TCP/IP协议（二）tcp/ip基础知识

今天凌晨时候看书，突然想到一个问题：怎样做到持续学习？然后得出这样一个结论：放弃不必要的社交，控制欲望，克服懒惰。。。

然后又有了新的问题：学习效率时高时低，状态不好怎么解决？这也是我最近在思考的问题。。。。。。

一、TCP/IP的标准化

1、TCP/IP的含义

一般来说，TCP/IP是利用IP进行通信时所必须用到的协议群的统称。

具体点，IP或ICMP、TCP或UDP、TELENT或FTP、以及HTTP等都属于TCP/IP协议，而TCP/IP一词泛指这些协议，有时称它们为TCP/IP为网际协议族/TCP/IP协议族

如下图所示：

 

2、标准化的精髓

特性：开放性、注重实用性（被标准化的协议能否被实际运用）

TCP/IP协议由IETF（国际互联网工程任务组）讨论制定；即将协议的大致规范定下来，然后进行通信试验，及时修订

3、规范——RFC

RFC：request for comment，即征求意见表；那些需要标准化的协议，会被计入RFC并在互联网上公布；RFC不仅包含协议规范内容，还包括协议实现和运用的相关信息，以及实验方面的信息

RFC通过编号组织每个协议的标准化请求；其编码是既定的，一旦成为某个RFC的内容，就不能再对其进行修改；若要修改已有某个协议内容，则需要重新发行一个新的RFC文档，同时，老的RFC文档作废

新的RFC文档会明确规定是扩展了哪个已有RFC以及要作废哪个已有RFC

基于每次修改RFC时都会产生新的RFC编号太麻烦，为此，采用了STD（standard）方式管理编号，其作用是：用来记录哪个编号制定哪个协议

4、TCP/IP的标准化流程

TCP/IP的标准化流程大概分为以下几个阶段：

①.互联网草案阶段：从提出开始不断进行讨论实验，有了一定成熟度，觉得实际可行，认为其可以进行标准化，可进入下一阶段

②.提议标准阶段：计入RFC，开始进入众多设备厂商生产环节，投入试验使用，一般为6个月，当所有参与协议的人觉得其“实用性强，不存在太多问题”，则进入下一阶段

③.草案标准阶段：一般为期4个月，在经过不断的使用和讨论改进后，被大众所使用接受，那么这个草案标准就进入下一个阶段

④.标准阶段：到这个阶段，意味着该标准已广泛被使用且具有很强的实用性

5、RFC获取方法

①.网址：http://www.rfc-editor.org/rfc/

ftp://ftp.rfc-editor.org/in-notes/

这两个网址保存着所有的RFC文件，网站中有一个名为rfc-index.txt的文件，包含所有RFC概览；RFC网站除了发布RFC相关信息，还提供RFC检索功能

②.STD或FYI以及ID获取地址

关于STD、FYI、ID也可以从以下网站获取，其概览一分别记录在std-index.txt、fyi-index.txt等文件中

STD获取地址：http://www.rfc-edctor.org/in-notes/std/

FYI获取地址：http://www.rfc-edctor.org/in-notes/fyi/

ID获取地址：http://www.rfc-edctor.org/Internet-drafts/

JPNIC的ftp服务器中的目录:

STD获取网址：ftp://ftp.nic.ad.jp/rfc/std/

FYI获取网址：ftp://ftp.nic.ad.jp/rfc/fyi/

ID获取网址：ftp://ftp.nic.ad.jp/internet-drafts/

二、互联网基础知识

1、互联网定义

互联网，英文单词为Internet；Internet指的是将多个网络连接使其构成一个更大的网络，所以Internet本意为网际网

“互联网”是指由ARPANET发展而来、互联全世界的计算机网络；互联全世界的计算机网络，现在“互联网”对应的英文单词为“The Internet”

与Internet对应的另一种网络叫做intranet，该网络指使用Internet技术将企业内部组织机构连接起来形成一个企业范围的内部网络，提供面向企业内部的通信服务

2、互联网与TCP/IP关系

互联网进行通信时，需要相应的网络协议，TCP/IP是为使用互联网而开发定制的协议族；因此，互联网的协议就是TCP/IP

3、互联网的结构

小范围内的网络连接形成机构内部网络，机构内部网络连接形成区域网络，各个区域相互连接，则形成连接全是的互联网；互联网是一个有层次的网络

互联网中每个网络都是由骨干网（BackBone）和末端网（Stub）组成；每个网络之间通过NOC相连；如果运营商不同，则网络连接方式和使用方法也不同。异构网络需要有IX支持

互联网就是众多异构网络通过IX互联的一个巨型网络

△ NOC:Network Operation Center（网络操作中心）

△ IX：Internet Exchange：网络交换中心

4、ISP和区域网

连接互联网需要向ISP（internet service provider：互联网服务提供商）或区域网提出申请，不同的ISP提供的互联网接入服务也不同

区域网指的是特定区域内由团体或志愿者提供的网络服务，通常价格比较便宜，但有时会出现连接方式复杂或者使用有限制的情况

当申请网络服务时，建议确认了解一下提供的具体服务条目、服务的细则（接入方式、条件、费用）等，再决定

三、TCP/IP协议分层模型

1、TCP/IP与OSI参考模型

TCP/IP与OSI在分层模块上的区别：

OSI：注重通信协议必要的功能是什么

TCP/IP：在计算机上实现协议应该开发哪种程序

2、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电话线路等物理层的设备，TCP/IP是在网络互连的设备之间能够通信的前提下才被提出的协议。

3、网络接口层（数据链路层）

利用以太网中的数据链路进行通信，属于接口层；将其当做“驱动程序”也可以（驱动程序是在操作系统与硬件之前起桥梁作用的软件）

PS：有时也将硬件层和网络接口层合并起来，称为“网络通信层”

4、互联网层（网络层）

互联网层使用IP协议，相当于OSI中的第三层模型；IP协议基于IP地址转发分包数据

IP协议的作用：将分组数据包发送到目的主机

TCP/IP分层中的互联网层与传输层的功能通常由操作系统提供，尤其是路由器，它必须得实现通过互联网层转发分组数据包的功能

连接互联网的所有主机跟路由器必须都实现IP功能，其他链接互联网的网络设备（网桥、中继器）则不是必须

IP：跨越网络传送数据包，使整个互联网都能收到数据的协议；传送数据时，IP地址作为主机的标识

IP还隐含数据链路层的功能：通过IP，相互通信的主机之间不论经过怎样的数据链路，都可以实现通信

IP是分组交换的一种协议，但是不具有重发机制；即使分组数据包未到达对端主机也不会重发；属于非可靠性传输协议

ICMP:IP数据包发送过程中一旦发生异常导致无法到达对端目标地址时，需要给发送端一个发生异常的通知，ICMP就是为了该功能而定制；有时可用来诊断网络健康状况

ARP：从分组数据包的IP地址解析出物理地址（MAC地址）的一种协议

5、传输层

TCP/IP传输层有TCP和UDP两个具有代表性的协议，主要功能是让应用程序之间实现通信；其通信逻辑如下图：

TCP：面向有连接的传输层协议，可以保证通信两端主机之间的通信可达；可以正确的处理传输过程中丢包、传输乱序等异常情况；还能有效利用带宽，缓解网络拥堵。

UDP：面向无连接的传输层协议，不关注对端是否真的收到传送的数据；如需检查对端是否收到分组数据包，或对端是否连接到网络，需要在应用程序中实现常用于分组数据较少或多播。广播通信及视频通信等领域。

6、应用层（会话层以上的分层）

TCP/IP分层中，将OSI中的会话层、表示层、应用层都集中到了应用程序中实现

TCP/IP应用的架构绝大多数术语客户端/服务端模型；提供服务的程序叫服务端，接受服务的程序叫客户端，服务器会预先部署到主机上，等待接收任何时刻客户端发送的请求

常见的应用层协议：

HTTP协议：（HyperText Transfer Protocol）

浏览器与客户端通信所使用的协议，传输数据主要格式为HTML，http协议OSI应用层协议，而HTML属于表示层的协议

文件传输协议：FTP（File Transfer Protocol）

传输过程可以选择用二进制还是文本方式，传输时会建立两个TCP连接：发送传输请求时用到的控制连接和实际传输时用到的数据连接

电子邮件协议：SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）

可以发送声音图像文字，甚至改变文字大小、颜色等

远程登录（TELNET与SSH）：

常见的还有其他远程登录协议，比如：BSD UNIX系中的rlogin的r命令和X Window System中的X协议

网络管理协议：SNMP（Simple Newwork Management Protocol）

在TCP/IP进行网络管理时，采用该协议，其中使用SNMP管理的主机。网桥、路由器等称作SNMP代理（Agent），进行管理的那一段叫做管理器（Manager）

在SNMP代理端，保存着网络接口信息、通信数据量、异常数据量以及设备温度等信息，这些信息通过MIB访问，在TCP/IP中，SNMP属于应用协议，MIB属于表示层协议

MIB（Management Information Base）:可透过网络的结构变量

四、TCP/IP分层模型

1、数据包首部

每个分层都会对所发送的数据附加一个首部，首部中包含该层必要的信息；通常为协议提供的信息为包首部，所要发送的内容为数据

关于包、帧、数据报、段、消息的概述：

包：一个概括性术语，指数据整体

帧：数据链路层中包的单位

数据报：IP和UDP等网络层以上分层中包的单位

段：TCP数据流中的信息

消息：应用协议中数据的单位

2、发送数据包

假设A发送邮件“早上好”给B，那么它的通信过程大概如下：

①.应用程序处理

应用程序启动，新建邮件及内容，点击发送，应用程序对邮件进行编码处理，然后发送给下一层TCP

②.TCP模块的处理

根据上层应用发来的指示，建立负责建立连接、发送连接及断开连接；TCP提供将应用层发来的数据顺利发送至对端的可靠传输

为了实现该功能，会在应用层数据前端加一个TCP首部，首部包括源端口号和目标端口号。序号以及校验，随后将附加了TCP首部的包发送给IP

③.IP模块的处理

IP将TCP传递的首部和数据合并，并在首部之前加上自己的IP，IP包生成后，参考路由控制表决定接受此IP包的路由或者主机，随后，IP包将被发送给连接这些路由或主机网络接口的驱动程序，实现发送数据

④.网络接口（以太网驱动）的处理

以太网接受到的IP包，对其来说就是数据，会给其加上以太网首部并进行发送处理，首部中包含接收端MAC地址，发送端MAC地址以及标志以太网类型的以太网数据协议

3、数据包接收处理

①.网络接口（以太网驱动）的处理

主机收到以太网包，首先找到MAC地址判断是否为发送给自己的，如果不是则丢弃数据

如果是，则确认数据类型，然后将数据包发送给对应的类型处理程序处理

②.IP模块的处理

收到数据包先进行判断处理，如果包首部IP地址与自己匹配则接受数据并寻找到上一层协议，并转发给上一层进行处理

③.TCP模块的处理

接收到数据包首先计算校验和，判断数据包是否被破坏，然后检查是否按序接受数据，最后检查端口号，确定具体应用程序

数据接受完毕，接收端发送一个“确认回执”个发送端

④.应用程序的处理

接收端应用程序会直接接收发送端的数据，并进行解析处理