什么是TCP/IP协议

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TCPIP两个协议,而是指一个由FTPSMTP、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,所以被称之为TCP/IP协议。

计算机网络体系结构分层
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数据包
包、帧、数据包、段、消息
以上五个术语都用来表述数据的单位,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;
数据包是 IP 和 UDP 等网络层以上的分层中包的单位;
段则表示 TCP 数据流中的信息;
消息是指应用协议中数据的单位。
每个分层中,都会对所发送的数据附加一个首部,在这个首部中包含了该层必要的信息,如发送的目标地址以及协议相关信息。通常,为协议提供的信息为包首部,所要发送的内容为数据。在下一层的角度看,从上一层收到的包全部都被认为是本层的数据。
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协议栈中数据传输的过程
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① 应用程序处理
首先应用程序会进行编码处理,这些编码相当于 OSI 的表示层功能;编码转化后,邮件不一定马上被发送出去,这种何时建立通信连接何时发送数据的管理功能,相当于 OSI 的会话层功能。
② TCP 模块的处理
TCP 根据应用的指示,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。为了实现这一功能,需要在应用层数据的前端附加一个 TCP 首部。
③ IP 模块的处理
IP 将 TCP 传过来的 TCP 首部和 TCP 数据合起来当做自己的数据,并在 TCP 首部的前端加上自己的 IP 首部。IP 包生成后,参考路由控制表决定接受此 IP 包的路由或主机。
④ 网络接口(以太网驱动)的处理
从 IP 传过来的 IP 包对于以太网来说就是数据。给这些数据附加上以太网首部并进行发送处理,生成的以太网数据包将通过物理层传输给接收端。
⑤ 网络接口(以太网驱动)的处理
主机收到以太网包后,首先从以太网包首部找到 MAC 地址判断是否为发送给自己的包,若不是则丢弃数据。如果是发送给自己的包,则从以太网包首部中的类型确定数据类型,再传给相应的模块,如 IP、ARP 等。这里的例子则是 IP 。
⑥ IP 模块的处理
IP 模块接收到 数据后也做类似的处理。从包首部中判断此 IP 地址是否与自己的 IP 地址匹配,如果匹配则根据首部的协议类型将数据发送给对应的模块,如 TCP、UDP。这里的例子则是 TCP。另外,对于有路由器的情况,接收端地址往往不是自己的地址,此时,需要借助路由控制表,在调查应该送往的主机或路由器之后再进行转发数据。
⑦ TCP 模块的处理
在 TCP 模块中,首先会计算一下校验和,判断数据是否被破坏。然后检查是否在按照序号接收数据。最后检查端口号,确定具体的应用程序。数据被完整地接收以后,会传给由端口号识别的应用程序。
⑧ 应用程序的处理
接收端应用程序会直接接收发送端发送的数据。通过解析数据,展示相应的内容。

TCP/IP 中有两个具有代表性的传输层协议:
TCP 和 UDP
  • TCP 是面向连接的、可靠的流协议。流就是指不间断的数据结构,当应用程序采用 TCP 发送消息时,虽然可以保证发送的顺序,但还是犹如没有任何间隔的数据流发送给接收端。TCP 为提供可靠性传输,实行“顺序控制”或“重发控制”机制。此外还具备“流控制(流量控制)”、“拥塞控制”、提高网络利用率等众多功能。
  • UDP 是不具有可靠性的数据报协议。细微地处理它会交给上层的应用去完成。在 UDP 的情况下,虽然可以确保发送消息的大小,却不能保证消息一定会到达。因此,应用有时会根据自己的需要进行重发处理。
  • TCP 和 UDP 的优缺点无法简单地、绝对地去做比较:TCP 用于在传输层有必要实现可靠传输的情况;而在一方面,UDP 主要用于那些对高速传输和实时性有较高要求的通信或广播通信。TCP 和 UDP 应该根据应用的目的按需使用。

IP、MAC、端口
  • IP 地址:用来识别 TCP/IP 网络中互连的主机和路由器。
  • MAC:识别同一链路中不同的计算机。
  • 端口:端口号用来识别同一台计算机中进行通信的不同应用程序。因此,它也被称为程序地址。

通过 IP 地址、端口号、协议号进行通信识别
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  • ① 和② 的通信是在两台计算机上进行的。它们的目标端口号相同,都是80。这里可以根据源端口号加以区分。
  • ③ 和 ① 的目标端口号和源端口号完全相同,但它们各自的源 IP 地址不同。
  • 此外,当 IP 地址和端口号全都一样时,我们还可以通过协议号来区分(TCP 和 UDP)。

来源:亿佰特物联网实验室