TCP/IP 背景和介紹

上世紀 70 年代，隨著計算機技術的發展，計算機使用者意識到：要想發揮計算機更大的作用，就要將世界各地的計算機連線起來。但是簡單的連線是遠遠不夠的，因為計算機之間無法溝通。因此設計一種通用的“語言”來交流是必要可少的，這時 TCP/IP 協議就應運而生了。

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）是傳輸控制協議和網路協議的簡稱，它定義了電子裝置如何連入因特網，以及資料如何在它們之間傳輸的標準。

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、ICMP 協議、TCP 協議、以及 http、ftp、pop3 協議等。網路中的計算機都採用這套協議族進行互聯。

網路協議棧架構

提到網路協議棧結構，最著名的當屬 OSI 七層模型，但是 TCP/IP 協議族的結構則稍有不同，它們之間的層次結構有如圖對應關係：

可見 TCP/IP 被分為 4 層，每層承擔的任務不一樣，各層的協議的工作方式也不一樣，每層封裝上層資料的方式也不一樣：

• (1)應用層：應用程式通過這一層訪問網路，常見 FTP、HTTP、DNS 和 TELNET 協議；
• (2)傳輸層：TCP 協議和 UDP 協議；
• (3)網路層：IP 協議，ARP、RARP 協議，ICMP 協議等；
• (4)網路介面層：是 TCP/IP 協議的基層，負責資料幀的傳送和接收。

基礎概念

1、IP 地址

網路上每一個節點都必須有一個獨立的 IP 地址，通常使用的 IP 地址是一個 32bit 的數字，被 . 分成 4 組，例如，255.255.255.255 就是一個 IP 地址。有了 IP 地址，使用者的計算機就可以發現並連線網際網路中的另外一臺計算機。

在 Linux 系統中，可以用這樣一條命令檢視自己的 IP 地址：

ifconfig -a

2、域名

用 12 位數字組成的 IP 地址很難記憶，在實際應用時，使用者一般不需要記住 IP 地址，網際網路給每個 IP 地址起了一個別名，習慣上稱作域名。

域名與計算機的 IP 地址相對應，並把這種對應關係儲存在域名服務系統 DNS(Domain Name System)中，這樣使用者只需記住域名就可以與指定的計算機進行通訊了。

常見的域名包括 com、net 和 org 三種頂級域名字尾，除此之外每個國家還有自己國家專屬的域名字尾（比如我國的域名字尾為 cn）。目前經常使用的域名諸如百度（www.baidu.com）、Linux 組織（www.lwn.net）等等。

我們可以使用命令”nslookup”或者“ping”來檢視與域名相對應的 IP 地址，由於實驗樓網路限制，我們可以使用ping git.shiyanlou.com檢視。

例如：

關於域名與 IP 地址的對映關係，以及 IP 地址的路由和發現機制，將在後續章節進行詳細的說明。

3、MAC 地址

MAC（Media Access Control）地址，或稱為實體地址、硬體地址，用來定義網際網路中裝置的位置。

在 TCP/IP 層次模型中，網路層管理 IP 地址，鏈路層則負責 MAC 地址。因此每個網路位置會有一個專屬於它的 IP 地址，而每個主機會有一個專屬於它 MAC 地址。

4、埠號

IP 地址是用來發現和查詢網路中的地址的，但是不同程式如何互相通訊呢，這就需要埠號來識別了。如果把 IP 地址比作一間房子 ，埠就是出入這間房子的門。真正的房子只有幾個門，但是埠採用 16 位元的埠號標識，一個 IP 地址的埠可以有 65536（即：2^16）個之多！

伺服器的預設程式一般都是通過人們所熟知的埠號來識別的。例如，對於每個 TCP/IP 實現來說，SMTP（簡單郵件傳輸協議）伺服器的 TCP 埠號都是 25，FTP（檔案傳輸協議）伺服器的 TCP 埠號都是 21，TFTP(簡單檔案傳輸協議)伺服器的 UDP 埠號都是 69。任何 TCP/IP 實現所提供的服務都用眾所周知的 1－1023 之間的埠號。這些人們所熟知的埠號由 Internet 埠號分配機構（Internet Assigned Numbers Authority, IANA）來管理。

5、封裝和分用

封裝：當應用程式傳送資料的時候，資料在協議層次當中從頂向下通過每一層，每一層都會對資料增加一些首部或尾部資訊，這樣的資訊稱之為協議資料單元（Protocol Data Unit，縮寫為PDU），在分層協議系統裡，在指定的協議層上傳送的資料單元，包含了該層的協議控制資訊和使用者資訊。如下圖所示：

• 物理層（一層）PDU指資料位（Bit）
• 資料鏈路層（二層）PDU指資料幀（Frame）
• 網路層（三層）PDU指資料包（Packet）
• 傳輸層（四層）PDU指資料段（Segment）
• 第五層以上為資料（data）

分用：當主機收到一個資料幀時，資料就從協議層底向上升，通過每一層時，檢查並去掉對應層次的報文首部或尾部，與封裝過程正好相反。

6、RFC

RFC（Request for Comment）文件是所有乙太網協議的正式標準，並在其官網上面公佈，由 IETF 標準協會制定。大量的 RFC 並不是正式的標準，出版的目的只是為了提供資訊。RFC 的篇幅不一，從幾頁到幾百頁不等。每一種協議都用一個數字來標識，如 RFC 3720 是 iSCSI 協議的標準，數字越大說是 RFC 的內容越新或者是對應的協議（標準）出現的比較晚。

所有的 RFC 文件都可以從網路上找到，其官網為IETF。在網站上面可以通過分類以及搜尋快速找到目標協議的 RFC 文件。目前在 IETF 網站上面的 RFC 文件有數千個，但是我們不需要全部掌握，在工作或學習中如果遇到可以找到對應的解釋，理論與實際結合會有更好地效果，單純閱讀 RFC 的效果一般。

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以上內容截選自實驗樓課程【TCP/IP網路協議基礎】第一節，更多TCP/IP網路協議基礎介紹，可以點選這裡，進行檢視，課程自頂向下分層介紹了TCP/IP網路協議基礎，非常適合對TCP/IP不太熟悉的小夥伴~