TCP/IP 基礎

什麼是TCP？

計算機網路連結在一起，使得計算機能夠發揮出其本身最大的潛力。但是如果只是連線在一起，但是計算機之間卻無法交流資訊，因為他們沒有共通的語言，所以TCP/IP就誕生了。

• TCP/IP不是一個協議，而是一個協議族的統稱。

裡面包括了IP協議，IMCP協議，TCP協議，以及我們更加熟悉的http、ftp、pop3協議等等。電腦有了這些，就好像學會了外語一樣，就可以和其他的計算機終端做自由的交流了。

這就好比我們現在都在使用的普通話，在沒有普通話之前，大家可能來自不同的地方，使用各地的方言來進行交流，這樣的話就沒有辦法進行溝通，誰也不知道對方說的話是什麼意思，而普通話，正好解決了這個問題。

TCP/IP協議族

今天我們們主要來了解資料鏈路層、網路層、傳輸層這三層OSI模型，而TCP/IP協議族主要集中在這三層。

• TCP協議是IP協議的上層協議，是應用層協議的下層協議
• OSI模型有七層，TCP在第4層傳輸層，IP在第3層網路層，而ARP在第2層資料鏈路層。
• 高層對低層是有強依賴的，所以TCP的建立前要進行ARP的請求和應答。

IP協議

• IP協議是TCP/IP協議的核心，所有的TCP，UDP，IMCP，IGCP的資料都以IP資料格式傳輸。

要注意的是，IP協議並不是可靠的協議，這是說，IP協議沒有提供一種資料未傳達以後的處理機制－－這被認為是上層協議－－TCP或UDP要做的事情。

所以這也就出現了TCP是一個可靠的協議，而UDP就沒有那麼可靠的區別。

我們們仔細看看這張圖，這裡面有一個8位生存時間，這個欄位規定該資料包在穿過多少個路由之後才會被拋棄，其最大值為255，也就是說這個ip協議包在每穿過一個路由器，這個TTL生存欄位就會減1，超過255個路由器之後，該ip協議包丟失，這也證明了IP協議並並不是可靠的協議。

IP地址：

• 網路上每一個節點都必須有一個獨立的Internet地址（也叫做IP地址）。

現在，通常使用的IP地址是一個32bit的數字，也就是我們常說的IPv4標準，這32bit的數字分成四組，也就是常見的255.255.255.255的樣式。

如何判斷兩個IP地址網路號是否相同？

• 關鍵資訊：IP地址和子網掩碼

現在我們來看看我們電腦裡面對IP地址的配置：

• 首先將10進位制的IP地址和子網掩碼全部轉化成二進位制資料.

  子網掩碼是由32bit的二進位制數字序列,形式為是一連串的1和一連串的0。

  例如：255.255.255.0(二進位制就是11111111.11111111.11111111.00000000)

• 將子網掩碼和IP地址進行"與"操作，這樣的話就能得到一個新的值.

• "與"操作的運算規則：

    0&0=0;   0&1=0;    1&0=0;     1&1=1;
    即：兩位同時為"1"，結果才為"1"，否則為"0"
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• 將新值二進位制轉化成10進位制，即可得到網路號

IP路由選擇

當一個IP資料包準備好了的時候，IP資料包是如何將資料包送到目的地的呢？它是怎麼選擇一個合適的路徑來"送貨"的呢？

也就是說我要給你寫信，就必須要知道你的地址，不然郵局的快遞小哥怎麼給你送過去呢？
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最特殊的情況是目的主機和主機直連，那麼主機根本不用尋找路由，直接把資料傳遞過去就可以了。至於是怎麼直接傳遞的，這就要靠ARP協議了，後面會講到。

稍微一般一點的情況是，主機通過若干個路由器(router)和目的主機連線。

那麼路由器就要通過ip包的資訊來為ip包尋找到一個合適的目標來進行傳遞，比如合適的主機，或者合適的路由。路由器或者主機將會用如下的方式來處理某一個IP資料包。

如果IP資料包的TTL（生命週期）以到，則該IP資料包就被拋棄。

* 1.搜尋路由表，優先搜尋匹配主機，如果能找到和IP地址完全一致的目標主機，則將該包發向目標主機   
* 2.搜尋路由表，如果匹配主機失敗，則匹配同子網的路由器，這需要“子網掩碼”的協助。如果找到路由器，則將該包發向路由器。
* 3.搜尋路由表，如果匹配同子網路由器失敗，則匹配同網號路由器，如果找到路由器，則將該包發向路由器。
* 4.搜尋路由表，如果以上都失敗了，就搜尋預設路由，如果預設路由存在，則發包.
如果都失敗了，就丟掉這個包。
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這再一次證明了，ip包是不可靠的。因為它不保證送達。

ARP作用：

ARP叫做地址解析協議，是用IP地址換MAC地址的一種協議。

• IP 地址，是一個32bit的數值，僅僅知道主機的ip地址是無法讓核心將資料幀傳送給主機

• 網路介面硬體地址，48bit的值，用來表示乙太網網路介面。在硬體層次上，進行資料交換必須有正確的介面地址，核心必須知道目的端的硬體地址才能傳送資料。

簡言之，就是在乙太網中，一臺主機要把資料幀傳送到同一區域網上的另一臺主機時，裝置驅動程式必須知道乙太網地址才能傳送資料。而我們只知道IP地址，這時就需要採用ARP協議將IP地址對映為乙太網地址。

ARP（地址解析）協議是一種解析協議，本來主機是完全不知道這個IP對應的是哪個主機的哪個介面，當主機要傳送一個IP包的時候，會首先查一下自己的ARP快取記憶體（就是一個IP-MAC地址對應表快取），如果查詢的IP－MAC值對不存在，那麼主機就向網路傳送一個ARP協議廣播包，這個廣播包裡面就有待查詢的IP地址，而直接收到這份廣播的包的所有主機都會查詢自己的IP地址，如果收到廣播包的某一個主機發現自己符合條件，那麼就準備好一個包含自己的MAC地址的ARP包傳送給傳送ARP廣播的主機，而廣播主機拿到ARP包後會更新自己的ARP快取（就是存放IP-MAC對應表的地方）。傳送廣播的主機就會用新的ARP快取資料準備好資料鏈路層的的資料包傳送工作。

注意：一般認為ARP協議只使適用於區域網。
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一個典型的arp快取資訊如下：

tcp三次握手

現在我們來用一張gif圖來說明再進行http傳送請求資料之前建立的連線：
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• 第一次握手：Client將標誌位SYN置為1，隨機產生一個值seq=X，並將該資料包傳送給Server，Client進入SYN_SENT狀態，等待Server確認。

• 第二次握手：Server收到資料包後由標誌位SYN=1知道Client請求建立連線，Server將標誌位SYN和ACK都置為1，ack=X+1，隨機產生一個值seq=Y，並將該資料包傳送給Client以確認連線請求，Server進入SYN_RCVD狀態。

• 第三次握手：Client收到確認後，檢查ack是否為X+1，ACK是否為1，如果正確則將標誌位ACK置為1，ack=Y+1，並將該資料包傳送給Server，Server檢查ack是否為Y+1，ACK是否為1，如果正確則連線建立成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手，隨後Client與Server之間可以開始傳輸資料了。

好了，關於TCP/IP部分內容就先整理到這裡了