系列之TCP/IP協議-概述（001）

林灣村龍貓發表於2019-04-10
TCP協議

一、引言

TCP/IP協議簇是目前internet網的事實上的協議簇，它相對於國際標準化組織制定的OSI參考模型的七層協議（物理層、資料鏈路層、網路層、傳輸層、會話層、表示層、應用層）不同，它只有四層（鏈路層、網路層、運輸層、應用層）。分層的目的是將一個複雜的問題分解，每一層專注於一個功能點，單一職責。

二、分層

tcp/ip協議簇分層

1.四層協議如下：

  • 鏈路層，通常包括裝置驅動程式、網路介面卡、傳輸介質。處理物理介面細節。
  • 網路層，處理網路中分組的活動，點到點，點到多端。包括IP協議、ICMP協議、IGMP協議等。
  • 運輸層，提供兩臺主機上的兩個應用程式的端到端通訊。包括TCP協議、UDP協議。
  • 應用層，處理特定應用的細節。如HTTP協議，FTP協議，SSH協議等等。

2.常用協議概覽（由下至上）

  • ARP協議與RARP協議，用於轉換IP地址與MAC地址。
    • ARP協議：地址解析協議（Address Resolution Protocol），IP地址 ---> MAC地址；
    • RARP協議：反地址解析協議（Reverse Address Resolution Protocol），MAC地址 ---> IP地址；
  • IP協議是網路層主要協議，ICMP協議是IP協議的附屬協議。
    • IP協議：網際協議（Internet Protocol），控制點到點傳輸。IP傳給鏈路層的資料單元叫IP資料包（IP datagram）。
    • ICMP協議：網路控制訊息協議（Internet Control Message Protocol），用於與其他機器交換錯誤報文資訊與其他重要資訊。
    • IGMP協議：網際組管理協議（Internet Group Management Protocol），用於把一個UDP資料包多播到多個主機上。
  • TCP協議與UDP協議，用於規定傳輸方式。都是IP協議的上層協議。
    • TCP協議：傳輸控制協議（Transmission Control Protocol），用於提供端到端的、面向連線的、可靠的、基於位元組流的通訊協議。他需要三次握手建立連線，四次握手關閉連線。TCP傳給IP的資料單元叫做TCP段（TCP segment）。
    • UDP協議：使用者資料包協議（User Datagram Protocol），為應用程式傳送/接收資料包（一定位元組數的資訊單元）。與TCP不同，UDP不是可靠的傳輸協議。常用的基於UDP的應用協議有DNS協議、TFTP協議等等。UDP傳給IP的資料單元叫UDP資料包（UDP datagram）。UDP資料包首部長8位元組。
  • HTTP協議、DNS協議、FTP協議等，這些協議都有其具體的應用場景。
    • HTTP協議：超文字傳輸協議（HyperText Transfer Protocol），常用的網站協議。
    • DNS協議：域名解析協議（Domain Name System），只有一個用途，將常見的域名地址（如www.baidu.com）解析成IP地址（如127.0.0.1）。
    • FTP協議：檔案傳輸協議（File Transfer Protocol），正如其名，就是用來傳輸檔案用的。

三、網際網路的地址（IP地址）

五大類IP地址
  internet上的介面都有唯一的一個IP地址。常用的IP地址長度是32bit，這32bit常寫成4個十進位制數（如127.0.0.1，每一個數最大為255）。如果一臺主機有多個網路介面，那麼每一個介面對應一個IP地址。所有的IP地址又可以分為三類：單播地址（目的為單個主機）、多播地址（目的為同一組的所有主機）、廣播地址（目的為給定網路的所有主機）。
各類IP地址對應的範圍

四、埠號

埠號，是用來區分一臺或多臺主機上的那些應用在通訊。你想啊，兩臺主機通訊，每臺主機上有n個應用程式在執行，鬼知道是哪個應用程式與哪個應用程式在通訊，所以有了埠號。傳輸層使用16bit來表示埠號。也就是說一臺機器最多有六萬多個埠號（0~65535）。埠號分類如下：

  • 0，為保留埠號，不使用（若傳送過程不準備接受回覆訊息，則可以作為源埠）。
  • 知名埠號（1~1023），由Internet號分配機構（Internet Assigned Numbers Authority,IANA）來管理。如 22-SSH、25-SMTP、80-HTTP等等。伺服器一般通過知名埠號來標識。檢視知名埠分配方式如下：
  • 零時埠號（1024~5000），系統自動分配的。客戶端一般不需要關心它使用的埠號，所以採用臨時埠號。
  • 其他服務埠號（5001~65535），其他服務埠號（internet上不常用的服務）。如xdebug（PHP程式碼除錯）預設埠號9000、Fiddler（http抓包工具）預設http代理埠號8888等等。

五、客戶與服務模型

大部分的網路應用都是使用的客戶端+伺服器模型。讓伺服器為客戶端提供一些特定服務。通常服務可以分為兩類：重複型與併發型

典型客戶-服務模型

1.重複型服務

  a. 等待一個客戶端請求到來。
  b. 處理該客戶端請求。
  c. 傳送響應給該請求的客戶端。
  d. 返回a步驟。
複製程式碼

當出來一個客戶端請求的時候，無法為其他客戶端提供服務。

2.併發型服務

  a. 等待一個客戶端請求到來。
  b. 啟動一個新的服務（程式/執行緒/任務等）來處理該客戶端請求。
     新服務處理該請求返回響應給該請求客戶端。
  c. 返回a步驟。
複製程式碼

併發型服務優點在於可以同時處理多個請求。

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