TCP/IP是互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議，也是大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的核心協(xié)議，是Internet最基本的協(xié)議、Internet國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)；而數(shù)據(jù)封裝（Data Encapsulation），就是把業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)映射到某個(gè)封裝協(xié)議的凈荷中，然后填充對(duì)應(yīng)協(xié)議的包頭，形成封裝協(xié)議的數(shù)據(jù)包，并完成速率適配。

TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧分為應(yīng)用層（Application）、傳輸層（Transport）、網(wǎng)絡(luò)層（Network）和鏈路層（Link）四層。如下圖所示（該圖出自[TCPIP]）。

36.1. TCP/IP協(xié)議棧

兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)TCP/IP協(xié)議通訊的過(guò)程如下所示（該圖出自[TCPIP]）。

36.2. TCP/IP通訊過(guò)程

傳輸層及其以下的機(jī)制由內(nèi)核提供，應(yīng)用層由用戶進(jìn)程提供（后面將介紹如何使用socket API編寫應(yīng)用程序），應(yīng)用程序?qū)νㄓ崝?shù)據(jù)的含義進(jìn)行解釋，而傳輸層及其以下處理通訊的細(xì)節(jié)，將數(shù)據(jù)從一臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)一定的路徑發(fā)送到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)。應(yīng)用層數(shù)據(jù)通過(guò)協(xié)議棧發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，每層協(xié)議都要加上一個(gè)數(shù)據(jù)首部（header），稱為封裝（Encapsulation），如下圖所示（該圖出自[TCPIP]）。

36.3. TCP/IP數(shù)據(jù)包的封裝

不同的協(xié)議層對(duì)數(shù)據(jù)包有不同的稱謂，在傳輸層叫做段（segment），在網(wǎng)絡(luò)層叫做數(shù)據(jù)報(bào)（datagram），在鏈路層叫做幀（frame）。數(shù)據(jù)封裝成幀后發(fā)到傳輸介質(zhì)上，到達(dá)目的主機(jī)后每層協(xié)議再剝掉相應(yīng)的首部，最后將應(yīng)用層數(shù)據(jù)交給應(yīng)用程序處理。

上圖對(duì)應(yīng)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)在同一網(wǎng)段中的情況，如果兩臺(tái)計(jì)算機(jī)在不同的網(wǎng)段中，那么數(shù)據(jù)從一臺(tái)計(jì)算機(jī)到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳輸過(guò)程中要經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)路由器，如下圖所示（該圖出自[TCPIP]）。

36.4. 跨路由器通訊過(guò)程

其實(shí)在鏈路層之下還有物理層，指的是電信號(hào)的傳遞方式，比如現(xiàn)在以太網(wǎng)通用的網(wǎng)線（雙絞線）、早期以太網(wǎng)采用的的同軸電纜（現(xiàn)在主要用于有線電視）、光纖等都屬于物理層的概念。物理層的能力決定了最大傳輸速率、傳輸距離、抗干擾性等。集線器（Hub）是工作在物理層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，用于雙絞線的連接和信號(hào)中繼（將已衰減的信號(hào)再次放大使之傳得更遠(yuǎn)）。

鏈路層有以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等標(biāo)準(zhǔn)，鏈路層負(fù)責(zé)網(wǎng)卡設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、幀同步（就是說(shuō)從網(wǎng)線上檢測(cè)到什么信號(hào)算作新幀的開(kāi)始）、沖突檢測(cè)（如果檢測(cè)到?jīng)_突就自動(dòng)重發(fā)）、數(shù)據(jù)差錯(cuò)校驗(yàn)等工作。交換機(jī)是工作在鏈路層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可以在不同的鏈路層網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀（比如十兆以太網(wǎng)和百兆以太網(wǎng)之間、以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)之間），由于不同鏈路層的幀格式不同，交換機(jī)要將進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)包拆掉鏈路層首部重新封裝之后再轉(zhuǎn)發(fā)。

網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議是構(gòu)成Internet的基礎(chǔ)。Internet上的主機(jī)通過(guò)IP地址來(lái)標(biāo)識(shí)，Internet上有大量路由器負(fù)責(zé)根據(jù)IP地址選擇合適的路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包從Internet上的源主機(jī)到目的主機(jī)往往要經(jīng)過(guò)十多個(gè)路由器。路由器是工作在第三層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同時(shí)兼有交換機(jī)的功能，可以在不同的鏈路層接口之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，因此路由器需要將進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)包拆掉網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層兩層首部并重新封裝。IP協(xié)議不保證傳輸?shù)目煽啃裕瑪?shù)據(jù)包在傳輸過(guò)程中可能丟失，可靠性可以在上層協(xié)議或應(yīng)用程序中提供支持。

網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)點(diǎn)到點(diǎn)（point-to-point）的傳輸（這里的"點(diǎn)"指主機(jī)或路由器），而傳輸層負(fù)責(zé)端到端（end-to-end）的傳輸（這里的"端"指源主機(jī)和目的主機(jī)）。傳輸層可選擇TCP或UDP協(xié)議。TCP是一種面向連接的、可靠的協(xié)議，有點(diǎn)像打電話，雙方拿起電話互通身份之后就建立了連接，然后說(shuō)話就行了，這邊說(shuō)的話那邊保證聽(tīng)得到，并且是按說(shuō)話的順序聽(tīng)到的，說(shuō)完話掛機(jī)斷開(kāi)連接。也就是說(shuō)TCP傳輸?shù)碾p方需要首先建立連接，之后由TCP協(xié)議保證數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性，丟失的數(shù)據(jù)包自動(dòng)重發(fā)，上層應(yīng)用程序收到的總是可靠的數(shù)據(jù)流，通訊之后關(guān)閉連接。UDP協(xié)議不面向連接，也不保證可靠性，有點(diǎn)像寄信，寫好信放到郵筒里，既不能保證信件在郵遞過(guò)程中不會(huì)丟失，也不能保證信件是按順序寄到目的地的。使用UDP協(xié)議的應(yīng)用程序需要自己完成丟包重發(fā)、消息排序等工作。

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