TCP/IP 协议详解和运作过程

一、TCP/IP协议族

TCP/IP协议族体系结构及主要协议.png

1、数据链路层

ARP协议和RARP协议，它们实现了IP地址和机器物理地址之间的相互转化

• ARP协议（Address Resolve Protocol，地址解析协议）

• RARP协议（Reverse Address Resolve Protocol，逆地址解析协议）

作用：网络层是用IP地址寻址一台机器，而数据链路层是用物理地址寻址一台机器，因此网络层必须先将目标机器的IP地址转化成其物理地址，这就是ARP协议的用途。RARP协议仅用于网络上某些无盘工作站。因为缺乏储存设备，无盘工作站无法记住自己的IP地址。但是它们可以利用网卡上的物理地址来向网络管理者查询自身的IP地址。运行RARP服务的网络管理者通常存有该网络上有所及其得物理地址到IP地址映射。

2、网络层

ip协议和ICMP协议，它们实现了数据包的选路和转发。网络层的任务就是选择这些中间节点，已确定两台主机之间通信路径。

3、传输层

TCP协议、UDP协议和SCTP协议
传输层为两台主机上的应用程序提供端对端的通信。与网络层使用的逐跳通信方式不同，传输层只关心通信的起始端和目的端，而不在乎数据包的中转过程。

• TCP协议，传输控制协议
• UDP协议，用户数据报协议
• SCTP协议，流控制传输协议

4、应用层

应用层在用户空间实现，而数据链路层、网络层和传输层处理网络通信细节，这部分必须稳定有高效，因此它们都在内核空间中实现。

4.1、传输层和网络层区别

传输层和网络层区别.png

传输层为两台主机上的应用程序提供端对端的通信。与网络层使用的逐跳通信方式不同，传输层只关心通信的起始端和目的端，而不在乎数据包的中转过程

4.2、TCP协议的特点

为应用层提供可靠的、面向连接和基于流的服务。TCP协议通信使用超时重传、数据确定等待来确保数据包被正确地发送至目的端。因此TCP服务是可靠的。

使用TCP协议通信的双方必须先建立TCP连接，并在内核中为连接维持一些必要的数据结构，比如连接的状态、读写缓冲区以及诸多定时器等。当通信结束时，双方必须关闭连接已释放这些内核数据。TCP服务时给予流的。给予流的数据没有边界限制，它源源不断地从通信的一端流入另一端。发送端可以逐个字节地向数据流写入数据，接受端也可以逐个字节地将它们读出

4.3、UDP协议的特点

为应用层提供不可靠、无连接和基于据包的服务。

UDP协议无法保证数据从发送端正确的地传送到目的端。如果数据在中途丢失，或者目的端数据校验发现数据错误误将其丢弃，则UDP协议知识简单的通知应用程序发送失败，因此，使用UDP协议的应用程序通常要自己处理数据确认、超时重传等逻辑。UDP协议是无连接的，即通信双方不保持一个长久的联系，因此应用程序每一次发送数据都要指定接收方的地址。每一个UDP数据都有一个长度，就接受端必须以该长度为最小单位将其所有内容一次性读出，否则数据将被截断。

二、封装和分用

1、封装

上层协议是如何使用下层协议提供的服务的呢？其实通过封装实现的。应用程序数据在发送到无力网络上之前，将沿着协议栈从上往下依次传递。每一层协议都将在上册数据的基础上加上自己的头信息。

封装.png

1. 经过TCP封装后的数据称TCP报文段，经过UDP封装后的数据称为UDP数据包。
2. 经过IP封装后的数据称为IP数据报。
3. 经过数据链路层封装后的数据称帧

2、分用

当帧到达目的的主机时，将沿着协议栈自底向上依次传递。各层协议依次处理帧中本层负责的头数据，以获取所需的信息，并最终将处理后的帧交给目的应用程序。