TCP/IP 协议

前言

• 精通TCP/IP，熟练使用Socket进行通信编辑

看到这句话，有没有感到很熟悉？相信很多人在投递简历的时候，都看到这要求，很多人会觉得我们在实际开发中一一般用不到这些知识，所以不屑一顾，但是笔者认为想要做出更好的APP，那么对这些基础知识，必须要有一定的了解 ，这样才能考虑的更加全面与完善。
那么接下来就说一说，什么事TCP/IP。

什么是TCP/IP?

TPC/IP是一类协议系统，它是用于网络通信的一套协议集合。
传统上来说，TCP/IP被认为是一个四层协议。

1.网络接口层:

主要是指物理层次的一些接口，电缆等。

2.网络层：

提供独立于硬件的逻辑寻址，实现物理地址与逻辑地址的转换。
在TCP/IP协议族中，网络层协议包括IP协议（网际协议），ICMP协议（Internet互联网控制报文协议），以及IGMP协议（Internet组管理协议）。

3.传输层：

为网络提供流量控制，错误控制和确认服务。
在TCP/IP协议中，有两个互不相同的传输协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据协议）。

4.应用层：

为网络排错，文件传输，远程控制和Internet操作提供具体的应用程序。

数据包

在TCP/IP协议中数据先由上往下将数据装包，然后由下往上拆包
在装包的时候，每一层都会增加一些信息用于传输，这部分信息叫报头，当上层的数据到达本层的时候，会将数据加上本层的报头打包在一起，继续往下传递。

在拆包的时候，每一层将本层需要的报头读取后，就将剩下的数据往下传。
这个过程有点像俄罗斯套娃，所以有时候人们也会用俄罗斯套娃来形容这个过程

网络接口层

这一块主要涉及到一些物理传输，比如以太网，无线局域网。这里就不做详细的介绍了。

网络层

前面有提到，网络层主要就是做物理地址与逻辑地址之间的转换。
目前市场上应用的最多的是32位二进制的IPv4，因为IPv4的地址已经不够用了，所有128位二进制的IPv6应用越来越广泛了（但是下面介绍都是基于IPv4进行的）

1. IP

TCP/IP协议网络上的每一个网络适配器都有一个唯一的IP地址。
IP地址是一个32位的地址，这个地址通常分成4端，没8个二进制为一段，但是为了方便阅读，通常会将每一段都转换为十进制来显示，比如大家非常熟悉的192.168.0.1
IP地址分为两个部分：

• 网络IP
• 主机IP

但是具体哪部分属于网络ID，哪些属于主机ID并没有规定。
因为有些网络是需要很多主机的，这样的话代表主机ID的部分就要更多，但是有些网络需要的主机很少，这样主机ID的部分就应该少一些。
绝大部分IP地址属于以下几类：

• A类地址：IP地址的前8位代表网络ID，后24位代表主机ID。
• B类地址：IP地址的前16位代表网络ID，后16位代表主机ID。
• C类地址：IP地址的前24位代表网络ID，后8位代表主机ID。

这里能够明显的看出A类地址能够提供出的网络ID较少，但是每个网络可以拥有非常多的主机

但是我们怎么才能看出一个IP地址到底是哪类地址呢？

• 如果32位的IP地址以0开头，那么他就是一个A类地址。
• 如果32位的IP地址以10开头，那么它就是一个B类地址。
• 如果32位的IP地址以110开头，那么它就是一个C类地址。

那么转化为十进制（四段）的话，我们就能以第一段中的十进制数来区分IP地址到底是哪类地址了。

注意：

• 十进制第一段大于223的属于D类和E类地址，这两类比较特殊也不常见，这里就不做详细介绍了。
• 每一类都有一些排除地址，这些地址并不属于该类，他们是在一些特殊情况使用地址（后面会介绍）
• 除了这样的方式来划分网络，我们还可以把每个网络划分为更小的网络块，称之为子网（后面会介绍）

全是0的主机ID代表网络本身，比如说IP地址为133.100.0.0指的是网络ID为130.100的B类地址。
全是1的主机ID代表广播，是用于想该网络中的全部主机发去消息的。IP地址为130.100.255.255就是网络ID为130.100网络广播地址(二进制IP地址中全是1, 转换为十进制就是255)
以十进制127开头的地址都是环回地址。目的地址是环回的消息，其实由本地发送和接收的。主要是用于测试TCP/IP软件是否正常工作。我们用ping功能的时候，一般用的环回地址是127.0.0.1

2.地址解析协议ARP

简单来说ARP的作用就是把IP地址映射为物理地址，而与之相反的RARP(逆向ARP)就是将物理地址映射为IP地址。

3.子网

前面提到了IP地址的分类，但是对于A类和B类地址来说，每个网络下的主机数量太多了，那么网络的传输会变得很低效，并且很不灵活。比如说IP地址为100.0.0.0的A类地址，这个网络下的主机数量超过1600万台。
所以子网掩码的出现就是为了解决这样的问题。
我们先回顾一下之前如何区分主机IP和网络IP的。
以A类地址99.10.10.10为例，前8位是网络IP，后24位是主机IP。（如下图）

子网掩码也是一个32位的二进制数，也可以用四个十进制数来分段，他的每一位对应着IP地址的相应位置，数值为1时代表的是非主机位，数值为0时代表是主机位

由表格可以很清晰地看出，网络IP仍是由之前的分类来决定倒是是多少位，主机IP则是由子网掩码值为0的位数来决定，剩下的则是子网IP

4.传输层

传输层提供了两种到达目标网络的方式

• 传输控制协议（TCP）：提供了完善的错误控制和流量控制，能够确保数据正常传输，是一个面向连接的协议。
• 用户数据报协议（UDP）：只提供了基本的错误检测，是一个无连接的协议。
  特点：
  UDP:
• 把数据打包
• 数据大小有限制（64k）
• 不建立连接
• 速度快，但可靠性低

TCP：

• 建立连接通道
• 数据大小无限制
• 速度慢，但是可靠性高

由于传输层涉及的东西比较多，比如端口，Socket等，都是我们做移动开发需要了解的，之后的文章中我们再具体做介绍，这里就不解散了。

5.应用层

应用层作为TCP/IP协议的最高层级，对于我们移动开发来说，是接触最多的。

运行在TCP协议上的协议：

• HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议），主要用于普通浏览。
• HTTPS（Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer, or HTTP over SSL，安全超文本传输协议）,HTTP协议的安全版本。
• FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议），由名知义，用于文件传输。
• POP3（Post Office Protocol, version 3，邮局协议），收邮件用。
• SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议），用来发送电子邮件。
• TELNET（Teletype over the Network，网络电传），通过一个终端（terminal）登陆到网络。
• SSH（Secure Shell，用于替代安全性差的TELNET），用于加密安全登陆用。

运行在UDP协议上的协议：

• BOOTP（Boot Protocol，启动协议），应用于无盘设备。
• NTP（Network Time Protocol，网络时间协议），用于网络同步。
• DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议），动态配置IP地址。

其他：

• DNS（Domain Name Service，域名服务），用于完成地址查找，邮件转发等工作（运行在TCP和UDP协议上）。
• ECHO（Echo Protocol，回绕协议），用于查错及测量应答时间（运行在TCP和UDP协议上）。
• SNMP（Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议），用于网络信息的收集和网络管理。
• ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议），用于动态解析以太网硬件的地址。