TCP/IP网络基础

网络基础TCP/IP

什么是协议？

计算机和网络设备要相互通信，双方就必须约定标准的通信规则，例如由哪一端担任通信发起方、使用何种语言进行通信、如何结束通信等规则都需要事先进行确定。我们通常把这些规则称为协议。

什么是TCP/IP？

TCP/IP是互联网相关的各类协议族（集合）的总称。

TCP/IP的分层思想

如果互联网只由一个巨大的协议统筹，那么当某个地方需要改变设计时，需要对协议中所有部分进行整体替换。分层之后，由于层间的接口都已经设计好了，因此只需要对要改动部分所在层进行内部的设计调整即可。同时，层次化也使得层功能固定，每个网络层各司其职，协同工作，完成网络通信。

TCP/IP协议族按照层次分别可以分成如下4层：

• 应用层 —— 决定了向用户提供服务时的通信活动（FTP、DNS、HTTP）
• 传输层 —— 为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（TCP、UDP）
• 网络层 —— 处理在网络中流动的数据包（网络传输的最小单位），该层规定了通过何种路径将数据包传输给对方（IPv4、IPv6）
• 数据链路层 —— 处理连接网络的硬件部分

TCP/IP通信传输流

以HTTP举例说明，浏览器（客户端）在应用层发出一个HTTP请求（请求html页面），应用层将HTTP请求报文向下移交传输层，为了传输方便，传输层对收到的HTTP请求报文进行了分割，并增加一个TCP首部（主要包括报文标记序号+源、目端口号），封装好后移交网络层，网络层进行路由查找，添加上IP首部（主要包括报文标识以及源目IP地址），封装好后移交数据链路层。然后数据通过数据链路层进行物理传输。接收端的服务器在链路层接收到数据后，按序向上层发送，直到将数据传输到接收端的应用层，才算真正接收到了客户端发过来的HTTP请求。

HTTP协议

HTTP协议是对客户端和服务器端之间实现可靠性的传输文字、图片、音频、视频等超文本数据的规范，格式简称为“超文本传输协议”。两台计算机之间使用HTTP协议进行通信时，在一条通信线路上必定有一端是客户端，另一端是服务端。HTTP协议通过请求和响应的交换达成通信。

HTTP请求响应过程

1. 浏览器访问URL（http://www.someschool.edu/someDepartment/home.index）
2. DNS服务器将域名www.someschool.edu映射为真实的服务端IP地址
3. HTTP客户端进程在80端口（默认）发起一个到服务器的TCP连接，在客户端和服务端进程中都会有一个Socket与其绑定。
4. HTTP客户端通过Socket向服务器发送一个HTTP请求报文。在HTTP请求报文首部通过路径someDepartment/home.index指定了请求的资源。
5. HTTP服务器通过它的Socket接受客户端发来的请求报文，并对请求进行解析，从存储器（RAM或磁盘）中检索出与请求的资源对象home.index相关的所有资源，然后将它封装到HTTP响应报文中，通过Socket发给客户端。
6. HTTP服务器发送完响应报文后，客户端接受完响应报文后，断开TCP连接。
7. HTTP客户端从响应报文中提取出HTML文件，并循环检查出报文中其他内部对象。
8. 检查完成后，HTTP客户端把对应的请求资源通过浏览器进行视图解析，呈现给客户。

HTTP协议和TCP/IP中其他协议的关系

• DNS（Domain Name System） —— 提供域名到IP地址的双向解析
• TCP —— 提供可靠（三次握手、四次挥手）的字节流服务（为了方便传输，将大块数据分割成报文段）
• IP —— 通过路由转发（通过地址解析协议——ARP协议实现IP地址到MAC地址的转换）确保将各种数据包传送给对方。

下图详细地阐述了使用HTTP协议进行通信的整个过程：

参考资料

《图解HTTP》 by 上野宣