP传过来的TCP首部与数据当做自己的数据，并在TCP首部前端加上自己的IP首部。IP首部包含接收端IP与发送端的IP，紧跟IP首部的还有判断其后面的数据是TCP还是UDP的信息。IP包生成后，参考路由控制表决定接受此IP包的路由或主机。

4、网络接口（以太网驱动）的处理：

在接收到IP的包，这些IP的包对于以太网来说只不过是数据。给这些数据加上以太网首部并进行发送处理。以太网首部中包含接收端的MAC地址，发送端的MAC地址以及标致以太网类型的协议。

每一个包的首部至少包含两个信息，一个是发送端与接收端的地址，另一个是上一层的协议类型。经过每个协议分层时，都必须有识别发送端与接收端的信息。以太网会用MAC地址，IP会用IP地址，而TCP/UDP则会使用端口号来识别，即使是在应用层像电子邮件这样的地址也是一种识别。这些信息都包含在经过各个分层的数据的包的首部信息中。此外包首部中还包含了一个识别位，用来标识上一层协议的种类信息。详细信息如图：

数据包的接受处理：

包的接收过程与发送过程是一个逆过程。

1、网络接口（以太网驱动）的处理：

主机接收到以太网发来的数据包之后，首先从以太网的包首部找到MAC地址来判断这个包是不是发给自己的。不是发给自己的就丢弃，是发给自己的就解析数据包，然后转给IP。

2、IP模块的处理：

IP接收到从下层发来的数据包之后解析，判断包首部的IP地址与自己的IP地址是不是同一个IP地址，如果地址相匹配，并从这个数据包中检查上一层的数据类型，如果是TCP则会转发给TCP进行处理，如果是UDP则会转发给UDP进行处理。

3、TCP模块的处理：

在TCP接收到数据之后首先会校验数据，判断数据是否有损坏。然后检验是否是按照序号接收数据，最后检查端口号确定具体的应用程序是哪个。与此同时接收端接收到数据之后会发送一个“确认回执”到发送端，来确认数据是否发到。如果没有确认发送端会认为数据没有发送到，所以继续重复发送。

4、应用程序的处理：

接收端的应用程序接收到从TCP发来的数据包之后在进行解码，然后显示发送数据的内容。