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TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,传输控制协议/网际协议)是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议,而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇, 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性,所以被称为TCP/IP协议。 [1] 展开全文
TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,传输控制协议/网际协议)是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议,而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇, 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性,所以被称为TCP/IP协议。 [1]
信息
外文名
Transmission Control Protocol/Internet Protocol
简    称
TCP/IP协议
层级结构
4层
所属领域
计算机技术
中文名
传输控制协议/互联协议
TCP/IP协议简介
TCP/IP传输协议,即传输控制/网络协议,也叫作网络通讯协议。它是在网络的使用中的最基本的通信协议。TCP/IP传输协议对互联网中各部分进行通信的标准和方法进行了规定。并且,TCP/IP传输协议是保证网络数据信息及时、完整传输的两个重要的协议。TCP/IP传输协议是严格来说是一个四层的体系结构,应用层、传输层、网络层和数据链路层都包含其中。 [2]  TCP/IP协议是Internet最基本的协议,其中应用层的主要协议有Telnet、FTP、SMTP等,是用来接收来自传输层的数据或者按不同应用要求与方式将数据传输至传输层;传输层的主要协议有UDP、TCP,是使用者使用平台和计算机信息网内部数据结合的通道,可以实现数据传输与数据共享;网络层的主要协议有ICMP、IP、IGMP,主要负责网络中数据包的传送等;而网络访问层,也叫网路接口层或数据链路层,主要协议有ARP、RARP,主要功能是提供链路管理错误检测、对不同通信媒介有关信息细节问题进行有效处理等。 [3] 
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  • 一文搞懂什么是TCP/IP协议

    万次阅读 多人点赞 2019-10-28 12:48:16
    什么是TCP/IP协议? 计算机与网络设备之间如果要相互通信,双方就必须基于相同的方法.比如如何探测到通信目标.由哪一边先发起通信,使用哪种语言进行通信,怎样结束通信等规则都需要事先确定.不同的硬件,操作系统之间的...

    什么是TCP/IP协议?

    计算机与网络设备之间如果要相互通信,双方就必须基于相同的方法.比如如何探测到通信目标.由哪一边先发起通信,使用哪种语言进行通信,怎样结束通信等规则都需要事先确定.不同的硬件,操作系统之间的通信,所有这一切都需要一种规则.而我们就将这种规则称为协议 (protocol).

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    也就是说,TCP/IP 是互联网相关各类协议族的总称。

    TCP/IP 的分层管理

    TCP/IP协议里最重要的一点就是分层。TCP/IP协议族按层次分别为 应用层,传输层,网络层,数据链路层,物理层。当然也有按不同的模型分为4层或者7层的。

    为什么要分层呢?

    把 TCP/IP 协议分层之后,如果后期某个地方设计修改,那么就无需全部替换,只需要将变动的层替换。而且从设计上来说,也变得简单了。处于应用层上的应用可以只考虑分派给自己的任务,而不需要弄清对方在地球上哪个地方,怎样传输,如果确保到达率等问题。

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    如上图所示,我们将TCP/IP分为5层,越靠下越接近硬件。我们由下到上来了解一下这些分层。

    1. 物理层

      该层负责 比特流在节点之间的传输,即负责物理传输,这一层的协议既与链路有关,也与传输的介质有关。通俗来说就是把计算机连接起来的物理手段。

    2. 数据链路层

      控制网络层与物理层之间的通信,主要功能是保证物理线路上进行可靠的数据传递。为了保证传输,从网络层接收到的数据被分割成特定的可被物理层传输的帧。帧是用来移动数据结构的结构包,他不仅包含原始数据,还包含发送方和接收方的物理地址以及纠错和控制信息。其中的地址确定了帧将发送到何处,而纠错和控制信息则确保帧无差错到达。如果在传达数据时,接收点检测到所传数据中有差错,就要通知发送方重发这一帧。

    3. 网络层

      决定如何将数据从发送方路由到接收方。网络层通过综合考虑发送优先权,网络拥塞程度,服务质量以及可选路由的花费等来决定从网络中的A节点到B节点的最佳途径。即建立主机到主机的通信。

    4. 传输层

      该层为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。传输层有两个传输协议:TCP(传输控制协议)和 UDP(用户数据报协议)。其中,TCP是一个可靠的面向连接的协议,udp是不可靠的或者说无连接的协议

    5. 应用层

      应用程序收到传输层的数据后,接下来就要进行解读。解读必须事先规定好格式,而应用层就是规定应用程序的数据格式。主要的协议有:HTTP.FTP,Telent等。

    TCP与UDP

    TCP/UDP 都是传输层协议,但是两者具有不同的特效,同时也具有不同的应用场景。

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    面向报文

    面向报文的传输方式是应用层交给UDP多长的报文,UDP发送多长的报文,即一次发送一个报文。因此,应用程序必须选择合适大小的报文。

    面向字节流

    虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块(大小不等),但TCP把应用程序看成是一连串的无结构的字节流。TCP有一个缓冲,当应该程序传送的数据块太长,TCP就可以把它划分短一些再传送。

    TCP的三次握手与四次挥手

    具体过程如下:

    • 第一次握手:建立连接。客户端发送连接请求报文段,并将syn(标记位)设置为1,Squence Number(数据包序号)(seq)为x,接下来等待服务端确认,客户端进入SYN_SENT状态(请求连接);

    • 第二次握手:服务端收到客户端的 SYN 报文段,对 SYN 报文段进行确认,设置 ack(确认号)为 x+1(即seq+1 ; 同时自己还要发送 SYN 请求信息,将 SYN 设置为1, seq为 y。服务端将上述所有信息放到 SYN+ACK 报文段中,一并发送给客户端,此时服务器进入 SYN_RECV状态。

      SYN_RECV是指,服务端被动打开后,接收到了客户端的SYN并且发送了ACK时的状态。再进一步接收到客户端的ACK就进入ESTABLISHED状态。

    • 第三次握手:客户端收到服务端的 SYN+ACK(确认符) 报文段;然后将 ACK 设置为 y+1,向服务端发送ACK报文段,这个报文段发送完毕后,客户端和服务端都进入ESTABLISHED(连接成功)状态,完成TCP 的三次握手。

    上面的解释可能有点不好理解,用《图解HTTP》中的一副插图 帮助大家。

    img

    当客户端和服务端通过三次握手建立了 TCP 连接以后,当数据传送完毕,断开连接就需要进行TCP的四次挥手。其四次挥手如下所示:

    • 第一次挥手

      客户端设置seq和 ACK ,向服务器发送一个 FIN(终结)报文段。此时,客户端进入 FIN_WAIT_1 状态,表示客户端没有数据要发送给服务端了。

    • 第二次挥手

      服务端收到了客户端发送的 FIN 报文段,向客户端回了一个 ACK 报文段。

    • 第三次挥手

      服务端向客户端发送FIN 报文段,请求关闭连接,同时服务端进入 LAST_ACK 状态。

    • 第四次挥手

      客户端收到服务端发送的 FIN 报文段后,向服务端发送 ACK 报文段,然后客户端进入 TIME_WAIT 状态。服务端收到客户端的 ACK 报文段以后,就关闭连接。此时,客户端等待 2MSL(指一个片段在网络中最大的存活时间)后依然没有收到回复,则说明服务端已经正常关闭,这样客户端就可以关闭连接了。

    最后再看一下完整的过程:

    img

    如果有大量的连接,每次在连接,关闭都要经历三次握手,四次挥手,这显然会造成性能低下。因此。Http 有一种叫做 长连接(keepalive connections) 的机制。它可以在传输数据后仍保持连接,当客户端需要再次获取数据时,直接使用刚刚空闲下来的连接而无需再次握手。

    img

    一些问题汇总:

    1. 为什么要三次握手?

    为了防止已失效的连接请求报文突然又传送到了服务端,因为产生错误。

    具体解释: “已失效的连接请求报文段”产生情况:

    client 发出的第一个连接请求报文段并没有丢失,而是在某个网络节点长时间滞留,因此导致延误到连接释放以后的某个时间才到达 service。如果没有三次握手,那么此时server收到此失效的连接请求报文段,就误认为是 client再次发出的一个新的连接请求,于是向 client 发出确认报文段,同意建立连接,而此时 client 并没有发出建立连接的情况,因此并不会理会服务端的响应,而service将会一直等待client发送数据,因此就会导致这条连接线路白白浪费。

    如果此时变成两次挥手行不行?

    这个时候需要明白全双工与半双工,再进行回答。比如:

    • 第一次握手: A给B打电话说,你可以听到我说话吗?
    • 第二次握手: B收到了A的信息,然后对A说: 我可以听得到你说话啊,你能听得到我说话吗?
    • 第三次握手: A收到了B的信息,然后说可以的,我要给你发信息啦!

    在三次握手之后,A和B都能确定这么一件事: 我说的话,你能听到; 你说的话,我也能听到。 这样,就可以开始正常通信了,如果是两次,那将无法确定。

    2. 为什么要四次挥手?

    TCP 协议是一种面向连接,可靠,基于字节流的传输层通信协议。TCP 是全双工模式(同一时刻可以同时发送和接收),这就意味着,当主机1发出 FIN 报文段时,只是表示主机1已结没有数据要发送了,主机1告诉主机2,它的数据已经全部发送完毕;但是,这个时候主机1还是可以接受来自主机2的数据;当主机2返回 ACK报文段时,这个时候就表示主机2也没有数据要发送了,就会告诉主机1,我也没有数据要发送了,之后彼此就会中断这次TCP连接。

    3.为什么要等待 2MSL

    MSL:报文段最大生存时间,它是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间

    原因如下:

    • 保证TCP协议的全双工连接能够可靠关闭
    • 保证这次连接的重复数据从网络中消息

    第一点: 如果主机1直接 关闭,由于IP协议的不可靠性或者其他网络原因,导致主机2没有收到主机1最后回复的 ACK。那么主机2就会在超时之后继续发送 FIN,此时由于主机1已经关闭,就找不到与重发的 FIN 对应的连接。所以,主机1 不是直接进入 关闭,而是TIME_WAIT 状态。当再次收到 FIN 的时候,能够保证对方收到 ACK ,最后正确关闭连接。

    第二点:如果主机1直接 关闭,然后又再向主机 2 发起一个新连接,我们不能保证这个新连接与刚才关闭的连接端口是不同的。也就是说有可能新连接和老连接的端口号是相同的。一般来说不会发生什么问题,但还是有特殊情况出现;假设新连接和已经关闭的老连接端口号是一样的,如果前一次连接的某些数据仍然滞留在网络中( Lost Duplicate ),那些延迟数据在建立新连接之后才到达主机2,由于新连接和老连接的端口号是一样的,TCP 协议就认为哪个延迟的数据时属于新连接的,这样就和真正的新连接的数据包发生混淆了。所以TCP连接要在 TIME_WAIT 状态等待两倍 MSL ,保证本次连接的所有数据都从网络中消失。




    参考内容

    <图解HTTP>
    <Android进阶之光-网络篇>
    知乎-TCP 为什么是三次握手,而不是两次或四次?

    展开全文
  • TCP/IP协议是什么?我们10分钟搞定

    千次阅读 多人点赞 2017-09-27 16:45:20
    零·编程的我们为什么要了解TCP/IP?我们来想想,我们编写的程序大致可以分为几种?为了我们的生活方便,我们运用编程将我们的工作效率大大提高,这是一种工具性的程序。好了,可是我们的程序不是拿来自己用用就可以...

    零·编程的我们为什么要了解TCP/IP?

    我们来想想,我们编写的程序大致可以分为几种?为了我们的生活方便,我们运用编程将我们的工作效率大大提高,这是一种工具性的程序。好了,可是我们的程序不是拿来自己用用就可以了,我想每一个具有互联网和编程思想的人都希望自己的作品可以被大家看见,我们就要将我们的程序分享。也就是说我们的程序的走向大概会归到互联网这条大河里面。所以了解互联网的传输方式和规则,也成了我们这类人的生活技能和硬性需求。当然,如果你的编程产品正好是社交通信方面的,那么TCP/IP协议你就不能是了解这么简单了。

    一·什么是TCP/IP

    所谓协议(protocol),其实就是一个群体之间规定的规则,这个规则的目的是为了保证这个群体里面的人可以正常交流。还是回到计算机和网络的通信这边来举例。比如,
    如何探测到通信目标、由哪一边先发起通信、使用哪种语言进行通信、怎样结束通信等规则都需要事先确定。不同的硬件、操作系统之间的通信,所有的这一切都需要一种规则。

    协议中存在各式各样的内容。从电缆的规格到 IP 地址的选定方法、寻找异地用户的方法、双方建立通信的顺序,以及 Web 页面显示需要处理的步骤,等等。

    像这样把与互联网相关联的协议集合起来总称为 TCP/IP。也有说法认为,TCP/IP 是指 TCP 和 IP 这两种协议。还有一种说法认为,TCP/IP 是在 IP 协议的通信过程中,使用到的协议族的统称。

    这里写图片描述

    二· 为什么不能只有一个协议?

    当我们知道TCP/IP是一个协议群的时候,我想有些人会有这样一个疑问。为什么要有这么多的协议?如果是关于通信的话,为什么我们不能用一个比较全的协议,这样不是更简单?

    对于这个问题我想说:多不等于复杂,少不等于简单。有时候可能恰恰相反。

    对于上面那句话的解释和对“为什么不能只有一个协议? ”问题的回答我想分两个方面回答:

    对于通信,我们的客观世界本身是有所区分的。举个例子,我们要将信息发给其他人,对于我们来说,就是我们电脑的消息转移到其他人的电脑上,至于怎么完成这件事的放大,我们一概不知。可是有一点我们是可以明白的。就是,我们电脑里的东西不可能如隔空取物一般的到人家的电脑里,肯定是根据什么什么东西传输过去的。

    其实,通过为了达成我们所描绘的文件传输,其实需要线缆、无线信号和每个电脑是具有的唯一的地址等条件。我们看这些条件,就发现了这里面有很多东西是属于不同类别的,有的是物体,比如线缆,有的是无线的,比如无线电。如果我们以这个思路将我们的协议分为几个层面,让每个层面有专门的协议去负责,那么我们既可以做到详细和完整,我们还可减轻工作量,如我们要修改协议,我们不需要将所以的协议都改,只需要修改我们需要的部分就好了。


    第二个原因更加直白:没有人能够全面掌握互联网中的传输状况

    在到达通信目标前的中转过程中,那些计算机和路由器等网络设备只能获悉很粗略的传输路线。

    这种机制称为路由选择(routing),有点像快递公司的送货过程。想要寄快递的人,只要将自己的货物送到集散中心,就可以知道快递公司是否肯收件发货,该快递公司的集散中心检查货物的送达地址,明确下站该送往哪个区域的集散中心。接着,那个区域的集散中心自会判断是否能送到对方的家中。我们是想通过这个比喻说明,无论哪台计算机、哪台网络设备,它们都无法全面掌握互联网中的细节。

    就是因为没有人能知道互联网的信息传输的所有细节,那么我们就无法只用一个协议去将它的一切都包括起来。我们将协议根据一个思路进行分组和切割,让负责这一块的人来了解这一块的协议,这种分工协作更专业也更加科学。

    三.TCP/IP的分层

    对于,协议分层,TCP/IP 协议族按层次分别分为以下 4 层:应用层、传输层、网络层和数据链路层。

    这里写图片描述

    TCP/IP 协议族各层的作用如下。

    应用层

    应用层决定了向用户提供应用服务时通信的活动。TCP/IP 协议族内预存了各类通用的应用服务。比如,FTP(FileTransfer Protocol,文件传输协议)和 DNS(Domain Name System,域名系统)服务就是其中两类。HTTP 协议也处于该层。

    传输层

    传输层对上层应用层,提供处于网络连接中的两台计算机之间的数据传输。在传输层有两个性质不同的协议:TCP(Transmission ControlProtocol,传输控制协议)和UDP(User Data Protocol,用户数据报协议)。

    网络层(又名网络互连层)

    网络层用来处理在网络上流动的数据包。数据包是网络传输的最小数据单位。该层规定了通过怎样的路径(所谓的传输路线)到达对方计算机,并把数据包传送给对方。与对方计算机之间通过多台计算机或网络设备进行传输时,网络层所起的作用就是在众多的选项内选择一条传输路线。

    链路层(又名数据链路层,网络接口层)

    用来处理连接网络的硬件部分。包括控制操作系统、硬件的设备驱动、NIC(Network Interface Card,网络适配器,即网卡),及光纤等物理可见部分(还包括连接器等一切传输媒介)。硬件上的范畴均在链路层的作用范围之内。

    四·了解主要的一些协议

    一.IP协议

    按层次分,IP(Internet Protocol)网际协议位于网络层。InternetProtocol 这个名称可能听起来有点夸张,但事实正是如此,因为几乎所有使用网络的系统都会用到 IP 协议。TCP/IP 协议族中的 IP 指的就是网际协议,协议名称中占据了一半位置,其重要性可见一斑。可能有人会把“IP”和“IP 地址”搞混,“IP”其实是一种协议的名称。

    IP 协议的作用是把各种数据包传送给对方。而要保证确实传送到对方那里,则需要满足各类条件。其中两个重要的条件是 IP 地址和 MAC地址(Media Access Control Address)。

    IP 地址指明了节点被分配到的地址,MAC 地址是指网卡所属的固定
    地址。IP 地址可以和 MAC 地址进行配对。IP 地址可变换,但 MAC地址基本上不会更改。

    使用 ARP 协议凭借 MAC 地址进行通信

    IP 间的通信依赖 MAC 地址。在网络上,通信的双方在同一局域网(LAN)内的情况是很少的,通常是经过多台计算机和网络设备中转才能连接到对方。而在进行中转时,会利用下一站中转设备的 MAC地址来搜索下一个中转目标。这时,会采用 ARP 协议(AddressResolution Protocol)。ARP 是一种用以解析地址的协议,根据通信方的 IP 地址就可以反查出对应的 MAC 地址。

    这里写图片描述

    二·TCP协议

    按层次分,TCP 位于传输层,提供可靠的字节流服务。

    所谓的字节流服务(Byte Stream Service)是指,为了方便传输,将大块数据分割成以报文段(segment)为单位的数据包进行管理。而可靠的传输服务是指,能够把数据准确可靠地传给对方。一言以蔽之,TCP 协议为了更容易传送大数据才把数据分割,而且 TCP 协议能够确认数据最终是否送达到对方。

    确保数据能到达目标

    为了准确无误地将数据送达目标处,TCP 协议采用了三次握手(three-way handshaking)策略。用 TCP 协议把数据包送出去后,TCP不会对传送后的情况置之不理,它一定会向对方确认是否成功送达。21握手过程中使用了 TCP 的标志(flag) —— SYN(synchronize) 和ACK(acknowledgement)。

    发送端首先发送一个带 SYN 标志的数据包给对方。接收端收到后,回传一个带有 SYN/ACK 标志的数据包以示传达确认信息。最后,发送端再回传一个带 ACK 标志的数据包,代表“握手”结束。

    若在握手过程中某个阶段莫名中断,TCP 协议会再次以相同的顺序发送相同的数据包。

    注意的是:除了上述三次握手,TCP 协议还有其他各种手段来保证通信的可靠
    性。

    这里写图片描述

    三·DNS协议
    DNS(Domain Name System)服务是和 HTTP 协议一样位于应用层的协议。它提供域名到 IP 地址之间的解析服务。

    计算机既可以被赋予 IP 地址,也可以被赋予主机名和域名。比如www.badidu.com。

    用户通常使用主机名或域名来访问对方的计算机,而不是直接通过 IP地址访问。因为与 IP 地址的一组纯数字相比,用字母配合数字的表示形式来指定计算机名更符合人类的记忆习惯。

    但要让计算机去理解名称,相对而言就变得困难了。因为计算机更擅长处理一长串数字。

    为了解决上述的问题,DNS 服务应运而生。DNS 协议提供通过域名查找 IP 地址,或逆向从 IP 地址反查域名的服务。

    五·协议之间的关系

    这里写图片描述

    六·未完

    我们知道了一些简单的协议和协议的用法之后。我们发现,协议的存在就是规则的存在,并且这个规则是无比的繁杂。也就是说,当我们知道了解协议之后,当我们真实的需要运用协议来达到我们的目的时候,我们是要运用到它真是的内核和内容,所以学习还没有结束。
    未完……..

    PS:文章中的配图均来自《图解HTTP》

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  • 面试时,你被问到过 TCP/IP 协议吗?

    万次阅读 多人点赞 2017-04-04 13:43:24
    精通 TCP/IP,熟练使用 Socket 进行网路编程。 看到这句话,有没有感到很熟悉呀?相信很多人在投递简历的时候都看到过这条要求,很多人会觉得我们在实际开发中一般用不到这些知识,所以对这些东西不屑一顾.但是笔者...

    前言:

    • 精通 TCP/IP,熟练使用 Socket 进行网路编程。

    看到这句话,有没有感到很熟悉呀?相信很多人在投递简历的时候都看到过这条要求,很多人会觉得我们在实际开发中一般用不到这些知识,所以对这些东西不屑一顾.

    但是笔者认为想要做出更好的 APP,那么对这些基础知识必须要有一定的了解,这样你才能考虑得更加全面和完善,下面就让我们一起来了解一下,什么是 TCP/IP.

    1.什么是 TCP/IP?

    TCP/IP 是一类协议系统,它是用于网络通信的一套协议集合.
    传统上来说 TCP/IP 被认为是一个四层协议

    1) 网络接口层:

    主要是指物理层次的一些接口,比如电缆等.

    2) 网络层:

    提供独立于硬件的逻辑寻址,实现物理地址与逻辑地址的转换.

    在 TCP / IP 协议族中,网络层协议包括 IP 协议(网际协议),ICMP 协议( Internet 互联网控制报文协议),以及 IGMP 协议( Internet 组管理协议).

    3) 传输层:

    为网络提供了流量控制,错误控制和确认服务.

    在 TCP / IP 协议族中有两个互不相同的传输协议: TCP(传输控制协议)和 UDP(用户数据报协议).

    4) 应用层:

    为网络排错,文件传输,远程控制和 Internet 操作提供具体的应用程序

    2.数据包

    在 TCP / IP 协议中数据先由上往下将数据装包,然后由下往上拆包

    在装包的时候,每一层都会增加一些信息用于传输,这部分信息就叫报头,当上层的数据到达本层的时候,会将数据加上本层的报头打包在一起,继续往下传递.

    装包

    在拆包的时候,每一层将本层需要的报头读取后,就将剩下的数据往上传.

    这个过程有点像俄罗斯套娃,所以有时候人们也会用俄罗斯套娃来形容这个过程.

    俄罗斯套娃

    3.网络接口层

    这一块主要主要涉及到一些物理传输,比如以太网,无线局域网.这里就不做详细的介绍了

    4.网络层

    前面有提到,网络层主要就是做物理地址与逻辑地址之间的转换.

    目前市场上应用的最多的是 32 位二进制的 IPv4 ,因为 IPv4 的地址已经不够用了,所以 128 位二进制的 IPv6 应用越来越广泛了(但是下面的介绍都是基于 IPv4 进行的)

    1) IP:

    TCP/IP 协议网络上的每一个网络适配器都有一个唯一的 IP 地址.

    IP 地址是一个 32 位的地址,这个地址通常分成 4 端,每 8 个二进制为一段,但是为了方便阅读,通常会将每段都转换为十进制来显示,比如大家非常熟悉的 192.168.0.1

    IP 地址分为两个部分:

    • 网络 ID
    • 主机 ID

    但是具体哪部分属于网络 ID,哪些属于主机 ID 并没有规定.

    因为有些网络是需要很多主机的,这样的话代表主机 ID 的部分就要更多,但是有些网络需要的主机很少,这样主机 ID 的部分就应该少一些.

    绝大部分 IP 地址属于以下几类

    • A 类地址:IP 地址的前 8 位代表网络 ID ,后 24 位代表主机 ID。
    • B 类地址:IP 地址的前 16 位代表网络 ID ,后 16 位代表主机 ID。
    • C 类地址:IP 地址的前 24 位代表网络 ID ,后 8 位代表主机 ID。

    这里能够很明显的看出 A 类地址能够提供出的网络 ID 较少,但是每个网络可以拥有非常多的主机

    但是我们怎么才能看出一个 IP 地址到底是哪类地址呢?

    • 如果 32 位的 IP 地址以 0 开头,那么它就是一个 A 类地址。
    • 如果 32 位的 IP 地址以 10 开头,那么它就是一个 B 类地址。
    • 如果 32 位的 IP 地址以 110 开头,那么它就是一个 C 类地址。

    那么转化为十进制(四段)的话,我们就能以第一段中的十进制数来区分 IP 地址到底是哪类地址了。

    注意:

    • 十进制第一段大于 223 的属于 D 类和 E 类地址,这两类比较特殊也不常见,这里就不做详解介绍了。
    • 每一类都有一些排除地址,这些地址并不属于该类,他们是在一些特殊情况使用地址(后面会介绍)
    • 除了这样的方式来划分网络,我们还可以把每个网络划分为更小的网络块,称之为子网(后面会介绍)

    全是 0 的主机 ID 代表网络本身,比如说 IP 地址为 130.100.0.0 指的是网络 ID 为130.100 的 B 类地址。

    全是 1 的主机 ID 代表广播,是用于向该网络中的全部主机方法消息的。 IP 地址为 130.100.255.255 就是网络 ID 为 130.100 网络的广播地址(二进制 IP 地址中全是 1 ,转换为十进制就是 255 )

    以十进制 127 开头的地址都是环回地址。目的地址是环回地址的消息,其实是由本地发送和接收的。主要是用于测试 TCP/IP 软件是否正常工作。我们用 ping 功能的时候,一般用的环回地址是 127.0.0.1

    2)地址解析协议 ARP

    简单的来说 ARP 的作用就是把 IP 地址映射为物理地址,而与之相反的 RARP(逆向 ARP)就是将物理地址映射为 IP 地址。

    3)子网

    前面提到了 IP 地址的分类,但是对于 A 类和 B 类地址来说,每个网络下的主机数量太多了,那么网络的传输会变得很低效,并且很不灵活。比如说 IP地址为 100.0.0.0 的 A 类地址,这个网络下的主机数量超过了 1600 万台。

    所以子网掩码的出现就是为了解决这样的问题。

    我们先回顾一下之前如何区分主机 IP 和网络 IP 的。

    以 A 类地址 99.10.10.10 为例,前 8 位是网络 IP ,后 24 位是主机 IP 。(如下图)

    子网掩码也是一个 32 为的二进制数,也可以用四个十进制数来分段,他的每一位对应着 IP 地址的相应位置,数值为 1 时代表的是非主机位,数值为 0 时代表是主机位。

    由表格可以很清晰的看出,网络 IP 仍是由之前的分类来决定到底是多少位,主机 IP 则是由子网掩码值为 0 的位数来决定,剩下的则是子网 IP

    5 传输层

    传输层提供了两种到达目标网络的方式

    • 传输控制协议(TCP):提供了完善的错误控制和流量控制,能够确保数据正常传输,是一个面向连接的协议。
    • 用户数据报协议(UDP):只提供了基本的错误检测,是一个无连接的协议。

    特点:

    1)UDP:

    • 把数据打包
    • 数据大小有限制(64k)
    • 不建立连接
    • 速度快,但可靠性低

    2)TCP:

    • 建立连接通道
    • 数据大小无限制
    • 速度慢,但是可靠性高

    由于传输层涉及的东西比较多,比如端口,Socket等,都是我们做移动开发需要了解的,之后的文章中我们再具体做介绍,这里就不讲解了。

    6 应用层

    应用层做为 TCP/IP 协议的最高层级,对于我们移动开发来说,是接触最多的。

    运行在TCP协议上的协议:

    • HTTP(Hypertext Transfer Protocol,超文本传输协议),主要用于普通浏览。
    • HTTPS(Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer, or HTTP over SSL,安全超文本传输协议),HTTP协议的安全版本。
    • FTP(File Transfer Protocol,文件传输协议),由名知义,用于文件传输。
    • POP3(Post Office Protocol, version 3,邮局协议),收邮件用。
    • SMTP(Simple Mail Transfer Protocol,简单邮件传输协议),用来发送电子邮件。
    • TELNET(Teletype over the Network,网络电传),通过一个终端(terminal)登陆到网络。
    • SSH(Secure Shell,用于替代安全性差的TELNET),用于加密安全登陆用。

    运行在UDP协议上的协议:

    • BOOTP(Boot Protocol,启动协议),应用于无盘设备。
    • NTP(Network Time Protocol,网络时间协议),用于网络同步。
    • DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议),动态配置IP地址。

    其他:

    • DNS(Domain Name Service,域名服务),用于完成地址查找,邮件转发等工作(运行在TCP和UDP协议上)。
    • ECHO(Echo Protocol,回绕协议),用于查错及测量应答时间(运行在TCP和UDP协议上)。
    • SNMP(Simple Network Management Protocol,简单网络管理协议),用于网络信息的收集和网络管理。
    • ARP(Address Resolution Protocol,地址解析协议),用于动态解析以太网硬件的地址。

    同样的,由于应用层我们需要涉及的东西太多,具体的介绍我们将在之后的文章中进行,本文就不进行扩展了,感兴趣的朋友可以继续关注我的博客:

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  • TCP/IP协议详解

    万次阅读 多人点赞 2019-05-11 08:40:41
    认识HTTP协议 它是互联网协议(Internet Protocol Suite),一个网络通信模型,是互联网的一个基本的构架。 HTTP协议是Hyper Text Transfer ...HTTP是一个基于TCP/IP通信协议来传递数据(HTML 文件, 图片文件...

    为什么会有TCP/IP协议

    在世界上各地,各种各样的电脑运行着各自不同的操作系统为大家服务,这些电脑在表达同一种信息的时候所使用的方法是千差万别。就好像圣经中上帝打乱了各地人的口音,让他们无法合作一样。计算机使用者意识到,计算机只是单兵作战并不会发挥太大的作用。只有把它们联合起来,电脑才会发挥出它最大的潜力。于是人们就想方设法的用电线把电脑连接到了一起。

    但是简单的连到一起是远远不够的,就好像语言不同的两个人互相见了面,完全不能交流信息。因而他们需要定义一些共通的东西来进行交流,TCP/IP就是为此而生。TCP/IP不是一个协议,而是一个协议族的统称。里面包括了IP协议,IMCP协议,TCP协议,以及我们更加熟悉的http、ftp、pop3协议等等。电脑有了这些,就好像学会了外语一样,就可以和其他的计算机终端做自由的交流了。

    TCP/IP模型

    在这里插入图片描述
    应用层:
    向用户提供一组常用的应用程序,比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录TELNET使用TELNET协议提供在网络其它主机上注册的接口。TELNET会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。

    传输层:
    提供应用程序间的通信。其功能包括:一、格式化信息流;二、提供可靠传输。为实现后者,传输层协议规定接收端必须发回确认,并且假如分组丢失,必须重新发送。

    网络层 :
    负责相邻计算机之间的通信。其功能包括三方面。
    一、处理来自传输层的分组发送请求,收到请求后,将分组装入IP数据报,填充报头,选择去往信宿机的路径,然后将数据报发往适当的网络接口。

    二、处理输入数据报:首先检查其合法性,然后进行寻径–假如该数据报已到达信宿机,则去掉报头,将剩下部分交给适当的传输协议;假如该数据报尚未到达信宿,则转发该数据报。

    三、处理路径、流控、拥塞等问题。

    网络接口层:
    这是TCP/IP软件的最低层,负责接收IP数据报并通过网络发送之,或者从网络上接收物理帧,抽出IP数据报,交给IP层。

    IP

    IP 用于计算机之间的通信。

    IP 是无连接的通信协议。它不会占用两个正在通信的计算机之间的通信线路。这样,IP 就降低了对网络线路的需求。每条线可以同时满足许多不同的计算机之间的通信需要。

    通过 IP,消息(或者其他数据)被分割为小的独立的包,并通过因特网在计算机之间传送。

    IP 负责将每个包路由至它的目的地。

    IP地址

    每个计算机必须有一个 IP 地址才能够连入因特网。

    每个 IP 包必须有一个地址才能够发送到另一台计算机。

    网络上每一个节点都必须有一个独立的Internet地址(也叫做IP地址)。现在,通常使用的IP地址是一个32bit的数字,也就是我们常说的IPv4标准,这32bit的数字分成四组,也就是常见的255.255.255.255的样式。IPv4标准上,地址被分为五类,我们常用的是B类地址。具体的分类请参考其他文档。需要注意的是IP地址是网络号+主机号的组合,这非常重要。

    CP/IP 使用 32 个比特来编址。一个计算机字节是 8 比特。所以 TCP/IP 使用了 4 个字节。
    一个计算机字节可以包含 256 个不同的值:
    00000000、00000001、00000010、00000011、00000100、00000101、00000110、00000111、00001000 … 直到 11111111。
    现在,你知道了为什么 TCP/IP 地址是介于 0 到 255 之间的 4 个数字。

    TCP 使用固定的连接

    TCP 用于应用程序之间的通信。

    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) 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。

    UDP 和 TCP 很相似,但是更简单,同时可靠性低于 TCP。

    IP 路由器

    当一个 IP 包从一台计算机被发送,它会到达一个 IP 路由器。

    IP 路由器负责将这个包路由至它的目的地,直接地或者通过其他的路由器。

    在一个相同的通信中,一个包所经由的路径可能会和其他的包不同。而路由器负责根据通信量、网络中的错误或者其他参数来进行正确地寻址。

    域名

    12 个阿拉伯数字很难记忆。使用一个名称更容易。

    用于 TCP/IP 地址的名字被称为域名。www.baidu.com就是一个域名。

    当你键入一个像https://www.baidu.com/这样的域名,域名会被一种 DNS 程序翻译为数字。

    在全世界,数量庞大的 DNS 服务器被连入因特网。DNS 服务器负责将域名翻译为 TCP/IP 地址,同时负责使用新的域名信息更新彼此的系统。

    当一个新的域名连同其 TCP/IP 地址一同注册后,全世界的 DNS 服务器都会对此信息进行更新。

    TCP/IP

    TCP/IP 意味着 TCP 和 IP 在一起协同工作。

    TCP 负责应用软件(比如你的浏览器)和网络软件之间的通信。

    IP 负责计算机之间的通信。

    TCP 负责将数据分割并装入 IP 包,然后在它们到达的时候重新组合它们。

    IP 负责将包发送至接受者。

    TCP报文格式

    在这里插入图片描述
    16位源端口号:16位的源端口中包含初始化通信的端口。源端口和源IP地址的作用是标识报文的返回地址。

    16位目的端口号:16位的目的端口域定义传输的目的。这个端口指明报文接收计算机上的应用程序地址接口。

    32位序号:32位的序列号由接收端计算机使用,重新分段的报文成最初形式。当SYN出现,序列码实际上是初始序列码(Initial Sequence Number,ISN),而第一个数据字节是ISN+1。这个序列号(序列码)可用来补偿传输中的不一致。

    32位确认序号:32位的序列号由接收端计算机使用,重组分段的报文成最初形式。如果设置了ACK控制位,这个值表示一个准备接收的包的序列码。

    4位首部长度:4位包括TCP头大小,指示何处数据开始。

    保留(6位):6位值域,这些位必须是0。为了将来定义新的用途而保留。

    标志:6位标志域。表示为:紧急标志、有意义的应答标志、推、重置连接标志、同步序列号标志、完成发送数据标志。按照顺序排列是:URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN。

    16位窗口大小:用来表示想收到的每个TCP数据段的大小。TCP的流量控制由连接的每一端通过声明的窗口大小来提供。窗口大小为字节数,起始于确认序号字段指明的值,这个值是接收端正期望接收的字节。窗口大小是一个16字节字段,因而窗口大小最大为65535字节。

    16位校验和:16位TCP头。源机器基于数据内容计算一个数值,收信息机要与源机器数值 结果完全一样,从而证明数据的有效性。检验和覆盖了整个的TCP报文段:这是一个强制性的字段,一定是由发送端计算和存储,并由接收端进行验证的。

    16位紧急指针:指向后面是优先数据的字节,在URG标志设置了时才有效。如果URG标志没有被设置,紧急域作为填充。加快处理标示为紧急的数据段。

    选项:长度不定,但长度必须为1个字节。如果没有选项就表示这个1字节的域等于0。

    数据:该TCP协议包负载的数据。

    在上述字段中,6位标志域的各个选项功能如下。

    URG:紧急标志。紧急标志为"1"表明该位有效。

    ACK:确认标志。表明确认编号栏有效。大多数情况下该标志位是置位的。TCP报头内的确认编号栏内包含的确认编号(w+1)为下一个预期的序列编号,同时提示远端系统已经成功接收所有数据。

    PSH:推标志。该标志置位时,接收端不将该数据进行队列处理,而是尽可能快地将数据转由应用处理。在处理Telnet或rlogin等交互模式的连接时,该标志总是置位的。

    RST:复位标志。用于复位相应的TCP连接。

    SYN:同步标志。表明同步序列编号栏有效。该标志仅在三次握手建立TCP连接时有效。它提示TCP连接的服务端检查序列编号,该序列编号为TCP连接初始端(一般是客户端)的初始序列编号。在这里,可以把TCP序列编号看作是一个范围从0到4,294,967,295的32位计数器。通过TCP连接交换的数据中每一个字节都经过序列编号。在TCP报头中的序列编号栏包括了TCP分段中第一个字节的序列编号。

    FIN:结束标志。

    TCP三次握手

    所谓三次握手(Three-Way Handshake)即建立TCP连接,就是指建立一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。在socket编程中,这一过程由客户端执行connect来触发,整个流程如下图所示:
    在这里插入图片描述
    (1)第一次握手:Client将标志位SYN置为1,随机产生一个值seq=J,并将该数据包发送给Server,Client进入SYN_SENT状态,等待Server确认。

    (2)第二次握手:Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接,Server将标志位SYN和ACK都置为1,ack=J+1,随机产生一个值seq=K,并将该数据包发送给Client以确认连接请求,Server进入SYN_RCVD状态。

    (3)第三次握手:Client收到确认后,检查ack是否为J+1,ACK是否为1,如果正确则将标志位ACK置为1,ack=K+1,并将该数据包发送给Server,Server检查ack是否为K+1,ACK是否为1,如果正确则连接建立成功,Client和Server进入ESTABLISHED状态,完成三次握手,随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

    简单来说,就是

    1、建立连接时,客户端发送SYN包(SYN=i)到服务器,并进入到SYN-SEND状态,等待服务器确认

    2、服务器收到SYN包,必须确认客户的SYN(ack=i+1),同时自己也发送一个SYN包(SYN=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN-RECV状态

    3、客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认报ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手,客户端与服务器开始传送数据。

    SYN攻击:

    在三次握手过程中,Server发送SYN-ACK之后,收到Client的ACK之前的TCP连接称为半连接(half-open connect),此时Server处于SYN_RCVD状态,当收到ACK后,Server转入ESTABLISHED状态。SYN攻击就是Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址,并向Server不断地发送SYN包,Server回复确认包,并等待Client的确认,由于源地址是不存在的,因此,Server需要不断重发直至超时,这些伪造的SYN包将产时间占用未连接队列,导致正常的SYN请求因为队列满而被丢弃,从而引起网络堵塞甚至系统瘫痪。SYN攻击时一种典型的DDOS攻击,检测SYN攻击的方式非常简单,即当Server上有大量半连接状态且源IP地址是随机的,则可以断定遭到SYN攻击了,使用如下命令可以让之现行:

    #netstat -nap | grep SYN_RECV
    

    TCP四次挥手

    所谓四次挥手(Four-Way Wavehand)即终止TCP连接,就是指断开一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。在socket编程中,这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发,整个流程如下图所示:
    在这里插入图片描述
    由于TCP连接时全双工的,因此,每个方向都必须要单独进行关闭,这一原则是当一方完成数据发送任务后,发送一个FIN来终止这一方向的连接,收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了,即不会再收到数据了,但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据,直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方则执行被动关闭,上图描述的即是如此。

    (1)第一次挥手:Client发送一个FIN,用来关闭Client到Server的数据传送,Client进入FIN_WAIT_1状态。

    (2)第二次挥手:Server收到FIN后,发送一个ACK给Client,确认序号为收到序号+1(与SYN相同,一个FIN占用一个序号),Server进入CLOSE_WAIT状态。

    (3)第三次挥手:Server发送一个FIN,用来关闭Server到Client的数据传送,Server进入LAST_ACK状态。

    (4)第四次挥手:Client收到FIN后,Client进入TIME_WAIT状态,接着发送一个ACK给Server,确认序号为收到序号+1,Server进入CLOSED状态,完成四次挥手。

    为什么建立连接是三次握手,而关闭连接却是四次挥手呢?

    这是因为服务端在LISTEN状态下,收到建立连接请求的SYN报文后,把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时,当收到对方的FIN报文时,仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据,己方也未必全部数据都发送给对方了,所以己方可以立即close,也可以发送一些数据给对方后,再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接,因此,己方ACK和FIN一般都会分开发送。

    为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态?
    原因有二:
    一、保证TCP协议的全双工连接能够可靠关闭
    二、保证这次连接的重复数据段从网络中消失

    先说第一点,如果Client直接CLOSED了,那么由于IP协议的不可靠性或者是其它网络原因,导致Server没有收到Client最后回复的ACK。那么Server就会在超时之后继续发送FIN,此时由于Client已经CLOSED了,就找不到与重发的FIN对应的连接,最后Server就会收到RST而不是ACK,Server就会以为是连接错误把问题报告给高层。这样的情况虽然不会造成数据丢失,但是却导致TCP协议不符合可靠连接的要求。所以,Client不是直接进入CLOSED,而是要保持TIME_WAIT,当再次收到FIN的时候,能够保证对方收到ACK,最后正确的关闭连接。

    再说第二点,如果Client直接CLOSED,然后又再向Server发起一个新连接,我们不能保证这个新连接与刚关闭的连接的端口号是不同的。也就是说有可能新连接和老连接的端口号是相同的。一般来说不会发生什么问题,但是还是有特殊情况出现:假设新连接和已经关闭的老连接端口号是一样的,如果前一次连接的某些数据仍然滞留在网络中,这些延迟数据在建立新连接之后才到达Server,由于新连接和老连接的端口号是一样的,又因为TCP协议判断不同连接的依据是socket pair,于是,TCP协议就认为那个延迟的数据是属于新连接的,这样就和真正的新连接的数据包发生混淆了。所以TCP连接还要在TIME_WAIT状态等待2倍MSL,这样可以保证本次连接的所有数据都从网络中消失。

    认识HTTP协议

    它是互联网协议(Internet Protocol Suite),一个网络通信模型,是互联网的一个基本的构架。

    HTTP协议是Hyper Text Transfer Protocol(超文本传输协议)的缩写,是用于从万维网(WWW:World Wide Web )服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。

    HTTP是一个基于TCP/IP通信协议来传递数据(HTML 文件, 图片文件, 查询结果等)。

    HTTP是一个属于应用层的面向对象的协议,由于其简捷、快速的方式,适用于分布式超媒体信息系统。它于1990年提出,经过几年的使用与发展,得到不断地完善和扩展。目前在WWW中使用的是HTTP/1.0的第六版,HTTP/1.1的规范化工作正在进行之中,而且HTTP-NG(Next Generation of HTTP)的建议已经提出。

    HTTP协议工作于客户端-服务端架构为上。浏览器作为HTTP客户端通过URL向HTTP服务端即WEB服务器发送所有请求。Web服务器根据接收到的请求后,向客户端发送响应信息。

    TCP/IP协议它们并不是一个协议,而是一个协议簇,这些协议的目的,就是使计算机之间可以进行信息交换,并且两大协议其中都包含其他的协议,虽然放在了一起,但它们的作用和工作是不一样的。

    HTTP协议定义了内容的格式,这是一个应用层的协议,应用层协议的内容需要通过传输层在浏览器和服务器之间传送,TCP/IP协议是ISO网络参考模型的一种实现。在TCP/IP协议中,与网络程序员相关的主要有两层:传输层和应用层。

    传输层协议负责解决数据传输问题,包括数据通行的可靠性问题。传输层依赖更底层的网络层来完成实际的数据传输,在TCP/IP网络协议中,负责可靠通信的传输层协议为TCP协议。而网络层一般用网络驱动来实现,普通的程序员不会涉及;在TCP/IP协议中,网络层的协议为IP协议。

    HTTP请求处理图解

    浏览器与Web服务器之间的协议是应用层协议,当前,我们主要遵循的协议为HTTP/1.1。HTTP协议是Web开发的基础,这是一个无状态的协议,客户机与服务器之间通过请求和相应完成一次会话(Session)。
    在这里插入图片描述

    客户端、web服务器、HTTP三者之间的联系

    (1)客户端与web服务器工作过程
    当浏览器寻找到Web服务器的地址之后,浏览器帮助我们把对服务器的请求转换为一系列参数发送给Web服务器。服务器受到浏览器发来的请求参数之后,将会分析这些数据,并进行处理。然后向浏览器回应处理的结果,也就是一些新的数据;这些数据通常是HTML网页或者图片。浏览器收到之后,解析这些数据,将它们呈现在浏览器的窗口中,这就是我们看到的网页。
    (2)客户端与web服务器遵守共同标准:HTTP协议
    在浏览器与Web服务器的对话中,需要使用双方都能够理解的语法规范进行通信,这种程序之间进行通信的语法规范,我们称之为协议。协议有许多种,根据国际标准化组织ISO的网络参考模型,程序与程序之间的通信可分为7层,从低到高依次为:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

    ISO模型:
    在这里插入图片描述
    (3)客户端、web服务器、数据库服务器图解
    在这里插入图片描述

    浏览器与服务器图解

    HTTP协议就是TCP/IP协议中专门用于浏览器与Web服务器之间通信的应用层协议。应用层协议依赖于传输层协议完成数据传输,传输层协议依赖于网络层协议王城数据传输,他们之间的关系如下图(浏览器与服务器之间网络通信的传输过程):
    在这里插入图片描述

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