Socket编程实践(1) --TCP/IP简述

ISO的OSI

OSI(open system interconnection)开放系统互联模型是由ISO国际标准化组织定义的网络分层模型，共七层, 从下往上为:

TCP/IP模型

TCP/IP主要协议

数据封装（Encapsulation）图解

数据分用（Demultiplexing:解包）图解

链路层

以太网帧格式

以太网帧说明:

链路层的数据包,称为以太网帧; 链路层不识别IP地址[因为IP地址是逻辑地址],链路层识别物理网卡MAC地址[硬件地址]; 需要根据IP地址找到对方的MAC地址(ARP地址解析协议)[MAC —> IP地址方向地址解析];

//以太网首部代码
struct ethernet_hdr
{
    char dest_mac[6];
    char src_mac[6];
    short protocol;
};

ARP地址解析协议

//ARP首部代码
struct arp_hdr
{
    unsigned short hwtype;	// 固定1
    unsigned short protype;	// 固定0x0800（代表为IP协议做请求）
    unsigned char hwaddrlen;	// 固定6（即MAC地址长度）
    unsigned char proaddrlen;	// 固定4 （即IP地址长度）
    unsigned short opcode;	// Request - 1, Reply - 0x0002
    unsigned char sender_mac[6];	// 发送者MAC
    unsigned char sender_ip[4];	// 发送者IP
    unsigned char dest_mac[6];	// 接收者MAC
    unsigned char dest_ip[4];	// 接收者IP
};

网络层

IP数据报

//IP首部代码
struct ip_hdr
{
    char  ver_hl;
    char  tos;
    unsigned short len;
    unsigned short id;
    unsigned short fragment;
    char ttl;
    char protocol;
    unsigned short hdr_chksum;
    char src_ip [4];
    char dest_ip [4];
};

路由过程

ICMP协议

ICMP协议用于传递差错信息、时间、回显、网络信息等控制数据

当我们ping 一台主机想看它是否运行时，就产生了一条ICMP 信息。远程主机将用它自己的ICMP 信息对ping 请求作出回应。

ICMP协议说明:

ICMP数据包本身是IP的一部分,ICMP包含在IP数据包的净荷数据中，IP头中协议类型为1; 主要用于网关或者目标机器利用ICMP与源通讯，当出现问题时，提供反馈信息; ICMP数据的第一个字节代表ICMP报文的类型，它决定了后续数据的格式

//ICMP首部代码
struct icmp_hdr
{
    char	type;			// ICMP报文类型
    char 	code;			// “子类型”
    unsigned short  icmpchksum;	// 校验和
};

UDP用户数据报

//UDP首部代码
struct udp_hdr
{
    unsigned short src_port;
    unsigned short dest_port;
    unsigned short len;
    unsigned short chksum;
};

TCP报文段

连接建立三次握手

连接终止四次挥手

TCP如何保证可靠性

应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块，称为TCP报文段传递给IP层。

当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。

当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒。

TCP将保持它首部和数据的校验和。这是一个端到端的校验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的校验和有差错，TCP将丢弃这个报文段并且不确认（导致对方超时重传）;

TCP承载于IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失序。TCP将对收到的数据进行重新排序。

IP数据报会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据。

TCP还能提供流量控制。TCP连接的每一方都有一定大小的缓冲空间。

综合:数据在网络中传输过程

步骤a：应用程序ping会判断发送的是主机名还是IP地址，调用函数gethostbyname()解析主机机B，将主机名转换成一个32位的IP地址。这个过程叫做DNS域名解析.

步骤b：ping程序向目的IP地址发送一个ICMP的ECHO包

步骤c：将目标主机的IP地址转换为48位硬件地址，在局域网内发送ARP请求广播，查找主机B的硬件地址。

步骤d：主机B的ARP协议层接收到主机A的ARP请求后，将本机的硬件地址填充到应答包，发送ARP应答到主机A。

步骤e：发送ICMP数据包到主机B

步骤f：主机B接收到主机A的ICMP包，发送响应包。

步骤g：主机A接收到主机B的ICMP包响应包。

其他更详细的关于TCP/IP计算机网络知识请参考博客:

http://blog.csdn.net/zjf280441589/article/category/1854365