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（筆者開的坑不少，希望都可以堅持下來）自己學(xué)習(xí)計算機網(wǎng)絡(luò)的筆記。筆者的這個系列將會整理的是HTTP協(xié)議，TCP/IP協(xié)議，UDP協(xié)議等幾個非常經(jīng)典的協(xié)議。文章更加像是一種整理，所以會略顯枯燥

從協(xié)議是什么出發(fā)

首先，毫無疑問的，伴隨70年的發(fā)展，計算機之間的互聯(lián)已經(jīng)成為一個事實。我們馬上就會想到的一個問題，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？）這一問題直接導(dǎo)致了計算機協(xié)議的產(chǎn)生。畢竟這樣我們才能讀得懂發(fā)來的信息，發(fā)送別人看得懂的信息。

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

請看下面的表格，這愉快的說明了我們現(xiàn)在常見的協(xié)議體系架構(gòu)，筆者現(xiàn)在常常聽說的就是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
OSI	FTAM, MOTIS, VT, CMIS/CMIP, CLNP, CONP...	—
XNS	IDP, SPP, PEP...	施樂公司網(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，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)計模式的解耦合設(shè)計。我們知道，目前為止我們信息傳遞看起來是輸入幾個文本然后一個回車出去對方收到了信息，這中間經(jīng)歷了非常復(fù)雜的轉(zhuǎn)換。分層，劃分模塊是一個經(jīng)典的將一個大問題化簡為若干小問題的一個辦法。每一個層都各司其職，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。

分層名稱	功能	每層功能概覽
應(yīng)用層	針對特定應(yīng)用的協(xié)議。	電子郵件協(xié)議、遠程登錄協(xié)議、文件傳輸協(xié)議
表示層	設(shè)定數(shù)據(jù)表達方式和網(wǎng)絡(luò)標準數(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
會話層	負責(zé)通信管理，負責(zé)建立、維護和終止連接。	通信連接的建立與維護，數(shù)據(jù)流控制
傳輸層	管理兩個“節(jié)點”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)過哪條路由傳送到目標地址？
數(shù)據(jù)鏈路層	連接設(shè)備之間傳輸和識別數(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)。	比特流與電子信號之間的轉(zhuǎn)換，連接器與網(wǎng)線的規(guī)范

當然，這個看一下即可。因為更加廣泛的是五層模型。后面再說。

幾個傳輸方式的分類

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

還有一種分類則是根據(jù)接受端個數(shù)劃分——單播（一對一），多播（一對多），廣播（一對若干）以及任播（隨意的調(diào)一個設(shè)備，這個更加強調(diào)的是隨意的一臺接受設(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，問題來了，如何在通信的時候表達是身份——我是誰，這個信息要去哪里。我們還是需要一個叫做“地址”的東西來標識的。就像我叫小李，我想呼叫小張，我會在通信的時候喊一聲小張然后把信息輸送過去。

雖然說關(guān)于地址，還有很多復(fù)雜的問題我們并沒有納入考慮，但是現(xiàn)在更加像是一個層次化的總結(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)議分層必然帶來地址分層。對于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）

說一說上面這些圖中出現(xiàn)的幾個經(jīng)典的要素：

網(wǎng)卡

網(wǎng)卡是計算機連接到網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)備，它的主要功能是實現(xiàn)計算機與網(wǎng)絡(luò)之間的物理連接。網(wǎng)卡負責(zé)將計算機內(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)傳送到計算機內(nèi)部。

• 網(wǎng)卡通過數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)通信，常見的協(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。

• 每個網(wǎng)卡都有唯一的硬件地址（MAC地址），通過該地址來識別設(shè)備。

中繼器（Repeater）

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

中繼器是一種信號放大器，它用于擴大信號的傳輸距離。當網(wǎng)絡(luò)信號在傳輸過程中因為距離過長而衰減時，中繼器會接收到信號并放大，再將其發(fā)送出去。

• 中繼器工作在物理層，它沒有智能，僅僅是對信號進行放大，重復(fù)傳輸。

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

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

網(wǎng)橋（Bridge）

網(wǎng)橋用于連接兩個或多個局域網(wǎng)（LAN），使它們能夠協(xié)同工作。網(wǎng)橋在接收到數(shù)據(jù)時，會根據(jù)目標地址決定是否轉(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地址來判斷是否轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

• 網(wǎng)橋有學(xué)習(xí)和過濾功能，通過學(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)多個設(shè)備共享一個公網(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)，如從一個協(xié)議棧到另一個協(xié)議棧，進行協(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，例如，連接企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部互聯(lián)網(wǎng)。

• 實現(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。