TCP/IP

通常使用的网络(包括互联网)是在 TCP/IP 协议族的基础上运作的。而 HTTP 属于它内部的一个子集。

TCP/IP协议族

计算机与网络设备要相互通信,双方就必须基于相同的方法。比如, 如何探测到通信目标、由哪一边先发起通信、使用哪种语言进行通信、怎样结束通信等规则都需要事先确定。不同的硬件、操作系统之间的通信,所有的这一切都需要一种规则。而我们就把这种规则称为
协议( protocol )。

⚠ TCP/IP是互联网相关的各类协议族的总称

协议中存在各式各样的内容。从电缆的规格到 IP 地址的选定方法、寻找异地用户的方法、双方建立通信的顺序,以及 Web 页面显示需要处理的步骤,等等。
像这样把与互联网相关联的协议集合起来总称为 TCP/IP 。也有说法 认为,TCP/IP 是指 TCP 和 IP 这两种协议。
还有一种说法认为, TCP/ IP 是在 IP 协议的通信过程中,使用到的协议族的统称。

TCP/IP的分层管理

TCP/IP 协议族里重要的一点就是分层。

TCP/IP 协议族按层次分别分为以下 4 层:应用层、传输层、网络层和数据链路层。
把 TCP/IP 层次化是有好处的。比如,如果互联网只由一个协议统筹,某个地方需要改变设计时,就必须把所有部分整体替换掉。而分层之后只需把变动的层替换掉即可。把各层之间的接口部分规划好之后,每个层次内部的设计就能够自由改动了。
值得一提的是,层次化之后,设计也变得相对简单了。处于应用层上的应用可以只考虑分派给自己的任务,而不需要弄清对方在地球上哪个地方、对方的传输路线是怎样的、是否能确保传输送达等问题。

TCP/IP 协议族各层的作用如下:

应用层:决定了向用户提供应用服务时通信的活动。

TCP/IP 协议族内预存了各类通用的应用服务。比如, FTP ( File Transfer Protocol,文件传输协议)和 DNS ( Domain Name System ,域名系统)服务就是其中两类。
HTTP 协议也处于该层。
传输层:对上层应用层提供处于网络连接中的两台计算机之间的数据传输
在传输层有两个性质不同的协议: TCP ( Transmission Control Protocol,传输控制协议)和 UDP ( User Data Protocol ,用户数据报协议)。
网络层:用来处理在网络上流动的数据包。
数据包是网络传输的最小数据单位。
该层规定了通过怎样的路径(所谓的传输路线)到达对方计算机,并把数据包传送给对方。
与对方计算机之间通过多台计算机或网络设备进行传输时,网络层所起的作用就是在众多的选项内选择一条传输路线。
链路层(又名数据链路层,网络接口层):用来处理连接网络的硬件部分。
包括控制操作系统、硬件的设备驱动、NIC( Network Interface Card ,网络适配器,即网卡),及光纤等物理可见部分(还包括连接器等一切传输媒介)。硬件上的范畴均在链路层的作用范围之内

TCP/IP通信传输流

利用 TCP/IP 协议族进行网络通信时,会通过分层顺序与对方进行通信。发送端从应用层往下走,接收端则往应用层往上走。
我们用 HTTP 举例来说明,
首先作为发送端的客户端在应用层(HTTP 协议)发出一个想看某个 Web 页面的 HTTP 请求
接着,为了传输方便,在传输层(TCP 协议)把从应用层处收到的数据(HTTP 请求报文)进行分割,并在各个报文上打上标记序号及端 口号后转发给网络层。
在网络层( IP 协议),增加作为通信目的地的 MAC 地址后转发给链路层。这样一来,发往网络的通信请求就准备齐全了。
接收端的服务器在链路层接收到数据,按序往上层发送,一直到应用层。当传输到应用层,才能算真正接收到由客户端发送过来的 HTTP 请求

发送端在层与层之间传输数据时,每经过一层时必定会被打上一个该 层所属的首部信息。
反之,接收端在层与层传输数据时,每经过一层 时会把对应的首部消去。
这种把数据信息包装起来的做法称为封装

在 TCP/IP 协议族中与 HTTP 密不可分的 3 个协议 (IP、TCP 和 DNS)

1、负责传输的 IP协议

按层次分, IP ( Internet Protocol )网际协议位于网络层。 几乎 所有使用网络的系统都会用到 IP 协议。 TCP/IP 协议族中的 IP 指的就 是网际协议,协议名称中占据了一半位置,其重要性可见一斑。可能 有人会把"IP" 和 "IP 地址 " 搞混, "IP" 其实是一种协议的名称。

IP 协议的作用是把各种数据包传送给对方。而要保证确实传送到对方那里,则需要满足各类条件。其中两个重要的条件是 IP 地址和 MAC地址(Media Access Control Address )。
IP 地址指明了节点被分配到的地址,MAC 地址是指网卡所属的固定 地址
IP 地址可以和 MAC 地址进行配对。 IP 地址可变换,但 MAC地址基本上不会更改。
使用 ARP 协议凭借 MAC 地址进行通信
IP 间的通信依赖 MAC 地址。在网络上,通信的双方在同一局域网(LAN )内的情况是很少的,通常是经过多台计算机和网络设备中转才能连接到对方。
而在进行中转时,会利用下一站中转设备的 MAC地址来搜索下一个中转目标。这时,会采用 ARP 协议( Address Resolution Protocol)。
ARP 是一种用以解析地址的协议,根据通信方 的 IP 地址就可以反查出对应的 MAC 地址。
在到达通信目标前的中转过程中,那些计算机和路由器等网络设备只 能获悉很粗略的传输路线。这种机制称为路由选择(routing )
有点像快递公司的送货过程。想要寄快递的人,只要将自己的货物送到集散中心,就可以知道快递公司是否肯收件发货,该快递公司的集散中心检查货物的送达地址,明确下站该送往哪个区域的集散中心。接着,那个区域的集散中心自会判断是否能送到对方的家中。
通过这个比喻说明,无论哪台计算机、哪台网络设备,它们都无法全面掌握互联网中的细节

2、确保可靠性的 TCP协议

按层次分, TCP 位于传输层,提供可靠的字节流服务。
所谓的字节流服务( Byte Stream Service )是指,为了方便传输,将大块数据分割成以报文段(segment )为单位的数据包进行管理。而可靠的传输服务是指,能够把数据准确可靠地传给对方。
一言以蔽之, TCP 协议为了更容易传送大数据才把数据分割,而且 TCP 协议能够确认数据最终是否送达到对方
为了准确无误地将数据送达目标处, TCP 协议采用了三次握手(three-way handshaking )策略。用 TCP 协议把数据包送出去后, TCP不会对传送后的情况置之不理,它一定会向对方确认是否成功送达。
握手过程中使用了 TCP 的标志( flag) --- SYN( synchronize) 和 ACK( acknowledgement)
发送端首先发送一个带 SYN 标志的数据包给对方。接收端收到后, 回传一个带有 SYN/ACK 标志的数据包以示传达确认信息。最后,发送端再回传一个带 ACK 标志的数据包,代表 " 握手 " 结束。
若在握手过程中某个阶段莫名中断, TCP 协议会再次以相同的顺序发送相同的数据包。

3、负责域名解析的 DNS服务

它提供域名到 IP 地址之间的解析服务。
计算机既可以被赋予 IP 地址,也可以被赋予主机名和域名。比如 www.baidu.com
用户通常使用主机名或域名来访问对方的计算机,而不是直接通过 IP地址访问。因为与 IP 地址的一组纯数字相比,用字母配合数字的表示形式来指定计算机名更符合人类的记忆习惯。但要让计算机去理解名称,相对而言就变得困难了。因为计算机更擅长处理一长串数字。
为了解决上述的问题, DNS 服务应运而生。 DNS 协议提供通过域名查找 IP 地址,或逆向从 IP 地址反查域名的服务。

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各种协议与 HTTP协议的关系

通过这张图来了解下 IP 协议、 TCP 协议和 DNS 服务在使用 HTTP 协议的通信过程中各自发挥的作用

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