简单认识TCP/IP协议

1、什么是TCP/IP 

      如果要了解一个人,可以从他归属的集体聊起来。我们的HTTP协议就属于TCP/IP协议家族中的一员,了解HTTP协议再整个网络流程中的地位,也能更加充分的理解HTTP协议。

      要想了解什么是TCP/IP协议,就要知道为什么有这个协议。中国人和中国人说话,要遵循汉语的的语法结构,使用汉语的发音。当我们和外国人交流时,就要适用外国的语言了,遵循外国的语法机构和发音。其实这就是一种协议,只不过我们称之为语言。计算机再这方面体现的更为直观,两台机器之间该如何通信呢,就需要制定各种各样的协议了。例如:文件传输适用TCP协议。域名系统适用DNS协议。有了些协议的存在,各种数据流按照规则传输,计算机之间得意通信。

       TCP/IP协议是一个协议集合。大家叫的时候方便说,所以统称为TCP/IP。TCP/IP协议族中有一个重要的概念是分层,TCP/IP协议按照层次分为以下四层。应用层、传输层、网络层、数据链路层。为什么要分层?这就如同邓小平1978年的大包干,责任到人。一个层只负责一个层次的问题,如果出问题了,和其他的层次无关,只要维护这个层次也就好了。其实编程语言里也能体现这个分层理论,即封转性、隔离。这里不再延伸细谈。下面我是制作的一个简图。

      

下面是从网络上找到的TCP/IP通信数据流

 

2、HTTP 关系密切的协议 : IP、TCP 和 DNS

    IP协议:IP(Internet protocol),这里的IP不是值得我们通常所说的192.168.1.1.这个IP指的是一种协议,而后面的数字值得是IP地址。IP协议的作用在于把各种数据包准确无误的传递给对方,其中两个重要的条件是IP地址,和MAC地址(Media Access Control Address)。由于IP地址是稀有资源,不可能每个人都拥有一个IP地址,所以我们通常的IP地址是路由器给我们生成的IP地址,路由器里面会记录我们的MAC地址。而MAC地址是全球唯一的,除去人为因素外不可能重复。举一个现实生活中的例子,IP地址就如同是我们居住小区的地址,而MAC地址就是我们住的那栋楼那个房间那个人。关于MAC地址,如果我没讲清楚,可点击连接,查看百度。以下内容摘抄自《图解HTTP》

   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(Address Resolution 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

    感兴趣的可以参考ARP协议(Address Resolution Protocol),题外话,从文档上来看,百度百科要比维基百科介绍的好的多。

 你向另外一台电脑发送一条信息,怎么再茫茫人海中瞬间找到对方,以下是图示:

   

 

TCP协议:如果说IP协议是找到对方的详细地址。那么TCP协议就是把安全的把东西带给对方。各有分工,互不冲突。

      按层次分,TCP属于传输层,提供可靠的字节流服务。什么叫字节流服务呢?这个名字听起来让人不知所以然,下面听下我通俗的解释。所谓的字节流,其实就类似于信息切割。比如你是一个卖自行车的,你要去送货。安装好的自行车,太过庞大,又不稳定,容易损伤。不如直接把自行车拆开来,每个零件上都贴上收货人的姓名。最后送到后按照把属于同一个人的自行车再组装起来,这个拆解、运输、拼装的过程其实就是TCP字节流的过程。

     我们看下严谨的学术表达是怎样的:

     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。

     为了确保信息能够确保准确无误的到达,TCP采用了著名的三次握手策略(three-way handshaking).下面我写一段对话来模拟下这三次握手。

     

DNS:DNS(Domain names System) 和HTTP协议一样是处于应用层的服务,提供域名到IP地址之间的解析服务。

互联网之间是通过IP地址通信的,但是IP地址并不符合认得记忆习惯,人喜欢记忆有意义的字词。所以DNS服务就为了解决这个问题而生了。其实很好理解,形如我们电脑中host文件。

192.168.1.11       roverliang.com  

当我们访问roverliang.com 的时候,电脑便不会去外网服务器上查询了,直接去访问192.168.1.111。这是一个简单的域名劫持,足以说明DNS的涵义了。

下面是我们访问一个网页,各种协议在里面起的作用。

以上均转载为http://www.cnblogs.com/roverliang/p/5176456.html,看了以上博主分析之后心中有个问题一直想不通:那就是在数据网络传输的过程中,既然有ip地址是唯一的,为什么还要用ip地址通过ARP协议再去找与ip相映射的mac地址?只用ip地址不就可以了吗?为什么非要用mac地址?带着心中的疑惑又在网上找资料,最终我把感觉说到点子上的原因整理如下:

一. 整体与局部

信息传递时候,需要知道的其实是两个地址:
  • 终点地址(Final destination address)
  • 下一跳的地址(Next hop address)

IP地址本质上是终点地址,它在跳过路由器(hop)的时候不会改变,而MAC地址则是下一跳的地址,每跳过一次路由器都会改变。

这就是为什么还要用MAC地址的原因之一,它起到了记录下一跳的信息的作用。

注:一般来说IP地址经过路由器是不变的,不过NAT(Network address translation)例外,这也是有些人反对NAT而支持IPV6的原因之一。

二. 分层实现

如果在IP包头(header)中增加了”下一跳IP地址“这个字段,在逻辑上来说,如果IP地址够用,交换机也支持根据IP地址转发(现在的二层交换机不支持这样做),其实MAC地址并不是必要的。

但用MAC地址和IP地址两个地址,用于分别表示物理地址和逻辑地址是有好处的。这样分层可以使网络层与链路层的协议更灵活地替换,网络层不一定非要用『IP』协议,链路层也不一定非用『以太网』协议。

这就像OSI七层模型,TCP/IP五层模型其实也不是必要的,用双层模型甚至单层模型实现网络也不是不可以的,只是那样做很蛋疼罢了。

三. 早期的『以太网』实现

早期的以太网只有集线器(hub),没有交换机(switch),所以发出去的包能被以太网内的所有机器监听到,因此要附带上MAC地址,每个机器只需要接受与自己MAC地址相匹配的包。

下面是另一位网友的的解释,我感觉举的例子不错,大家可以看下:

首先明确一点,并不是所有的网络之间传输数据都需要mac地址和ip地址,比如说点对点线路之间的通信就没有MAC地址,网络层使用ipx协议时就没有ip地址,但是在当前的主流网络中,我们都使用ip地址和mac地址

既然mac地址唯一,为什么还要有IP地址?

之前我们提到,mac地址是唯一的,那理论上,在任何两个设备之间,我应该都可以通过mac地址发送数据,为什么还需要ip地址?

mac地址就好像个人的身份证号,人的身份证号和人户口所在的城市,出生的日期有关,但是和人所在的位置没有关系,人是会移动的,知道一个人的身份证号,并不能找到它这个人,mac地址类似,它是和设备的生产者,批次,日期之类的关联起来,知道一个设备的mac,并不能在网络中将数据发送给它,除非它和发送方的在同一个网络内。

所以要实现机器之间的通信,我们还需要有ip地址的概念,ip地址表达的是当前机器在网络中的位置,类似于城市名+道路号+门牌号的概念。通过ip层的寻址,我们能知道按何种路径在全世界任意两台Internet上的的机器间传输数据。

mac地址通常是不变的,ip地址是可变的,尤其是移动设备,ip地址会经常变更。

mac地址的设计不携带设备在网络中的位置信息,想要通过mac地址通信,我们得在所有的设备上维护一张很大的表,记录所有mac地址路由在当前位置的的下一跳,这显然是不合理的。

既然能通过ip地址发送数据,为什么要有mac地址

既然ip地址有位置信息,而且在一个网络中也是唯一的,那么我们为什么不完全通过ip地址通信,抛弃mac地址呢?或者说,合并ip层和mac层的功能。

  • 历史原因
    最初的链路层协议是和ip地址无关的,没有网络层方面的设定,只有物理层和链路层,最初也只有集线器,没有交换机路由器,服务器之间传输数据全靠mac地址。在没有ip地址之前,mac地址已经在使用了。现在到处都在用的二层交换机,就是根据mac地址转发数据。

  • 设计的原因
    现在这样设计是好的设计,链路层的实现不需要考虑数据之间的转发,网络层的实现不需要考虑物层的影响。

也就是说,理论上可行,目前无太大意义,反而有坏处。

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