TCP/IP協議(yì)族

現在Internet（因特網）使用的主流協議(yì)族是TCP/IP協議(yì)族，它是一個分(fēn)層、多協議(yì)的通信體(tǐ)系。本章(zhāng)簡要討(tǎo)論TCP/IP協議(yì)族各層包含的主要協議(yì)，以及它們之間是如(rú)何協作(zuò)完成網絡通信的。

TCP/IP協議(yì)族包含衆多協議(yì)，我們無法一一討(tǎo)論。本書(shū)将在後續章(zhāng)節詳細討(tǎo)論IP協議(yì)和TCP協議(yì)，因爲它們對編寫網絡應用程序具有最直接的影(yǐng)響。本章(zhāng)則簡單介紹其中幾個相(xiàng)關協議(yì)：ICMP協議(yì)、ARP協議(yì)和DNS協議(yì)，學習它們對于理(lǐ)解網絡通信很有幫助。讀(dú)者如(rú)果想要系統地學習網絡協議(yì)，那麽RFC（Request For Comments，評論請(qǐng)求）文檔無疑是首選資料。

TCP/IP協議(yì)族體(tǐ)系結構以及主要協議(yì)

TCP/IP協議(yì)族是一個四層協議(yì)系統，自(zì)底而上分(fēn)别是數據鏈路(lù)層、網絡層、傳輸層和應用層。每一層完成不同的功能，且通過若幹協議(yì)來(lái)實現，上層協議(yì)使用下層協議(yì)提供的服務，如(rú)下圖：

封裝

上層協議(yì)是如(rú)何使用下層協議(yì)提供的服務的呢(ne)？其實這是通過封裝（encapsulation）實現的。應用程序數據在發送到物理(lǐ)網絡上之前，将沿着協議(yì)棧從(cóng)上往下依次傳遞。每層協議(yì)都(dōu)将在上層數據的基礎上加上自(zì)己的頭部信息（有時還(hái)包括尾部信息），以實現該層的功能，這個過程就(jiù)稱爲封裝，如(rú)下圖：

經過TCP封裝後的數據稱爲TCP報文段（TCP message segment），或者簡稱TCP段。前文提到，TCP協議(yì)爲通信雙方維持一個連接，并且在内核中存儲相(xiàng)關數據。這部分(fēn)數據中的TCP頭部信息和TCP内核緩沖區（發送緩沖區或接收緩沖區）數據一起構成了TCP報文段，如(rú)下圖：

當發送端應用程序使用send（或者write）函數向一個TCP連接寫入數據時，内核中的TCP模塊首先把這些數據複制到與該連接對應的TCP内核發送緩沖區中，然後TCP模塊調用IP模塊提供的服務，傳遞的參數包括TCP頭部信息和TCP發送緩沖區中的數據，即TCP報文段。

經過UDP封裝後的數據稱爲UDP數據報（UDP datagram）。UDP對應用程序數據的封裝與TCP類似。不同的是，UDP無須爲應用層數據保存副本，因爲它提供的服務是不可(kě)靠的。當一個UDP數據報被成功發送之後，UDP内核緩沖區中的該數據報就(jiù)被丢棄了。如(rú)果應用程序檢測到該數據報未能被接收端正确接收，并打算重發這個數據報，則應用程序需要重新從(cóng)用戶空間将該數據報拷貝到UDP内核發送緩沖區中。

經過IP封裝後的數據稱爲IP數據報（IP datagram）。IP數據報也包括頭部信息和數據部分(fēn)，其中數據部分(fēn)就(jiù)是一個TCP報文段、UDP數據報或者ICMP報文。我們将在第2章(zhāng)詳細討(tǎo)論IP數據報的頭部信息。

經過數據鏈路(lù)層封裝的數據稱爲幀（frame）。傳輸媒介不同，幀的類型也不同。比如(rú)，以太網上傳輸的是以太網幀（ethernet frame），而令牌環網絡上傳輸的則是令牌環幀（token ring frame）。以以太網幀爲例，其封裝格式如(rú)下圖：

以太網幀使用6字節的目的物理(lǐ)地址和6字節的源物理(lǐ)地址來(lái)表示通信的雙方。關于類型（type）字段，我們将在後面討(tǎo)論。4字節CRC字段對幀的其他(tā)部分(fēn)提供循環冗餘校(xiào)驗。

幀的最大(dà)傳輸單元（Max Transmit Unit，MTU），即幀最多能攜帶多少上層協議(yì)數據（比如(rú)IP數據報），通常受到網絡類型的限制。圖1-6所示的以太網幀的MTU是1500字節。正因爲如(rú)此，過長的IP數據報可(kě)能需要被分(fēn)片（fragment）傳輸。

幀才是最終在物理(lǐ)網絡上傳送的字節序列。至此，封裝過程完成。

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