tcp/ip系列--tcp/ip基础知识

  最近读完了《图解TCP/IP》,做一下总结加深记忆，后续会写几篇关于TCP/IP的文章。

一.网络基础知识

1.1计算机与网络发展的7个阶段

• 批处理：指事先将用户程序和数据装入卡带或磁带，并由计算机按照一定的顺序读取，使用户所执行这些程序和数据能够一并批量得到处理的方式。
• 分时系统时代：指多个终端与同一个计算机相连接，允许多个用户同时使用一台计算机系统。
• 计算机间通信时代：在分时系统中，计算机与每个终端之间用通信线路连接，这并不意味着计算机与计算之间已相互连接。
• 计算机网络时代：人们开始实验基于分组交换技术的计算机网络，并着手研究不同厂商的计算机之间相互通信的技术。
• 互联网普及时代：“瘦身”与“多供应商连接”，构建更低成本的网络环境，连接异构型计算机的通信网络技术就是现在我们所看的互联网技术。
• 以互联网为中心的时代：许多发展道路各不相同的网络技术正在向互联网靠拢。
• 无论何时何地一切皆TCP/IP的网络时代：TCP/IP是通信协议的统称。

1.2协议

简介：计算机网络体系结构将这些网络协议进行了系统归纳，TCP/IP就是IP、TCP、HTTP等协议的集合。

分组交换协议：分组交换是指将大数据分割成一个个叫做包（Packet）的较小单位进行传输的方法。

标准化：ISO(国际标准化组织)制定了一个国际标准OSI。

OSI参考模型：

• 应用层：为应用程序提供服务并规定应用程序中通信相关细节。包括文件传输、电子邮件、远程登录（虚拟终端）等协议。
• 表示层：将应用处理的信息转换为适合网络传输的格式，或将来自下一层的数据转换为上层能够处理的格式。因此它主要负责数据格式的转换。具体来说，就是将设置固有的数据格式转换为网络标准传输格式。不同设备对同一比特流解释可能会不同。主要作用格式保持一致。
• 会话层:负责建立和断开通信连接（数据流动的逻辑通路），以及数据的分割等数据传输相关的管理。
• 传输层：起着可靠传输的作用。只在通信双方节点上进行处理，而无需在路由器上处理。
• 网络层：将数据传输到目标地址。目标地址可以是多个网络通过路由器连接而成某一个地址。因此这一层主要负责寻址和路由选择。
• 数据链路层：负责物理层面上互联的、节点之间的通信传输。例如与1个以太网相连2个节点之间的通信。将0、1序列划分具有意义的数据帧传送给对端（数据帧的生成与接收）。
• 物理层：负责0、1比特流（0、1序列）与电压高低、光的闪灭之间的互换。

通信处理：

网络通信：

• 单播：1对1通信。
• 广播：消息从1台主机发送给与之相连的所有其他主机。（所有主机限同一个数据链路内）。典型例子电视播放。
• 多播：多播与广播相似，将消息发给多个接收主机。不同之处在于多播要限定某一组主机作为接收端。例子：电视会议。
• 任播：在特定的多台主机中选出一台作为接收端的一种通信方式。

网络构成元素：

• 网卡：网络接口卡（NIC）,网络适配器、网卡、LAN卡。
• 中继器：识别0、1序列调整波形进行相应放大与转发。可以在双绞线电缆与光纤电缆之间转换。
• 网桥/2层交换机：数据链路层面上连接两个网络设备。它能够识别数据链路层中的数据帧，数据链路的数据帧中有一个数据位叫做FCS,检验数据。有些网桥能够判断是否将数据报文转发给相邻的网段，这种网桥叫做自学网桥。会记住曾经通过自己转发的所有数据帧的MAC地址，并保存到自己的内存表中。交换集线器（Hub）属于网桥的一种。
• 路由器/3层交换机：网络层面上两个网络、并对分组报文进行转发的设备。网桥是根据MAC地址进行处理。而路由器/3层交换机则根据IP地址进行处理。路由器还有分担网络负荷的作用。具有一定网络安全作用。
• 4-7层交换机：负责处理OSI模型中从传输层至应用层的数据。前端访问分发到后台多个服务器上，前端加一个负载均衡器。这种负载均衡器是4-7层交换机的一种。通信处理的优先级，带宽控制。
• 网关：负责将从传输层到应用层的数据进行转换和转发的设备。它与4-7层一样都是处理传输层及以上的数据，但是网关不仅转发数据还负责对数据进行转换，通信协议翻译。
• 数据传输中，两个设备之间数据流动的物理速度称为传输速率。又称为带宽。衡量带宽，cpu处理能力，网落拥堵状况。

二.tcp/ip基础知识

2.1背景及历史

军用技术

保证通信不中断，分布式通信诞生，分组交换技术诞生。

容灾性较弱的中央集中式网络：

容灾性较强的分组网络：

ARPANET诞生

1969年，验证分组交换技术的实用性，搭建一套网络。该网络被称做ARPANET(阿帕网)。

TCP/IP的诞生

1982年，TCP/IP具体规范最终定下来，并于1983年成为ARPANET网络唯一指定协议。

UNIX系统普及与互联网的扩张。

商用互联网服务

研发互联网最初的目的是用于实验和研究，到了1990年逐渐被引入公司企业及一般家庭。也出现专门提供互联网接入服务的公司（称作ISP）,这些都使互联网得到了更广泛的普及。

2.2标准化

简介：TCP/IP 是利用IP进行通信时所必须用到的协议群的统称。

TCP/IP 是先开发程序，后写规格标准。

2.3互联网基础

“互联网”是指由ARPANET发展而来、互连全世界的计算机网络。互联网的协议就是TCP/IP。

结构：  互联网中的每个网络都是骨干网（BackBone）和末端网（Stub）组成的。每个网络之间通过NOC（网络操作中心）相连。如果网络运营商不同，它的网络连接方式和使用方法也会不同。连接这种异构网络需要IX的支持。总之，互联网就是众多异构的网络通过IX互连的一个巨型网络。

连接互联网需要向ISP或区域网提出申请。

2.4TCP/IP分层模型

TCP/IP与OSI参考模型：

硬件（物理层）

简介：TCP/IP最底层负责数据传输的硬件。

网络接口层（数据链路层）

简介：网络接口层利用以太网中数据链路层进行通信，因此属于接口层。

互联网层（网络层）

简介：互联网层使用IP协议，它相当于OSI模型中的第3层网络层。IP协议基于IP地址转发分包数据。

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。IP还隐含着数据链路的功能。通过IP，相互通信的主机之间不论经过怎样的底层数据链路都能实现通信。虽然IP也是分组交换的一种协议，但是它不具有重发机制。即使分组数据包未能到达对端主机也不会重发。因此属于非可靠性传输协议。

ICMP:IP数据包在发送途中一旦发生异常导致无法到达对端目标地址时，需要给发送一个异常的通知。ICMP就是为这一功能而制定的。诊断网络健康。

ARP:分组数据包的IP地址解析出物理地址（MAC）的一种协议。

传输层

简介：传输层最主要的功能就是能够让应用程序之间实现通信。

TCP：

TCP是一种面向连接的传输层协议。它可以保证两端通信主机之间的通信。

TCP能够正确处理在传输过程中丢包、传输顺序乱掉等异常情况。

还能有效利用带宽，缓解网络拥堵。

为了建立与断开连接，有时它需要至少7次的发包收包，导致网络流量浪费。

为了提高网络的利用率，TCP协议中定义了各种各样复杂的规范，因此不利于视频会议（音频、视频的数据量既定）等场合使用。

UDP：

UDP有别于TCP,它是一种面向无连接传输层协议。UDP不会关注对端是否真的收到了传送过去的数据，如果需要检查对端是否收到分组数据包，或者对端是否连接网络，则需要在应用程序中实现。

UDP常用于分组数据较少或多播、广播通信以及视频通信等多媒体领域。

应用层（会话层以上的分层）

简介：TCP/IP的分层中，将OSI参考模型中的会话层、表示层和应用层的功能都集中到了应用程序中实现。

TCP/IP应用的架构绝大多数属于客户端/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。

www中文叫万维网，是一种互联网上数据读取的规范。有时也叫Web、WWW或W3。

2.5通信示例

数据包

首部：

包、帧、数据报、段、消息：以上5个术语都用来表述数据单位，大致区分如下：包可以说是全能性术语。帧用于表示数据链路层中包的单位。而数据报IP和UDP等网络层以上的分层中包的单位。段则则表示TCP数据流中的信息。最后，消息是指应用协议中数据的单位。

网络传输的数据包由两部分组成：一部分是协议所要用到的首部，另一部分是上层传过来的数据。首部的结构由协议的具体规范详细定义。

发送数据包

示例

• 应用程序处理:发送请求，编码，会话层管理。
• TCP模块的处理:TCP根据应用指示（会话层连接），负责建立连接、发送数据以及断开连接。TCP提供将应用层发来的数据顺利发送至对端的可靠传输。
• IP模块处理
• 网络接口（以太网驱动）处理

经过数据链路的包

数据包接收处理

• 网络接口（以太网驱动）处理：主机收到以太网包以后，首先从以太网的包首部找到MAC地址判断是否为发给自己的包。如果不是发给自己的包则丢弃数据。
• IP模块的处理
• TCP模块的处理：首先会计算一下校验和，判断数据是否被破坏。然后检查是否在安装序号接收数据。最后检查端口号，确定具体应用程序。
• 应用程序的处理

tcp/ip系列下一篇(数据链路)：https://blog.csdn.net/qq_19968255/article/details/83832035

未完待续！----------------------------------------------------------------------------------------