计算机网络tcp和ip协议(计算机必须使用tcp/ip协议)

网络分层（由下到上）：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。 重点在： 物理层、数据链路层（这两层需要了解基本的原理）、网络层、传输层（这两层需要了解功能作用，原理和相关的一些协议）、应用层（http协议）。开始之前先跟大家说一下协议，很多人不知道协议是什么，尤其是刚接触这方面东西的时候，一听协议，感觉很吊的样子，但是又不知其所云，其实，协议可以理解为：一个双方通信需要共同遵守的规范。记住，在网络分层协议中，所有下层的协议的作用就是为了上层服务，谨记！接下来，我跟大家一一道来，首先登场的是物理层。这一层主要就是跟硬件打交道，这一层也是所有上层的基础。数据链路层强调的是一种传输规范，这是指什么呢？说白了，就是指每次传输的最大容量（最大传输单元），数据组织结构（以太网帧的概念）、传输的目的地等。MAC地址：烧录在网卡ROM中的一串数字，长度48bit。分组交换：较大数组分割为较小数组，依次发送。原因是数据链路层有不定长度的最大传输单元。以太网的帧的概念：前导码（8字节）+本体（首部+数据+FCS）原理：依靠MAC地址决定向哪个端发送数据，需要“转发表”。转发表是交换机自动学习得到的。作用：保证不同数据链路层下数据的可达性。ARP协议（获取MAC地址）和ICMP协议（数据发送异常通知）作用：识别对端信息的地址。地址为32位正整数表示，分为四个部分，每个部分由8位整数组成。说白了，是识别要传输目的地的地址。每位对应十进制范围：0-255。[注]：网络标识和主机标识是为了寻址而发明。A类：第一位为“0”的地址，前8位为网络标识，0.0.0.0-127.0.0.0是A类IP地址的理论范围。B类：前两位为“10”的地址，前16位是网络标识，128.0.0.0-191.255.0.0，主机标识16位。C类：前三位为“110”的地址。前24位网络标识，192.0.0.0-223.255.255.0，主机标识为8位。D类：前4位为“1110”的地址。网络标识为32位，没有主机标识。IP地址长度仅可表达43亿左右的主机数目，（区分网络标识和主机标识）共32位（一段连续的0和一段连续的1）组成，1的长度就表示网络标识的长度。子网掩码的作用是区分IP地址是否在同一子网内。分组数据发送到目标地址的功能，持有路由控制表，它在路由控制表中查找目标IP地址对应的下一个路由器地址。源主机--->网卡--->路由器1（路由器控制表）--->路由器2--->网卡--->目标主机IP协议最大包为2的16次幂，等于65536.接下来介绍几个IP协议相关的协议或技术：将域名转化为IP地址（域名也是分层处理请求的，每一层都有对应的DNS服务器）。通过目标IP地址，定位下一个接收数据包的网络设备（主机或路由器）的MAC地址。在数据链路层发送广播，如果没有ARP技术，就没有办法穿透中间的服务器（ARP请求+ARP应答）。NAT：用于将局域网中的私有地址转换为全局IP地址的技术。每个路由器只有一个对外的全局IP地址，如果一个内网主机都向外通讯，怎么办？就要使用到NATP技术，可转为TCP和UDP端口号。不同的内网IP被转换成同一个公共的IP，但是NAPT技术可以使用不同的端口加以区分。NAT和NAPT都需要路由器内部维护一张转换表。举例：TCP首次SYN时，会生成这个表，关闭连接时会发出FIN包，收到这个包应答时转换表会被删除。定义：实现应用程序之间的通信。TCP：面向有连接的协议，建立连接需要3步，关闭连接需要4步。具备数据重传、流量控制等功能，能正确处理丢包功能并有效利用宽带。UDP：比较适合做实时视频和音频，效率比TCP高。TCP有5个要素：源IP地址、目标IP地址、源端口号、目标端口号、协议号，同一台机器的端口号可以区分为不同的应用程序。校验和=源IP地址（IP协议首部）+目标IP地址（IP协议首部）+源端口+目标端口包长度=首部长度+数据长度应该可以从下图看出来，TCP的首部比UDP的首部要复杂的多，所以也一定会影响的传输的速度和效率。简单介绍一下首部的相关参数：序列号：发送数据的位置确认应答号：下一次应用接收到的数据的序列号数据偏移：TCP首部的长度，单位为4字节。控制位：长度为8位。窗口大小：用于表示从应答号开始能够接受多少个8位字节。紧急指针：尽在URG控制位为1时有效，表示紧急数据的末尾在TCP数据部分中的位置。接下来最重要的一个技术点来了：以下是通俗话解释连接和断开过程：建立连接的过程：1.client：我要建立连接。2.server：我知道你要建立连接了，我这边没问题。3.client：我了解你知道我要建立连接了，开始通信吧！结束连接的过程：1.client：我要关闭连接了2.server：你那边可以关闭了3.server：我这边也准备关闭了4.client：我已关闭，你可以关闭了[注]：连接是双方面的，所以关闭也是要自行关闭的。数据包重发：保证ACK的值和发送方下次发送数据包的序列号相等。接收方通过TCP首部中的控制位SYN判断这个数据是否曾经接收过？接收过就会舍弃。重传超时时间（RTO）动态改变，略大于连接往返时间（RTT），RTO有自己的估算公式定义：无需等待ACK，可以发送的最大数量。（窗口大小由接收端控制）作用：为了解决发送数据包后，直至ACK确认返回之前，发送端都无法在进行发送的问题。定义：接收端有缓存区数据溢出（如果窗口较大）通俗一点的意思就是让发送方慢一点，免得接收方接收不过来。TCP会慢启动算法得出窗口的大小，对发送数据量进行控制。发送方拥有一个拥塞窗口，对发送的数据量进行控制。TCP协议中的窗口是指：发送方和接收方窗口中的最小值。1.通讯开始，发送方窗口为1。每收到一个ACK确认后，拥塞窗口翻倍。2.由于指数级增长快，很快就会出现确认包超时。3.设置慢启动阈值，它的值为拥塞窗口的大小的一半。4.将拥塞窗口大小设置为1，重新进入慢启动过程。5.慢启动阈值存在，当拥塞窗口大小达到阈值时，不再翻倍，而是线性增长。6.随窗口大小的不断增长，可以收到三次重复的ACK，进入“快速重发”阶段。7.TCp将慢启动阈值设置为当前拥塞窗大小的一半，再将拥塞窗口大小设成阈值大小。 8.拥塞窗口又会线性增加，直至下一次出现3次ACK或者超时。

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议／网际协议）是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇，只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议。TCP作用：当应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，TCP则把数据流分割成适当长度的报文段，最大传输段大小（MSS）通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传送单元（MTU）限制。之后TCP把数据包传给IP层，由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。IP作用：IP信息包的传送。P信息包的分割与重组。TCP/IP协议缺陷（1）该模型没有明显地区分服务、接口和协议的概念。因此，对于使用新技术来设计新网络，TCP/IP模型不是一个太好的模板。（2）TCP/IP模型完全不是通用的，并且不适合描述除TCP/IP模型之外的任何协议栈。（3）链路层并不是通常意义上的一层。它是一个接口，处于网络层和数据链路层之间。接口和层间的区别是很重要的。以上内容参考百度百科-IP以上内容参考百度百科-TCP以上内容参考百度百科-TCP/IP协议
TCP/IP协议叫做传输控制/网际协议，它是Internet国际互联网络的基础。TCP/IP是网络中使用的基本的通信协议。 虽然从名字上看TCP/IP包括两个协议，传输控制协议（TCP）和网际协议（IP），但TCP/IP实际上是一组协议，它包括上百个各种功能的协议，如：远程登录、文件传输和电子邮件等，而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。通常说TCP/IP是Internet协议族，而不单单是TCP和IP。 TCP/IP协议的基本传输单位是数据包（datagram）,TCP协议负责把数据分成若干个数据包，并给每个数据包加上包头（就像给一封信加上信封），包头上有相应的编号，以保证在数据接收端能将数据还原为原来的格式，IP协议在每个包头上再加上接收端主机地址，这样数据找到自己要去的地方，如果传输过程中出现数据丢失、数据失真等情况，TCP协议会自动要求数据重新传输，并重新组包。总之，IP协议保证数据的传输，TCP协议保证数据传输的质量。TCP/IP协议数据的传输基于TCP/IP协议的四层结构：应用层、传输层、网络层、接口层，数据在传输时每通过一层就要在数据上加个包头，其中的数据供接收端同一层协议使用，而在接收端，每经过一层要把用过的包头去掉，这样来保证传输数据的格式完全一致。
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TCP/IP协议是什么TCP和UDP处在同一层---运输层，但是TCP和UDP最不同的地方是，TCP提供了一种可靠的数据传输服务，TCP是面向连接的，也就是说，利用TCP通信的两台主机首先要经历一个“拨打电话”的过程，等到通信准备结束才开始传输数据，最后结束通话。所以TCP要比UDP可靠的多，UDP是把数据直接发出去，而不管对方是不是在收信，就算是UDP无法送达，也不会产生ICMP差错报文，这一经时重申了很多遍了。把TCP保证可靠性的简单工作原理:应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。这和UDP完全不同，应用程序产生的 数据报长度将保持不变。由TCP传递给IP的信息单位称为报文段或段当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能 及时收到一个确认，将重发这个报文段.当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒.TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输 过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错， T P将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段(希望发端超时并重发)。既然TCP报文段作为IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段 的到达也可能会失序。如果必要， TCP将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。TCP还能提供流量控制。TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。从这段话中可以看到，TCP中保持可靠性的方式就是超时重发，这是有道理的，虽然TCP也可以用各种各样的ICMP报文来处理这些，但是这也不是可靠的，最可靠的方式就是只要不得到确认，就重新发送数据报，直到得到对方的确认为止。TCP的首部和UDP首部一样，都有发送端口号和接收端口号。但是显然，TCP的首部信息要比UDP的多，可以看到，TCP协议提供了发送和确认所需要的所有必要的信息。可以想象一个TCP数据的发送应该是如下的一个过程。双方建立连接发送方给接受方TCP数据报，然后等待对方的确认TCP数据报，如果没有，就重新发，如果有，就发送下一个数据报。接受方等待发送方的数据报，如果得到数据报并检验无误，就发送ACK(确认)数据报，并等待下一个TCP数据报的到来。直到接收到FIN(发送完成数据报)中止连接可以想见，为了建立一个TCP连接，系统可能会建立一个新的进程(最差也是一个线程)，来进行数据的传送--TCP协议TCP是一个面向连接的协议，在发送输送之前 ，双方需要确定连接。而且，发送的数据可以进行TCP层的分片处理。TCP连接的建立过程 ，可以看成是三次握手 。而连接的中断可以看成四次握手 。1.连接的建立在建立连接的时候，客户端首先向服务器申请打开某一个端口(用SYN段等于1的TCP报文)，然后服务器端发回一个ACK报文通知客户端请求报文收到，客户端收到确认报文以后再次发出确认报文确认刚才服务器端发出的确认报文(绕口么)，至此，连接的建立完成。这就叫做三次握手。如果打算让双方都做好准备的话，一定要发送三次报文，而且只需要三次报文就可以了。可以想见，如果再加上TCP的超时重传机制，那么TCP就完全可以保证一个数据包被送到目的地。2.结束连接TCP有一个特别的概念叫做half-close，这个概念是说，TCP的连接是全双工(可以同时发送和接收)连接，因此在关闭连接的`时候，必须关闭传和送两个方向上的连接。客户机给服务器一个FIN为1的TCP报文，然后服务器返回给客户端一个确认ACK报文，并且发送一个FIN报文，当客户机回复ACK报文后(四次握手)，连接就结束了。3.最大报文长度在建立连接的时候，通信的双方要互相确认对方的最大报文长度(MSS)，以便通信。一般这个SYN长度是MTU减去固定IP首部和TCP首部长度。对于一个以太网，一般可以达到1460字节。当然如果对于非本地的IP，这个MSS可能就只有536字节，而且，如果中间的传输网络的MSS更加的小的话，这个值还会变得更小。4.客户端应用程序的状态迁移图客户端的状态可以用如下的流程来表示：CLOSED->SYN_SENT->ESTABLISHED->FIN_WAIT_1->FIN_WAIT_2->TIME_WAIT->CLOSED以上流程是在程序正常的情况下应该有的流程，从书中的图中可以看到，在建立连接时，当客户端收到SYN报文的ACK以后，客户端就打开了数据交互地连接。而结束连接则通常是客户端主动结束的，客户端结束应用程序以后，需要经历FIN_WAIT_1，FIN_WAIT_2等状态，这些状态的迁移就是前面提到的结束连接的四次握手。5.服务器的状态迁移图服务器的状态可以用如下的流程来表示：CLOSED->LISTEN->SYN收到->ESTABLISHED->CLOSE_WAIT->LAST_ACK->CLOSED在建立连接的时候，服务器端是在第三次握手之后才进入数据交互状态，而关闭连接则是在关闭连接的第二次握手以后(注意不是第四次)。而关闭以后还要等待客户端给出最后的ACK包才能进入初始的状态。6.TCP服务器设计前面曾经讲述过UDP的服务器设计，可以发现UDP的服务器完全不需要所谓的并发机制，它只要建立一个数据输入队列就可以。但是TCP不同，TCP服务器对于每一个连接都需要建立一个独立的进程(或者是轻量级的，线程)，来保证对话的独立性。所以TCP服务器是并发的。而且TCP还需要配备一个呼入连接请求队列(UDP服务器也同样不需要)，来为每一个连接请求建立对话进程，这也就是为什么各种TCP服务器都有一个最大连接数的原因。而根据源主机的IP和端口号码，服务器可以很轻松的区别出不同的会话，来进行数据的分发。TCP的交互数据流对于交互性要求比较高的应用，TCP给出两个策略来提高发送效率和减低网络负担：(1)捎带ACK。(2)Nagle算法(一次尽量多的发数据)捎带ACK的发送方式这个策略是说，当主机收到远程主机的TCP数据报之后，通常不马上发送ACK数据报，而是等上一个短暂的时间，如果这段时间里面主机还有发送到远程主机的TCP数据报，那么就把这个ACK数据报“捎带”着发送出去，把本来两个TCP数据报整合成一个发送。一般的，这个时间是200ms。可以明显地看到这个策略可以把TCP数据报的利用率提高很多。Nagle算法上过bbs的人应该都会有感受，就是在网络慢的时候发贴，有时键入一串字符串以后，经过一段时间，客户端“发疯”一样突然回显出很多内容，就好像数据一下子传过来了一样，这就是Nagle算法的作用。Nagle算法是说，当主机A给主机B发送了一个TCP数据报并进入等待主机B的ACK数据报的状态时，TCP的输出缓冲区里面只能有一个TCP数据报，并且，这个数据报不断地收集后来的数据，整合成一个大的数据报，等到B主机的ACK包一到，就把这些数据“一股脑”的发送出去。虽然这样的描述有些不准确，但还算形象和易于理解，我们同样可以体会到这个策略对于低减网络负担的好处。在编写插口程序的时候，可以通过TCP_NODELAY来关闭这个算法。并且，使用这个算法看情况的，比如基于TCP的X窗口协议，如果处理鼠标事件时还是用这个算法，那么“延迟”可就非常大了。 ;

TCP/IP协议（又名：网络通讯协议）即传输控制协议/互联网协议，是一个网络通信模型，以及一整个网络传输协议家族。这一模型是Internet最基本的协议，也是Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。 其定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP负责发现传输的问题，而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。 为了减少网络设计的复杂性，大多数网络都采用分层结构。对于不同的网络，层的数量、名字、内容和功能都不尽相同。在相同的网络中，一台机器上的第N层与另一台机器上的第N层可利用第N层协议进行通信，协议基本上是双方关于如何进行通信所达成的一致。不同机器中包含的对应层的实体叫做对等进程。在对等进程利用协议进行通信时，实际上并不是直接将数据从一台机器的第N层传送到另一台机器的第N层，而是每一层都把数据连同该层的控制信息打包交给它的下一层，它的下一层把这些内容看做数据，再加上它这一层的控制信息一起交给更下一层，依此类推，直到最下层。最下层是物理介质，它进行实际的通信。相邻层之间有接口，接口定义下层向上层提供的原语操作和服务。相邻层之间要交换信息，对等接口必须有一致同意的规则。层和协议的集合被称为网络体系结构。每一层中的活动元素通常称为实体，实体既可以是软件实体，也可以是硬件实体。第N层实体实现的服务被第N+1层所使用。在这种情况下，第N层称为服务提供者，第N+1层称为服务用户。服务是在服务接入点提供给上层使用的。服务可分为面向连接的服务和面向无连接的服务，它在形式上是由一组原语来描述的。这些原语可供访问该服务的用户及其他实体使用。TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通讯完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接的所以只能用于端到端的通讯。TCP提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口实际表示接收能力，用以限制发送方的发送速度。如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。TCP将它的信息送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层，设备驱动程序和物理介质，最后到接收方。 面向连接的服务（例如 Telnet、 FTP、 rlogin、 X Windows和 SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收 域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。

简单地说: TCP/IP协议(Transfer ControlnProtocol/Internet Protocol)叫做传输控制/网际协议，又叫网络通讯协议，这个协议是Internet国际互联网络的基础。 它包括上百个各种功能的协议，如：远程登录、文件传输和电子邮件等，而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。