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协议分层

提到协议分层，我们很容易联想到ISO-OSI的七层协议经典架构，但是TCP/IP协议族的结构则稍有不同。如图所示：

TCP/IP协议族按照层次由上到下，层层包装。最上面的就是应用层了，这里面有http，ftp,等等我们熟悉的协议。而第二层则是传输层，著名 的TCP和UDP协议就在这个层次（不要告诉我你没用过udp玩星际）。第三层是网络层，IP协议就在这里，它负责对数据加上IP地址和其他的数据（后面 会讲到）以确定传输的目标。第四层是叫数据链路层，这个层次为待传送的数据加入一个以太网协议头，并进行CRC编码，为最后的数据传输做准备。再往下则是 硬件层次了，负责网络的传输，这个层次的定义包括网线的制式，网卡的定义等等（这些我们就不用关心了，我们也不做网卡），所以有些书并不把这个层次放在 tcp/ip协议族里面，因为它几乎和tcp/ip协议的编写者没有任何的关系。发送协议的主机从上自下将数据按照协议封装，而接收数据的主机则按照协议 从得到的数据包解开，最后拿到需要的数据。这种结构非常有栈的味道，所以某些文章也把tcp/ip协议族称为tcp/ip协议栈。

一些基本的常识

在学习协议之前，我们应该具备一些基本知识。

1互联网地址(ip地址)

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。

2域名系统

域名系统是一个分布的数据库，它提供将主机名（就是网址啦）转换成IP地址的服务。

3RFC

RFC是什么？RFC就是tcp/ip协议的标准文档，在这里我们可以看到RFC那长长的定义列表，现在它一共有4000多个协议的定义，当然，我们所要学习的，也就是那么十几个协议而已。

4端口号(port)

注意，这个号码是用在TCP，UDP上的一个逻辑号码，并不是一个硬件端口，我们平时说把某某端口封掉了，也只是在IP层次把带有这个号码的IP包给过滤掉了而已。

5应用编程接口

现在常用的编程接口有socket和TLI。而前面的有时候也叫做“Berkeley socket”，可见Berkeley对于网络的发展有多大的贡献。

数据链路层

数据链路层有三个目的：

• 为IP模块发送和 接收IP数据报。
• 为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答。
• 为RARP发送RARP请 求和接收RARP应答

ip大家都听说过。至于ARP和RARP，ARP叫做地址解析协议，是用IP地址换MAC地址的一种协议，而RARP则叫做逆地址解析协议，在tcp/ip协议的后面章节会介绍它们（在局域网里面用ARP协议可以很容易的搞瘫痪网络哦）

数据链路层的协议还是很多的，有我们最常用的以太网（就是平时我们用的网卡）协议，也有不太常见的令牌环，还有FDDI，当然，还有国内现在相当普及的PPP协议（就是adsl宽带），以及一个loopback协议。

联系linux里面的ifconfig -a命令，这个命令通常会得到如下的结果：

其中,eth0就是以太网接口,而 lo 则是 loopback 接口。这也说明这个主机在网络链路层上至少支持 loopback 协议和以太网协议。

以太网(Ether-net)的定是指数字设备公司( Digital Equipment Corp.)、英特尔公司(Intel Corp.)和 Xerox 公司在1982年联合公 布的一个标准,这个标准里面使用了一种称作 CSMA/CD 的接入方法。而 IEEE802提供的标准集 802.3(还有一部分定义到了802.2中) 也提供了一个 CSMA/CD 的标准。

这两个标准稍有同,TCP/IP 协议对这种情况的处理方式如下:

• 以太网的 IP 数据报封装在 RFC894中定义,而 IEEE802网络的 IP 数据报封装在 RFC1042中定义。
• 一台主机一定要能发送和接收 RFC894定义的数据报。
• 一台主机可以接收 RFC894和 RFC1042的封装格式的混合数据报。
• 一台主机也许能够发送 RFC1042数据报。。如果主机能同时发送两种类型的分组数 据,那么发送的分组必须是可以设置的,而且默认条件下必须是 RFC 894分组。

可见,RFC1042在 TCP/IP 里面处于一个配角的地位。这两种不同的数据报格式请参考教材。

ppp(点对点协议)是从 SLIP 的替代品。他们都提供了一种低速接入的解决方案。而每一种数据链路层协议,都有一个 MTU(最大传输单元)定义, 在这个定义下面,如果 IP 数据报过大,则要进行分片(fragmentation),使得每片都小于 MTU,注意 PPP 的 MTU 并 不是一个物理定义,而是 指一个逻辑定义(个人认为就是用程序控制)。

可以用 netstat 来打印出 MTU 的结果,比如键入 netstat -in：

就可以观察到 eth0的 MTU 是1500。而 lo(环回接口)的 MTU 则是16436。

最后说说那个环回接口(loopback)。平时我们用127.0.0.1来尝试自己的机器服务器好使不好使。走的就是这个 loopback 接口。

对于环回接口,有如下三点值得注意:

• 传给环回地址(一般是127.0.0.1)的任何数据均作为 I P 输入。
• 传给广播地址或多播地址的数据报复制一份传给环回接口,然后送到以太网上。这是 因为广播传送和多播传送的定义包含主 机本身。
• 任何传给该主机 IP 地址的数据均送到环回接口。

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