Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写，中译名为传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础

TCP/IP的起源

20世纪50年代末，正处于冷战时期。当时美国军方为了自己的计算机网络在受到袭击时，即使部分网络被摧毁，其余部分仍能保持通信联系，便由美国国防部的高级研究计划局（ARPA）建设了一个军用网，叫做“阿帕网”（ARPAnet）。阿帕网于1969年正式启用，当时仅连接了4台计算机，供科学家们进行计算机联网实验用，这就是因特网的前身。

到70年代，ARPAnet已经有了好几十个计算机网络，但是每个网络只能在网络内部的计算机之间互联通信，不同计算机网络之间仍然不能互通。为此， ARPA又设立了新的研究项目，支持学术界和工业界进行有关的研究，研究的主要内容就是想用一种新的方法将不同的计算机局域网互联，形成“互联网”。研究人员称之为“internetwork”，简称“Internet”，这个名词就一直沿用到现在。

终于到1974年，TCP/IP诞生啦，TCP/IP有一个非常重要的特点，就是开放性，即TCP/IP的规范和Internet的技术都是公开的。目的就是使任何厂家生产的计算机都能相互通信，使Internet成为一个开放的系统，这正是后来Internet得到飞速发展的重要原因。

TCP/IP五层模型讲解

我们将应用层，表示层，会话层并作应用层，从tcp／ip五层协议的角度来阐述每层的由来与功能，搞清楚了每层的主要协议
就理解了整个互联网通信的原理。
首先，用户感知到的只是最上面一层应用层，自上而下每层都依赖于下一层，所以我们从最下一层开始切入，比较好理解
每层都运行特定的协议，越往上越靠近用户，越往下越靠近硬件

物理层

物理层由来：上面提到，孤立的计算机之间要想一起玩，就必须接入internet，言外之意就是计算机之间必须完成组网
02 TCP/IP协议 - 图1
物理层功能：主要是基于电器特性发送高低电压(电信号)，高电压对应数字1，低电压对应数字0

数据链路层

数据链路层由来：单纯的电信号0和1没有任何意义，必须规定电信号多少位一组，每组什么意思
数据链路层的功能：定义了电信号的分组方式
以太网协议：
早期的时候各个公司都有自己的分组方式，后来形成了统一的标准，即以太网协议ethernet
ethernet规定

  • 一组电信号构成一个数据包，叫做‘帧’
  • 每一数据帧分成：报头head和数据data两部分 | head | data | | :—- | :—- | | | |

head包含：(固定18个字节)

  • 发送者／源地址，6个字节
  • 接收者／目标地址，6个字节
  • 数据类型，6个字节

data包含：(最短46字节，最长1500字节)

  • 数据包的具体内容

head长度＋data长度＝最短64字节，最长1518字节，超过最大限制就分片发送
mac地址：
head中包含的源和目标地址由来：ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡，发送端和接收端的地址便是指网卡的地址，即mac地址
mac地址：每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表示（前六位是厂商编号，后六位是流水线号）
02 TCP/IP协议 - 图2
广播：
有了mac地址，同一网络内的两台主机就可以通信了（一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址）
ethernet采用最原始的方式，广播的方式进行通信，即计算机通信基本靠吼
02 TCP/IP协议 - 图3

网络层（40分）

网络层由来：有了ethernet、mac地址、广播的发送方式，世界上的计算机就可以彼此通信了，问题是世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的，那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式，那么一台机器发送的包全世界都会收到，这就不仅仅是效率低的问题了，这会是一种灾难
02 TCP/IP协议 - 图4
上图结论：必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域，哪些不是，如果是就采用广播的方式发送，如果不是，
就采用路由的方式（向不同广播域／子网分发数据包），mac地址是无法区分的，它只跟厂商有关
网络层功能：引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网，这套地址即网络地址

IP协议：
  • 规定网络地址的协议叫ip协议，它定义的地址称之为ip地址，广泛采用的v4版本即ipv4，它规定网络地址由32位2进制表示
  • 范围0.0.0.0-255.255.255.255
  • 一个ip地址通常写成四段十进制数，例：172.16.10.1

子网掩码
所谓”子网掩码”，就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。比如，IP地址172.16.10.1，如果已知网络部分是前24位，主机部分是后8位，那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，写成十进制就是255.255.255.0。
子网掩码是用来标识一个IP地址的哪些位是代表网络位，以及哪些位是代表主机位。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。

蒙蔽的你肯定想问，我要区分网络位和主机位干鬼用？ 这就像寄信，你给你的南方姑娘寄信，她肉身在厦门，详细地址是厦门鼓浪屿三街27号，那网络位就相当于城市，详细地址就是主机位，网络位帮你定位到城市，主机位帮你找到你的南方姑娘。 路由器通过子网掩码来确定哪些是网络位，哪些是主机位

区分网络位和主机位是为了划分子网，就是把一个大网络分成多个小网络，为什么要分子网呢?

  • 广播风暴：6万台主机在一个网段里，通信基本靠吼，任何一个人要吼一嗓子，6万多个人必须被动听着，一会你的网络就瘫痪啦。
  • 地址浪费：运营商在公网上有很多级联的路由器，有时候2个路由器之间只会用掉几个IP,如果不进行子网划分，那同网段的其它主机也就都不能用了。举例两个级联路由器的接口ip分别为222.34.24.12/24,222.34.24.13/24, 此可承载255个主机的网段只用了2个IP,那其它的就全浪费了，因为不能再分配给别人。

    划分子网本质上就是借主机位到给网络位，每借一位主机位，这个网段的可分配主机就会越少，比如192.168.1.0/24可用主机255个，借一位变成192.168.1.0/25，那可用主机就从255-128=127个了（从最大的值开始借），再借一位192.168.1.0/26,那可用主机数就变成了255-(128+64)=63个啦

IP地址分类：
IP地址根据网络ID的不同分为5种类型，A类地址、B类地址、C类地址、D类地址和E类地址。

  1. A类IP地址：一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”， 地址范围从1.0.0.0 到126.0.0.0。可用的A类网络有126个，每个网络能容纳1亿多个主机。
  2. B类IP地址 ：一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，地址范围从128.0.0.0到191.255.255.255。可用的B类网络有16382个，每个网络能容纳6万多个主机 。
  3. C类IP地址：一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。范围从192.0.0.0到223.255.255.255。C类网络可达209万余个，每个网络能容纳254个主机。
  4. D类地址用于多点广播（Multicast）： D类IP地址第一个字节以“lll0”开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播（Multicast）中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。
  5. E类IP地址 以“llll0”开始，为将来使用保留。

    全零（“0．0．0．0”）地址对应于当前主机。全“1”的IP地址（“255．255．255．255”）是当前子网的广播地址。 回环地址(127.0.0.1) 又称为本机地址，那它跟0.0.0.0是什么区别呢？那得先了解回环接口

02 TCP/IP协议 - 图5
环回接口（loopback）。平时我们用127.0.0.1来尝试自己的机器服务器好使不好使。走的就是这个loopback接口。对于环回接口，有如下三点值得注意:

  • 传给环回地址（一般是127.0.0.1）的任何数据均作为IP输入。
  • 传给广播地址或多播地址的数据报复制一份传给环回接口，然后送到以太网上。这是 因为广播传送和多播传送的定义包含主机本身。
  • 任何传给该主机IP地址的数据均送到环回接口。
    IP报文
    IP协议是TCP/IP协议的核心，所有的TCP，UDP，IMCP，IGCP的数据都以IP数据格式传输，要注意的是，IP不是可靠的协议，这是说，IP协议没有提供一种数据未传达以后的处理机制－－这被认为是上层协议－－TCP或UDP要做的事情。所以这也就出现了TCP是一个可靠的协议，而UDP就没有那么可靠的区别。这是后话，暂且不提。
    IP协议头
    02 TCP/IP协议 - 图6
    挨个解释它是教科书的活计，我感兴趣的只是那八位的TTL字段，还记得这个字段是做什么的么？这个字段规定该数据包在穿过多少个路由之后才会被抛弃(这里就体现出来IP协议包的不可靠性，它不保证数据被送达)，某个ip数据包每穿过一个路由器，该数据包的TTL数值就会减少1，当该数据包的TTL成为零，它就会被自动抛弃。这个字段的最大值也就是255，也就是说一个协议包也就在路由器里面穿行255次就会被抛弃了，根据系统的不同，这个数字也不一样，一般是32或者是64
    ARP协议
    arp协议由来：计算机通信基本靠吼，即广播的方式，所有上层的包到最后都要封装上以太网头，然后通过以太网协议发送，在谈及以太网协议时候，我门了解到
    通信是基于mac的广播方式实现，计算机在发包时，获取自身的mac是容易的，如何获取目标主机的mac，就需要通过arp协议
    arp协议功能：广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址
    协议工作方式：每台主机ip都是已知的
    例如：主机172.16.10.10/24访问172.16.10.11/24
    一：首先通过ip地址和子网掩码区分出自己所处的子网
场景 数据包地址
同一子网 目标主机mac，目标主机ip
不同子网 网关mac，目标主机ip

二：分析172.16.10.10/24与172.16.10.11/24处于同一网络(如果不是同一网络，那么下表中目标ip为172.16.10.1,通过arp获取的是网关的mac)

源mac 目标mac 源ip 目标ip 数据部分
发送端主机 发送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.11/24 数据

三：这个包会以广播的方式在发送端所处的子网内传输，所有主机接收后拆开包，发现目标ip为自己的，就响应，返回自己的mac
查看本机arp表的命令

  1. Alexs-MacBook-Pro:~ alex$ arp -a
  2. ? (192.168.0.3) at 0:21:cc:65:52:f0 on en4 ifscope [ethernet]
  3. ? (192.168.0.64) at 68:f7:28:d0:4b:21 on en4 ifscope [ethernet]
  4. ? (192.168.0.233) at 84:d9:31:3:ae:8b on en4 ifscope [ethernet]
  5. ? (192.168.0.254) at 60:da:83:be:c2:5a on en4 ifscope [ethernet]
  6. ? (192.168.0.255) at (incomplete) on en4 ifscope [ethernet]
  7. ? (224.0.0.251) at 1:0:5e:0:0:fb on en4 ifscope permanent [ethernet]

ICMP
前面讲到了，IP协议并不是一个可靠的协议，它不保证数据被送达，那么，自然的，保证数据送达的工作应该由其他的模块来完成。其中一个重要的模块就是ICMP(网络控制报文)协议。
当传送IP数据包发生错误－－比如主机不可达，路由不可达等等，ICMP协议将会把错误信息封包，然后传送回给主机。给主机一个处理错误的机会.
我们一般主要用ICMP协议检测网络是否通畅，基于ICMP协议的工具主要有ping 和traceroute
ping

  1. Alexs-MacBook-Pro:~ alex$ ping www.baidu.com
  2. PING www.a.shifen.com (111.13.100.91): 56 data bytes
  3. 64 bytes from 111.13.100.91: icmp_seq=0 ttl=54 time=6.563 ms
  4. 64 bytes from 111.13.100.91: icmp_seq=1 ttl=54 time=6.320 ms
  5. 64 bytes from 111.13.100.91: icmp_seq=2 ttl=54 time=6.698 ms
  6. 64 bytes from 111.13.100.91: icmp_seq=3 ttl=54 time=6.445 ms
  7. ^C
  8. --- www.a.shifen.com ping statistics ---
  9. 4 packets transmitted, 4 packets received, 0.0% packet loss
  10. round-trip min/avg/max/stddev = 6.320/6.506/6.698/0.140 ms

ping这个单词源自声纳定位，而这个程序的作用也确实如此，它利用ICMP协议包来侦测另一个主机是否可达。原理是用类型码为0的ICMP发请 求，受到请求的主机则用类型码为8的ICMP回应。ping程序来计算间隔时间，并计算有多少个包被送达。用户就可以判断网络大致的情况。我们可以看到， ping给出来了传送的时间和TTL的数据。
traceroute
用来查看从当前主机到某地址一共经过多少跳路由

  1. $ traceroute www.baidu.com
  2. traceroute: Warning: www.baidu.com has multiple addresses; using 111.13.100.91
  3. traceroute to www.a.shifen.com (111.13.100.91), 64 hops max, 52 byte packets
  4.  1  192.168.0.254 (192.168.0.254)  0.458 ms  0.274 ms  0.246 ms
  5.  2  122.71.64.1 (122.71.64.1)  2.006 ms  1.788 ms  1.626 ms
  6.  3  * 222.35.254.253 (222.35.254.253)  2.024 ms  2.243 ms
  7.  4  222.35.254.241 (222.35.254.241)  9.333 ms
  8.     61.233.9.50 (61.233.9.50)  4.960 ms
  9.     61.233.9.93 (61.233.9.93)  3.010 ms
  10.  5  61.237.2.202 (61.237.2.202)  3.442 ms  3.497 ms
  11.  ......

传输层

传输层的由来：网络层的ip帮我们区分子网，以太网层的mac帮我们找到主机，然后大家使用的都是应用程序，你的电脑上可能同时开启qq，暴风影音，迅雷等多个应用程序，
那么我们通过ip和mac找到了一台特定的主机，如何标识这台主机上的应用程序呢？答案就是端口，端口即应用程序与网卡关联的编号。
传输层功能：建立端口到端口的通信
补充：端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口
传输层有两种协议，TCP和UDP,见下图
02 TCP/IP协议 - 图7

tcp协议

可靠传输，TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。

以太网头 ip 头 tcp头 数据

为什么tcp是可靠的数据传输呢？ 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报文
02 TCP/IP协议 - 图8
tcp的3次握手和4四挥手
![image_1c1phb5ao10jb183v1l3i1psgo6037.png-281.7kB][17]

udp协议

不可靠传输，”报头”部分一共只有8个字节，总长度不超过65,535字节，正好放进一个IP数据包。

以太网头 ip头 udp头 数据

总结
TCP协议虽然安全性很高，但是网络开销大，而UDP协议虽然没有提供安全机制，但是网络开销小，在现在这个网络安全已经相对较高的情况下，为了保证传输的速率，我们一般还是会优先考虑UDP协议