TCP/IP協(xié)議族

現(xiàn)在Internet（因特網(wǎng)）使用的主流協(xié)議族是TCP/IP協(xié)議族，它是一個分層、多協(xié)議的通信體系。本章簡要討論TCP/IP協(xié)議族各層包含的主要協(xié)議，以及它們之間是如何協(xié)作完成網(wǎng)絡(luò)通信的。

TCP/IP協(xié)議族包含眾多協(xié)議，我們無法一一討論。本書將在后續(xù)章節(jié)詳細(xì)討論IP協(xié)議和TCP協(xié)議，因為它們對編寫網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序具有最直接的影響。本章則簡單介紹其中幾個相關(guān)協(xié)議：ICMP協(xié)議、ARP協(xié)議和DNS協(xié)議，學(xué)習(xí)它們對于理解網(wǎng)絡(luò)通信很有幫助。讀者如果想要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，那么RFC（Request For Comments，評論請求）文檔無疑是首選資料。

TCP/IP協(xié)議族體系結(jié)構(gòu)以及主要協(xié)議

TCP/IP協(xié)議族是一個四層協(xié)議系統(tǒng)，自底而上分別是數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。每一層完成不同的功能，且通過若干協(xié)議來實現(xiàn)，上層協(xié)議使用下層協(xié)議提供的服務(wù)，如下圖：

封裝

上層協(xié)議是如何使用下層協(xié)議提供的服務(wù)的呢？其實這是通過封裝（encapsulation）實現(xiàn)的。應(yīng)用程序數(shù)據(jù)在發(fā)送到物理網(wǎng)絡(luò)上之前，將沿著協(xié)議棧從上往下依次傳遞。每層協(xié)議都將在上層數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上加上自己的頭部信息（有時還包括尾部信息），以實現(xiàn)該層的功能，這個過程就稱為封裝，如下圖：

經(jīng)過TCP封裝后的數(shù)據(jù)稱為TCP報文段（TCP message segment），或者簡稱TCP段。前文提到，TCP協(xié)議為通信雙方維持一個連接，并且在內(nèi)核中存儲相關(guān)數(shù)據(jù)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)中的TCP頭部信息和TCP內(nèi)核緩沖區(qū)（發(fā)送緩沖區(qū)或接收緩沖區(qū)）數(shù)據(jù)一起構(gòu)成了TCP報文段，如下圖：

當(dāng)發(fā)送端應(yīng)用程序使用send（或者write）函數(shù)向一個TCP連接寫入數(shù)據(jù)時，內(nèi)核中的TCP模塊首先把這些數(shù)據(jù)復(fù)制到與該連接對應(yīng)的TCP內(nèi)核發(fā)送緩沖區(qū)中，然后TCP模塊調(diào)用IP模塊提供的服務(wù)，傳遞的參數(shù)包括TCP頭部信息和TCP發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，即TCP報文段。

經(jīng)過UDP封裝后的數(shù)據(jù)稱為UDP數(shù)據(jù)報（UDP datagram）。UDP對應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的封裝與TCP類似。不同的是，UDP無須為應(yīng)用層數(shù)據(jù)保存副本，因為它提供的服務(wù)是不可靠的。當(dāng)一個UDP數(shù)據(jù)報被成功發(fā)送之后，UDP內(nèi)核緩沖區(qū)中的該數(shù)據(jù)報就被丟棄了。如果應(yīng)用程序檢測到該數(shù)據(jù)報未能被接收端正確接收，并打算重發(fā)這個數(shù)據(jù)報，則應(yīng)用程序需要重新從用戶空間將該數(shù)據(jù)報拷貝到UDP內(nèi)核發(fā)送緩沖區(qū)中。

經(jīng)過IP封裝后的數(shù)據(jù)稱為IP數(shù)據(jù)報（IP datagram）。IP數(shù)據(jù)報也包括頭部信息和數(shù)據(jù)部分，其中數(shù)據(jù)部分就是一個TCP報文段、UDP數(shù)據(jù)報或者ICMP報文。我們將在第2章詳細(xì)討論IP數(shù)據(jù)報的頭部信息。

經(jīng)過數(shù)據(jù)鏈路層封裝的數(shù)據(jù)稱為幀（frame）。傳輸媒介不同，幀的類型也不同。比如，以太網(wǎng)上傳輸?shù)氖且蕴W(wǎng)幀（ethernet frame），而令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)膭t是令牌環(huán)幀（token ring frame）。以以太網(wǎng)幀為例，其封裝格式如下圖：

以太網(wǎng)幀使用6字節(jié)的目的物理地址和6字節(jié)的源物理地址來表示通信的雙方。關(guān)于類型（type）字段，我們將在后面討論。4字節(jié)CRC字段對幀的其他部分提供循環(huán)冗余校驗。

幀的最大傳輸單元（Max Transmit Unit，MTU），即幀最多能攜帶多少上層協(xié)議數(shù)據(jù)（比如IP數(shù)據(jù)報），通常受到網(wǎng)絡(luò)類型的限制。圖1-6所示的以太網(wǎng)幀的MTU是1500字節(jié)。正因為如此，過長的IP數(shù)據(jù)報可能需要被分片（fragment）傳輸。

幀才是最終在物理網(wǎng)絡(luò)上傳送的字節(jié)序列。至此，封裝過程完成。

文章引用：http://www.lt-ad.com/new/182.html

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