TCP/IP协议学习(四) 协议概述

　　生活中有舒适区，借口成为懒惰的护身符，学习也有舒适区，逃避便是阻止进步的最大障碍。 经过半年多嵌入式方面的工作和学习，我提高了很多，但同时我也对自己所面临的问题逐渐清晰：

　　1. 偏于实践，理论基础不牢固

　　2. 对算法，数据结构认知太浅

　　3. 对界面程序以及GUI相关学习比较排斥

　　TCP/IP作为整个现代互联网社会的基础，有着至关重要的作用，因此学习掌握协议栈相关的知识是十分必要的。不过纯粹理论的东西理解起来比较困难，因此我推荐还是结合项目(如LWIP移植来实现远程通讯)，利用实践来学习理论，最后再系统的总结，才能够深入的认知，在本系列中结合自己实践了解的LWIP，HTTP，SNMP相关知识，按照《TCP/IP详解卷一：协议》的章节顺序，深入系统的学习讲解TCP/IP协议栈。

1.分层　

　 TCP/IP根据通信功能的不同，可以分为四层：

　　1).链路层  用于处理物理接口部分

　　设备驱动(PHY, MAC配置)， ARP和RARP等通讯媒介细节。

   2).网络层  用于处理分组在网络中的活动，提供点对点的服务。

　　IP协议 ： 网际协议，将数据尽可能快的从源节点送到目的节点(不可靠，无连接)

　　ICMP协议: 如ping包就是基于该协议实现的，常用来做网路状况的测试

　　IGMP协议：组管理协议

   3).传输层 提供端对端输出

　　TCP协议：传输层协议，提供可靠的端对端通讯，高可靠性

　　UDP协议：用户数据协议，简单的分组数据发送，任何必须的可靠性由应用层提供

  4).应用层 处理上层数据，并提供给传输层用于发送的数据

　　http：超文本传输协议，web的基础

　　ftp：文件传输协议

　　telnet：远程登陆

　　smtp：简单邮件传输协议

　　snmp：网络管理协议    基于udp协议，通过mib实现数据设置，读取，修改。

　　以上图基于FTP协议的C/S结构为例，虚线连接的就是TCP/IP的分层对应关系，实线就是实际的数据传输路径，其中路由器被称为中间系统，这是为了让不同类型的物理接口可以连接，进而将局域网（LAN）联合起来构成广域网(WAN)。

　　TCP/IP学习入门最难的其实就是如何理解分层的概念，如何形象的解释比较困难，这里我说下自己的理解。TCP/IP传输过程如下：

　　1. 发送端将待发送数据经过一层层组包，最后调用驱动程序，通过网卡发送，如果复杂的话要经过多个路由器，到达接收端。

2.接收端获得数据开始一层层解包，最后由接收端指定层处理。因为组包和解包过程遵循着协议是完全透明的，那么相同的位置接收端和发送端的数据是一致的，就像实际物理连接起来一样，而为了区分协议不同的通讯功能，便有了分层的定义。

　　代码大体框架如下：

　　发送端data——>tcp_process()——>ip_process()——>eth_translate()——>tdata......

　　接收端data<——tcp_process()<——ip_process()<——eth_receive()  <——rdata......

　　发送端处理就是将用户数据加上对应得首部并传递给下一层，最后通过网卡发送出去，这个过程称为封装，而接收端处理就是接收数据，去掉各层协议加上的报文首部，并检查报文首部的协议标识，从而确定接收的上层协议，这个过程称为分用。

　　当然我这只是个大致的说明，实际实现远远复杂于此，但整体框架和这十分类似。TCP/IP协议栈一般都是由内核实现的，除非使用的是lwip或者uip这种需要自己移植配置的精简协议栈，像Windows，LINUIX内核已经有了完整的TCP/IP实现，只要会调用专用接口函数: Socket和TLI(传输层接口），了解到这些已经足够了。

2.互联网地址

　　互联网定义每个接口必须有唯一的IP地址，以IPV4为例，IP地址长32bits。

　　

　　为了便于判断记忆，我们将ip地址分为四个十进制的数。如下：

　　这里有个比较简单的记录方法,因为所有ip地址仅起始首位置不同，可以通过0 (+128) 128 (+64) 192 (+32) 224 (+16) 240就可以清晰的划定地址类型的范围，从而确定某一ip地址的类型。如192.168.1.1就是C型地址。

3.客户-服务器模型

　　大部分网络应用程序都是假定一端是客户，另一端是服务器，目的是让服务器为客户提供特定的服务，这种服务可以分为两种类型，并发型和重复型。

重复型服务器交互模式

　　1）.等待一个用户请求

　　2）.处理客户请求

　　3）.发送响应给发送请求的客户

　　4）.返回第一步

并发式服务器交互模式

　　1）.等待一个用户请求

　　2）.启动一个新的服务器来处理用户请求，并在处理完客户请求，响应后终止该服务器

　　3）.返回第一步

4.域名系统和端口

　　域名系统可以理解为分布数据库，里面提供了ip地址和主机名之间的映射关系，从而让用户可以通过ip地址直接访问。

　　端口是传输层用来识别应用程序的，像上面我们提到的知名应用层协议，都是通过不同的端口号来实现传输层数据提交。如FTP服务端口号是21，telnet服务端口号是23，http服务端口号是80等。这些端口号介于1~1023之间，由INAN统一管理。

5.小结 

　　本章节主要快速浏览了TCP/IP协议族，讲述了分层的原因和实现的原理，简单的阐述ip地址的分类，域名系统和端口，如果对TCP/IP协议族的学习有需求，建议参考TCP/IP详解卷一：协议以及嵌入式网络那些事，一本偏于理论，另一本偏于实践，结合起来对于TCP/IP协议的学习十分有帮助。。