近期事情，跟网络协议干系，这让我天然会更深开学习网络协议，而之前很长一段时间，我对网络协议的了解都停留在比力浅的层面。
好比：TCP是面向毗连的、可靠传输，而UDP好坏毗连的、不成靠传输，TCP建连必要3次握手，会形成delay，UDP更快。
好比：socket编程，办事器socket create、bind、listen、accept、read/write、shutdown/close，客户端socket create、connect、read/write、shutdown/close，再加上epoll/select这几下子。
再好比：我晓得网络编程要无视SIGPIPE信号不然会挂，read前往0代表对端主动关闭，非壅闭的read要放在循环里要思索前往值，多路复用以及壅闭、非壅闭的区别。
TCP/UDP的区别上，我是如此了解的：从北京到杭州，TCP相当于修了一条高铁线路（建连）再通车发货（传输数据），而UDP相当于寄快递，丢了不管（直接传输数据）。
外表的了解对不合错误？可以说对，也可以说不合错误。关于使用步骤员来说，有了外表的熟悉+熟习socket编程接口，够了吗？不够吗？
大物理学家费曼提出一个高效的费曼学习法，即从成绩动手，试着把成绩都讲出来，以教代学，一旦你能把成绩都讲清晰，便学会了。以是我想实验一下把TCP/IP讲清晰，借此让本人学明白，特地协助一下读者。
固然《TCP/IP详解卷1》是一本关于互联网协议族很严谨细致的书，但在我看来，它略微有点难懂，约莫必要读几遍，才干心心相印。固然我没有才能把这个成绩说的更好，但由于我履历过从稀里懵懂到稍有所悟的历程，这约莫是大师不成比的，我将尽力用普通易懂的言语把TCP/IP干系的知识讲清晰。
TCP/IP协议族是一组协议的聚集，也叫互联网协议族，用来完成互联网上主机之间的互相通讯。TCP和IP只是此中的2个协议，也是很紧张的2个协议，以是用TCP/IP来定名这个互联网协议族，实践上，它还包含其他协议，好比UDP、ICMP、IGMP、ARP/RARP等。
大学《盘算机网络》教科书上有经典的网络ISO七层模子，但七层区分太细了，稍显繁琐，不容易记取。
互联网协议族TCP/IP按粗粒度的四层区分，两种区分的比力图让互干系系一清二楚。
分层是盘算机范畴的常用本事，好比互联网后端的三层架构“接入-逻辑-存储”就是分层头脑的典范使用。
分层是为了断绝，通太过层区分本能机能，拆解成绩，层与层之间商定接口，屏蔽完成细节。
TCP/IP自下到上区分为链路层、网络层、传输层、使用层。下属向表层提供才能，表层使用下属的才能提供更高的笼统。
1. 链路层，也称网络接口层，包含利用体系的装备驱动步骤和网卡，它们一同处理与传输前言（光纤等）的物理接口细节。
2. 网络层，也就是IP层，卖力处理IP datagram在网络中的传输，IP层传输的是IP datagram，借助路由表，把IP datagram从网络的一端传输到另一端，简而言之：IP完成包的路由传输，IP协媾和路由器事情在网络层。
3. 传输层，提供端到端之间的通讯，包含提供面向毗连和高可靠性的TCP，以及无毗连不成靠的UDP。貌似TCP更好，但实践不是如此，UDP由于不必要建连开支，以是更快，使用得也很广，好比新一代互联网协议HTTP3就从TCP转向UDP，应依据顺应场景选择传输层协议。
4. 使用层，跟使用干系，不同使用处理不同成绩，必要不同的使用层协议。
链路层处理数据在前言上的传输，以及主机与网卡、光纤等打交道的细节。由于与硬件干系，以是必要借助体系的驱动步骤，链路层协议就是界说这些细节的，好比怎样把数据从网卡发送到光纤，接纳什么格式编码等，它处理的数据在前言上表现、活动的成绩。
光有链路层功效一定是不够的，网络上有不计其数的机器，主机A与B通讯，你不克不及将数据发到主机C，以是模仿实际，要为主机分派网络地点，经过IP地点去标识网络中的一台主机，发送一个数据包，必要准确路由到目标地，这就好比你从家到公司，要颠末哪些途径，必要舆图，而路由表就相似这张舆图。IP处理的是数据包在网络中的传输路由的成绩。
有了网络层的传输路由才能，还不够，由于IP报在传输历程中约莫丢包，好比正中履历过的路由器缓冲区满了便会丢包，如此不成靠，假如必要可靠传输的才能，便必要传输层基于IP层，提供更多的才能，TCP处理了可靠性成绩。具体而言，假如丢包了，TCP层会卖力超时重传，它经过吸收确认和重传机制确保了可靠传输。别的，由于IP报都是独立路由的，以是从主机A到主机B，一份数据被拆分红x、y两个IP报先后发送，这2个包约莫选择不同的传输途径，如此有约莫y包先于x包抵达，但我们渴望在吸收端（主机B）规复这个数据的信息，但我们无法控制IP报的抵达排序，以是，我们必要在吸收端规复数据，我只必要在x、y包里纪录它属于数据块的哪个局部，然后重组这份数据，这正是TCP做的，它会重新组装IP报，从而确保排序性，递交给使用层。
偶尔分并不必要确保可靠性温和序性，这便是UDP能提供的，它只是简便的把数据封装成IP报，然后经过IP层路由发送到目标端。
再往上，便是使用层协议了，好比http，又好比游戏办事器自界说协议，使用层协议通常基于TCP大概UDP做传输。
什么是协议？懒得去翻协议的种种威望界说了，我以为协议就是商定，跟实际生存中协议这个词涵义差不多。网络协议就是通讯两边协同恪守的商定，更具体一点，就是界说数据在网络上传输的格式、端正和流程。
由于网络是分层模子，不同层有不同层的作用，以是为各层界说各层的端正，各层对应的各层协议。
前方讲了TCP/IP协议族包含很多协议，这些协议分属不同的分层，承当不同的作用。
使用层和传输层使用端到端（end-to-end）协议，网络层提供的是逐跳（hop-by-hop）协议。
A给B经过网络传送一块数据，可以假想仅仅是传输这块原始数据是不够的，由于网络传输历程中，网络包到了某个路由器，必要转发，而转发必需依托数据包的一些附加信息，好比目标机器。
发送端在发送数据的时分，将原始数据依照协议格式加上一些控制信息，包装成可在网络上准确传输数据包的历程叫封装。
TCP/IP协议族是层层封装的，从使用层到链路层，每颠末一层都要添加一些分外信息（首、尾部）。
改准确的说，在IP和链路层传输的数据单位叫分组（Packet），分组既可以是一个IP datagram也可以是IP datagram的一个分片（fragment）。
UDP的封装跟TCP略有不同，主要表如今颠末传输层（UDP）之后添加的是8字节UDP首部，产生UDP datagram。
封装历程中，颠末TCP/UDP层的时分，会把端标语添加到TCP/UDP首部；颠末IP层的时分，会把协议典范（TCP or UDP or ICMP or IGMP）添加到IP首部；颠末链路层的时分，会把帧典范（IP or ARP or RARP）添加到以太网首部。这些信息将被用于吸收端的处理。
吸收端收到数据后，要实行跟发送端相反的解封利用，我们可以把发送端的数据封装比如成沐浴后一层层穿衣服，而吸收端的利用，相似沐浴前一层层脱衣服，把首尾部剥离，获取转达的原始数据。
由于网络上的主机有不同字节序，如今要经过网络传输，便必要商定一致的网络字节序（大端序），接纳小端序的主机在网络传输数据的时分要转为大端序。
互联网上每个接口都有一个唯一的网络地点，也叫IP地点，IP地点有IPv4和IPv6两个版本，IPv4是32位4字节的整数，每个字节（8bit）的取值范围是0~255，以是可以把4字节的IPv4用四个点分开的byte值表现，好比140.252.13.88，每个十进制数值对应32位整数中的每个字节，这种表现法叫点分十进制表现法，很显然，点分十进制法和int32两种表现法之间很容易互相转换。
IPv4地点区分为ABCDE五类，32位地点表现的数值空间仅限，难以为互联网上的一切联网装备分派独立的IP地点，以是便存在动态分派、共享、公网+内网地点转化（NAT）等成绩，实质上是为了处理IP地点不够用的成绩。
IPv6使用128bit，2的128次方就十分大了，号称可以为地球上每粒沙子分派一个ip地点。
IP数据报（网络层）用IP地点、而以太网帧（链路层）则是用硬件（48位Mac）地点，ARP和RARP用于IP地点和硬件地点之间做映射（转换）。
TCP/UDP接纳16位端标语来识别（区分）使用，好比主机A向主机B发送了一个IP报，主机B的内核收到该IP报之后，应该交给哪个使用步骤去向理呢？端标语就是用来干这个的，内核会维护端标语到使用步骤之间的对应干系。
比力常用的使用层协议有商定的端标语，也就是着名端标语，而1024~5000之间的端标语是分派给TCP/IP暂且用的，而大于5000的另做他用。也就是说，你用TCP办法去连网络办事器，当地为该socket分派的端标语会在1024~5000之间，这取决于利用体系的端口分派战略。
域名体系（DNS）提供主机名字和IP地点之间的转换，好比www.baidu.com是一个域名，使用步骤可以经过一个标准库函数（gethostbyname）来取得给定名字主机的IP地点，标准库函数（gethostbyaddr）完成逆利用。
ip地点是一串数字，涵义不清、也不便利于影象，主机名涵义更明晰，www.baidu.com你就很容易记取，这也是为什么存在IP地点还必要主机名的缘故。
吸收端吸收到以太网数据帧（Frame）之后，必要像剥洋葱一样，从协议栈由底向上升，即依照链路层->网络层->传输层->使用层的排序，去掉各层协议添加的首尾部，将数据取出，交给最表层使用步骤，这个历程叫Demultiplexing，尊从册本的翻译叫分用。
回忆前方封装的形貌，在传输层、网络层、链路层，分散将端标语存入TCP/IP首部，将协议典范存入IP首部，将帧典范存入以太网帧首部。以是在吸收端，将一层层拆掉首部，取出对应信息，然后做分派，丢给不同模块处理，上图就是整个处理历程。
本文讲了地点、域名、端口、TCP/IP分层模子、封装、分用等看法。
你最好能记取TCP/IP链路层->网络层->传输层->使用层的四层区分。
TCP segment、UDP datagram、IP datagram、IP fragment、以太网frame、以及IP层和链路层之间传输的数据单位packet，这些看法你最好分清晰，如此扳谈的时分会显得比力专业而不是很土。
数据封装，多看几遍你便能记取了。
TCP封装格式：以太网首部(14)+IP首部(20)+TCP首部(20)+使用数据+以太网尾部(4)
UDP封装格式：以太网首部(14)+IP首部(20)+UDP首部(8)+使用数据+以太网尾部(4)
使用层协议在使用层完成，而传输层、网络层、链路层都是在内核完成，以是想修正大概优化底层协议很难，由于你几乎动不了内核，由于网络上的多量装备OS你没法一并改正来，这就是所谓的网络装备僵化成绩，HTTP3用UDP交换TCP，就是想在使用层本人去完成可靠传输等。
每个以太网帧有长度限定（48~1500），网络上每个装备也有对包的长度限定，IP报大了就要分片，分片约莫产生在发送端，也有约莫产生在正中装备，但应该尽力制止分片，IP报会带有信息让分片后可以重组，MTU的看法可以了解一下。
ICMP和IGMP逻辑上属于网络层，由于他们是IP协议的从属协议，但实践上，ICMP和IGMP报文都被封装为IP datagram传输，以是又可以把他们视为IP层之上的协议。
相反ARP和RARP用于IP地点和硬件MAC地点互相转换，逻辑上属于链路层，但实践上arp和rarp报文跟IP datagram一样，都被封装成以太网Frame传输。
吸收端收到以太网帧之后，会走分用流程，终极将原始数据交给使用步骤。
TCP/IP协议的使用步骤常常使用socket编程接口。
有很多跟网络干系的东西，好比ping、ifconfig、netstat、arp、tcpdump、wireshark等。
一年前，我对网络编程这块，头脑里充溢疑问。
众所周知，TCP建连三次握手和断连四次握手，但如前所述，任何时分，从主机A都可以随意发一个IP报到主机B，网络主机之间是经过IP层完成路由转发的，两点之间的每个IP报都是独立路由的，既然如此，为什么还要建连？还要糜费时间做A->B、B->A、A->B往返？直接把包发已往不就完了吗？
假定经过AB创建的3个IP报的作用是表现AB之间的网络连通性？哪又有什么作用？由于网络是随时厘革的，如今连通又不代表下一刻连通。建连之后仿佛并不存在AB之间的真正毗连，只是两头OS层面维护的一个形态（数据目标）？是假造毗连？
建连毕竟是什么意思？客户端发送一个IP报到办事器去倡导毗连？那跟传输数据的平凡IP报又有什么区别？
双工是什么意思？为什么socket关闭一半传输之后就不克不及发送数据了？网络上IP报不是可以随意传输吗？这个限定是哪个场合添加的？
拥塞控制是什么？Nagle是什么？滑动窗口是什么？TCP为什么要保活？
socekt的编程接口和种种看法跟TCP/IP原理有怎样的对应干系？学完TCP/IP原理对了解socket编程有什么协助？
没有穷究TCP/IP原理之前，我但是是有很多成绩的，只是做使用步骤开发，仿佛没搞懂那些成绩也还可以将就干，但毕竟是有点糊里懵懂，以为不太爽。
原本我想一篇文章讲清晰TCP/IP的主要内容，但是写着写着发觉，如此文章会十分长，以是我决定多写几篇，每篇都讲清晰一个主题。
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