生活中有舒适区,借口成为懒惰的护身符,学习也有舒适区,逃避便是阻止进步的最大障碍。 经过半年多嵌入式方面的工作和学习,我提高了很多,但同时我也对自己所面临的问题逐渐清晰:
1. 偏于实践,理论基础不牢固
2. 对算法,数据结构认知太浅
3. 对界面程序以及GUI相关学习比较排斥
我也一直主观上逃避对这些知识的学习,这也是为什么我写的内容都是以实践为主了。从本系列开始,我尝试离开大脑的舒适区,巩固自己理论相关的知识。
TCP/IP作为整个现代互联网社会的基础,有着至关重要的作用,因此学习掌握协议栈相关的知识是十分必要的。不过纯粹理论的东西理解起来比较困难,因此我推荐还是结合项目(如LWIP移植来实现远程通讯),利用实践来学习理论,最后再系统的总结,才能够深入的认知,在本系列中结合自己实践了解的LWIP,HTTP,SNMP相关知识,按照《TCP/IP详解卷一:协议》的章节顺序,深入系统的学习讲解TCP/IP协议栈。
1.分层
TCP/IP根据通信功能的不同,可以分为四层:
1).链路层 用于处理物理接口部分
设备驱动(PHY, MAC配置), 网管卡管理, ARP和RARP等通讯媒介细节。
2).网络层 用于处理分组在网络中的活动,提供点对点的服务。
IP协议 : 网际协议,将数据尽可能快的从源节点送到目的节点(不可靠,无连接)
ICMP协议: 如ping包就是基于该协议实现的,常用来做网路状况的测试
IGMP协议:组管理协议
3).传输层 提供端对端输出
TCP协议:传输层协议,提供可靠的端对端通讯,高可靠性
UDP协议:用户数据协议,简单的分组数据发送,任何必须的可靠性由应用层提供
4).应用层 处理上层数据,并提供给传输层用于发送的数据
http:超文本传输协议,web的基础
ftp:文件传输协议
telnet:远程登陆
smtp:简单邮件传输协议
snmp:网络管理协议 基于udp协议,通过mib实现数据设置,读取,修改。
以下图为例解析:
如上图,虚线连接的就是TCP/IP的分层对应关系,实线就是实际的数据传输路径,其中路由器被称为中间系统,这是为了让不同类型的物理接口可以连接,这对于现代互联网的设备互相兼容有着重大意义。
TCP/IP学习入门最难的其实就是如何理解分层的概念?
下面说下我的认知吧,TCP/IP其实就是逻辑分层的, 发送端数据经过一层层打包,调用驱动程序,最后通过网卡发送,如果复杂的话要经过多个路由器,到达接收端后再一层层解包,最后由接收端应用层处理。打包数据和解包数据是完全透明符合协议的,所以在相同的位置接收端和发送端的数据是一致的,就像实际物理连接起来一样,而且每一层分别负责不同的通讯功能,因此就有了分层的定义。
代码大体框架如下:
发送端data——>tcp_process()——>ip_process()——>eth_translate()——>tdata......
接收端data<——tcp_process()<——ip_process()<——eth_receive() <——rdata......
发送端处理就是将用户数据加上对应得首部并传递给下一层,最后通过网卡发送出去,这个过程称为封装,而接收端处理就是接收数据,并去除对应首部并传递给上一层,最后获得用户数据,这个过程称为分用。知道了这些下图就比较好理解了:
当然我这只是个大致的说明,实际代码实现远远复杂于此,但整体框架和这十分类似。TCP/IP协议栈一般都是由内核实现的,除非使用的是lwip或者uip这种需要自己移植配置的精简协议栈,像Windows,LINUIX内核已经有了完整的TCP/IP实现,只要会调用专用接口函数: Socket和TLI(传输层接口),了解到这些已经足够了。
2.互联网地址
互联网定义每个接口必须有唯一的IP地址,以IPV4为例,IP地址长32bits。
为了便于判断记忆,我们将ip地址分为四个十进制的数。如下:
这里有个比较简单的记录方法,因为所有ip地址仅起始首位置不同,可以通过0 (+128) 128 (+64) 192 (+32) 224 (+16) 240就可以清晰的划定地址类型的范围,从而确定某一ip地址的类型。如192.168.1.1就是C型地址。
3.域名系统和端口
域名系统可以理解为分布数据库,里面提供了ip地址和主机名之间的映射关系,从而让用户可以通过ip地址直接访问。
端口是传输层用来识别应用程序的,像上面我们提到的知名应用层协议,都是通过不同的端口号来实现传输层数据提交。如FTP服务端口号是21,telnet服务端口号是23,http服务端口号是80等。这些端口号介于1~1023之间,由INAN统一管理。
4.小结
本章节主要快速浏览了TCP/IP协议族,讲述了分层的原因和实现的原理,简单的阐述ip地址的分类,域名系统和端口,当然第一篇的内容远不如此,不过考虑到篇幅等原因我只能将重点挑出来详细讲解,如果对TCP/IP协议族的学习有需求,建议购买《TCP/IP详解卷一:协议》以及《嵌入式网络那些事》,一本偏于理论,另一本偏于实践,结合起来学习很方便。