目錄

前言

從協(xié)議是什么出發(fā)

關(guān)于TCP/IP協(xié)議體系

幾個(gè)傳輸方式的分類

地址

網(wǎng)卡

中繼器（Repeater）

網(wǎng)橋（Bridge）

路由器（Router）

網(wǎng)關(guān)

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前言

筆者最近正在整理（筆者開(kāi)的坑不少，希望都可以堅(jiān)持下來(lái)）自己學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的筆記。筆者的這個(gè)系列將會(huì)整理的是HTTP協(xié)議，TCP/IP協(xié)議，UDP協(xié)議等幾個(gè)非常經(jīng)典的協(xié)議。文章更加像是一種整理，所以會(huì)略顯枯燥

從協(xié)議是什么出發(fā)

首先，毫無(wú)疑問(wèn)的，伴隨70年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)之間的互聯(lián)已經(jīng)成為一個(gè)事實(shí)。我們馬上就會(huì)想到的一個(gè)問(wèn)題，那就是我們?nèi)绾伪ＷC交流解析的一致性（換而言之，雙方如何構(gòu)造發(fā)送的信息和解析接受的信息呢？）這一問(wèn)題直接導(dǎo)致了計(jì)算機(jī)協(xié)議的產(chǎn)生。畢竟這樣我們才能讀得懂發(fā)來(lái)的信息，發(fā)送別人看得懂的信息。

對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史感興趣的朋友可以參考《圖解TCP/IP》一書(shū)，這本書(shū)非常的出名，筆者建議可以看這本書(shū)入門的學(xué)習(xí)TCP/IP協(xié)議。

請(qǐng)看下面的表格，這愉快的說(shuō)明了我們現(xiàn)在常見(jiàn)的協(xié)議體系架構(gòu)，筆者現(xiàn)在常常聽(tīng)說(shuō)的就是TCP/IP協(xié)議了。也是我們現(xiàn)在最經(jīng)常使用的協(xié)議體系。

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)	協(xié)議	主要用途
TCP/IP	IP, ICMP, TCP, UDP, HTTP, TELNET, SNMP, SMTP...	互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)
IPX/SPX (NetWare)	IPX, SPX, NPC...	個(gè)人電腦局域網(wǎng)
AppleTalk	DDP, RTMP, AEP, ATP, ZIP...	蘋果公司現(xiàn)有產(chǎn)品的局域網(wǎng)
DECnet	DPR, NSP, SCP...	前DEC小型機(jī)
OSI	FTAM, MOTIS, VT, CMIS/CMIP, CLNP, CONP...	—
XNS	IDP, SPP, PEP...	施樂(lè)公司網(wǎng)絡(luò)

我們熟知的這些協(xié)議大多數(shù)都是典型的，隸屬于“分組交換”的協(xié)議，什么意思呢？我們把數(shù)據(jù)按照協(xié)議的規(guī)矩，一塊塊傳遞，而不是一大坨數(shù)據(jù)完全不做任何處理的丟出去。所以，為了保證這些分組可以正確的重組回我們希望的信息，我們往往會(huì)把拆分的數(shù)據(jù)添加一些額外的控制信息，學(xué)習(xí)協(xié)議的一個(gè)重要的組成部分就在這里：這些經(jīng)典的協(xié)議是如何高效的添加這些控制信息確保我們的信息傳遞是準(zhǔn)確的呢？

關(guān)于TCP/IP協(xié)議體系

TCP/IP協(xié)議體系是分層的！一般的說(shuō)，有OSI七層分法和現(xiàn)在流行的經(jīng)典五層分法。分層更加像是隸屬于設(shè)計(jì)模式的解耦合設(shè)計(jì)。我們知道，目前為止我們信息傳遞看起來(lái)是輸入幾個(gè)文本然后一個(gè)回車出去對(duì)方收到了信息，這中間經(jīng)歷了非常復(fù)雜的轉(zhuǎn)換。分層，劃分模塊是一個(gè)經(jīng)典的將一個(gè)大問(wèn)題化簡(jiǎn)為若干小問(wèn)題的一個(gè)辦法。每一個(gè)層都各司其職，接受下一層的輸入向上一層輸出。這種模式也就奠基了TCP/IP體系的架構(gòu)設(shè)計(jì)。

分層名稱	功能	每層功能概覽
應(yīng)用層	針對(duì)特定應(yīng)用的協(xié)議。	電子郵件協(xié)議、遠(yuǎn)程登錄協(xié)議、文件傳輸協(xié)議
表示層	設(shè)定數(shù)據(jù)表達(dá)方式和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。	接收不同應(yīng)用程序傳輸?shù)母黝愋畔?#xff0c;如文字、圖片、聲音等
會(huì)話層	負(fù)責(zé)通信管理，負(fù)責(zé)建立、維護(hù)和終止連接。	通信連接的建立與維護(hù)，數(shù)據(jù)流控制
傳輸層	管理兩個(gè)“節(jié)點(diǎn)”之間的數(shù)據(jù)傳輸。	是否數(shù)據(jù)丟失？
網(wǎng)絡(luò)層	地址管理與路由選擇。	經(jīng)過(guò)哪條路由傳送到目標(biāo)地址？
數(shù)據(jù)鏈路層	連接設(shè)備之間傳輸和識(shí)別數(shù)據(jù)幀。	數(shù)據(jù)幀與與傳輸設(shè)備之間的轉(zhuǎn)換
物理層	以“0”“1”代表示的原始數(shù)據(jù)。	比特流與電子信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，連接器與網(wǎng)線的規(guī)范

當(dāng)然，這個(gè)看一下即可。因?yàn)楦訌V泛的是五層模型。后面再說(shuō)。

幾個(gè)傳輸方式的分類

兩種，有連接形式的和無(wú)連接形式的。有連接形式就像滑繩上綁東西傳遞，雙方需要架設(shè)好一個(gè)通信線路（打電話就是架設(shè)電話線，無(wú)線的連接就是架設(shè)通信的信道）。無(wú)連接形式則更加像是扔?xùn)|西，雙方?jīng)]有被通知準(zhǔn)備，突發(fā)的從一端傳遞到另一端。

還有一種分類則是根據(jù)接受端個(gè)數(shù)劃分——單播（一對(duì)一），多播（一對(duì)多），廣播（一對(duì)若干）以及任播（隨意的調(diào)一個(gè)設(shè)備，這個(gè)更加強(qiáng)調(diào)的是隨意的一臺(tái)接受設(shè)備接受信息就能完成任務(wù)）

地址

很好，我們聊完了上面的傳輸，現(xiàn)在我們考慮的是——傳遞是從一端到另一端，問(wèn)題來(lái)了，如何在通信的時(shí)候表達(dá)是身份——我是誰(shuí)，這個(gè)信息要去哪里。我們還是需要一個(gè)叫做“地址”的東西來(lái)標(biāo)識(shí)的。就像我叫小李，我想呼叫小張，我會(huì)在通信的時(shí)候喊一聲小張然后把信息輸送過(guò)去。

雖然說(shuō)關(guān)于地址，還有很多復(fù)雜的問(wèn)題我們并沒(méi)有納入考慮，但是現(xiàn)在更加像是一個(gè)層次化的總結(jié)博客。筆者不放在這里談。

地址具備層次性，這又回到了上面談?wù)摰膮f(xié)議分層理論。協(xié)議分層必然帶來(lái)地址分層。對(duì)于TCP/IP中，TCP傳輸層和IP網(wǎng)絡(luò)層使用的是IP地址，向下的使用的是MAC地址作為硬件網(wǎng)卡的地址。1. 網(wǎng)卡（Network Interface Card, NIC）

說(shuō)一說(shuō)上面這些圖中出現(xiàn)的幾個(gè)經(jīng)典的要素：

網(wǎng)卡

網(wǎng)卡是計(jì)算機(jī)連接到網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)備，它的主要功能是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)之間的物理連接。網(wǎng)卡負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，并將網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)部。

• 網(wǎng)卡通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)通信，常見(jiàn)的協(xié)議有Ethernet（以太網(wǎng)）協(xié)議。

• 網(wǎng)卡接收并發(fā)送數(shù)據(jù)幀，包括數(shù)據(jù)鏈路層的幀頭、幀尾等信息。

• 每個(gè)網(wǎng)卡都有唯一的硬件地址（MAC地址），通過(guò)該地址來(lái)識(shí)別設(shè)備。

中繼器（Repeater）

玩過(guò)紅石中繼器的都知道（MC人探頭），這個(gè)就是起到延續(xù)信號(hào)傳遞作用的設(shè)備

中繼器是一種信號(hào)放大器，它用于擴(kuò)大信號(hào)的傳輸距離。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)在傳輸過(guò)程中因?yàn)榫嚯x過(guò)長(zhǎng)而衰減時(shí)，中繼器會(huì)接收到信號(hào)并放大，再將其發(fā)送出去。

• 中繼器工作在物理層，它沒(méi)有智能，僅僅是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，重復(fù)傳輸。

• 它不會(huì)分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，也不會(huì)修改數(shù)據(jù)包內(nèi)容，僅僅是信號(hào)的再生，適用于長(zhǎng)距離傳輸。

• 常用于擴(kuò)展局域網(wǎng)（LAN）的覆蓋范圍，連接兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

網(wǎng)橋（Bridge）

網(wǎng)橋用于連接兩個(gè)或多個(gè)局域網(wǎng)（LAN），使它們能夠協(xié)同工作。網(wǎng)橋在接收到數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)根據(jù)目標(biāo)地址決定是否轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)幀。

• 網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù)MAC地址來(lái)判斷是否轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

• 網(wǎng)橋有學(xué)習(xí)和過(guò)濾功能，通過(guò)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中的MAC地址，它可以決定哪些數(shù)據(jù)應(yīng)該在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，哪些應(yīng)該被過(guò)濾。

• 網(wǎng)橋能夠?qū)⒉煌愋偷木钟蚓W(wǎng)連接在一起，比如連接兩段以太網(wǎng)。

• 用于減少局域網(wǎng)的沖突域，提高網(wǎng)絡(luò)的效率。

• 適用于連接不同物理介質(zhì)的局域網(wǎng)，或者在局域網(wǎng)內(nèi)部分隔流量。

路由器（Router）

路由器是一種工作在網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備，主要作用是根據(jù)目的IP地址決定數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，連接不同的網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行數(shù)據(jù)包的路由選擇。

• 路由器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層的IP地址來(lái)決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

• 它具有路由表，根據(jù)這些路由表信息選擇最佳路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

• 路由器能夠連接不同類型的網(wǎng)絡(luò)，如局域網(wǎng)（LAN）、廣域網(wǎng)（WAN）等。

• 路由器還具有網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)設(shè)備共享一個(gè)公網(wǎng)IP地址上網(wǎng)。

• 連接不同網(wǎng)絡(luò)，尤其是廣域網(wǎng)（如互聯(lián)網(wǎng)）與局域網(wǎng)之間的連接。

• 管理數(shù)據(jù)包的路由，確保數(shù)據(jù)通過(guò)最優(yōu)路徑傳輸。

網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)是一種工作在應(yīng)用層的設(shè)備，通常用于不同協(xié)議或不同網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。網(wǎng)關(guān)不僅僅處理網(wǎng)絡(luò)層的IP地址，還可以處理更高層的數(shù)據(jù)協(xié)議，它能夠連接完全不同的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

• 網(wǎng)關(guān)能翻譯不同協(xié)議之間的數(shù)據(jù)，如從一個(gè)協(xié)議棧到另一個(gè)協(xié)議棧，進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。

• 網(wǎng)關(guān)工作在OSI模型的較高層，通常涉及到應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層等多層次的協(xié)議轉(zhuǎn)換。

• 它可以用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，比如互聯(lián)網(wǎng)與私有網(wǎng)絡(luò)，或不同企業(yè)間的網(wǎng)絡(luò)互通。

• 在跨越不同類型網(wǎng)絡(luò)時(shí)，例如，連接企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部互聯(lián)網(wǎng)。

• 實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議或通信方式之間的互操作，比如將IP電話與傳統(tǒng)電話系統(tǒng)連接。