TCP/IP 协议族简述

网络协议通常都是分层开发的，一个协议族（protocol suite）则是不同 layer（层）上的协议的集合，TCP/IP 协议族是我们常用的一个协议族，其包含 4 个 layer：

Link layer 也被叫做 Data link layer（数据链路层）或者 Network interface layer（网络接口层）。此 Layer 主要包括设备的驱动（device driver）和 NIC（网卡）。这一层主要用来解决物理接口上硬件的细节问题
Network layer（网络层）处理 Packet（分组）在网络中移动，例如 Packet 的路由就发生在此 Layer。TCP/IP 协议族里面，IP 协议就在此 Layer 上
Transport layer（传输层）主要解决两台主机之间数据流动的问题，在 TCP/IP 协议族里面，有两个非常不同的 Transport 协议：TCP 和 UDP
Application layer（应用层）主要处理特定的应用程序细节。不同的 TCP/IP 实现下都会提供一些通用的程序：Telnet、FTP、SMTP 等

各层协议：

Application layer — Telnet、FTP、HTTP、SMTP、DNS 等

Transport layer — TCP、UDP

Network layer — IP、ICMP、IGMP

Transport layer 协议：

通常来说，程序员最关心了两个协议就是 Transport layer 的 TCP 和 UDP 协议了：

TCP 协议提供了两台主机之间可靠的通讯，使得 Application layer 无需关注这些细节
UDP 协议只是为 Application layer 提供非常简单的服务，它只是将 datagrams（数据报）从一台主机发送到另外一台，并不保证数据能够到达另一端，可靠性必须要由 Application layer 来提供

TCP/IP 协议族协议分层图示：



数据的封装

当一个应用程序使用 TCP 发送数据的时候，数据被发送到协议栈（protocol stack）上，然后通过各个 Layer 最终以 Bits 流发送到网络上。每个 Layer 都会在数据上加一些 Header 信息（有时候还需要加上尾部信息），下图显示了这个过程：



其中：

TCP 发送给 IP 的数据单元被叫做 TCP Segment（TCP 报文段）
IP 发送给网络接口的数据单元被叫做 IP Packet（IP 分组）
通过以太网传送的 bits 流被叫做 Frame（帧）

UDP 发送给 IP 的数据单元被叫做 UDP Datagram（UDP 数据报），UDP Header 为 8 个字节。

UDP 和 TCP 都使用了一个 2 个字节的端口号（port numbers）来标识一个应用程序，UDP 和 TCP 把源和目标 port numbers 保存在 Header 中。

数据的分用（Demultiplexing）

当主机接收到数据的时候，数据就从协议栈的底部向上走，逐步去掉各个协议加上去的 Header。每个协议盒都会查看 Header 的标识来决定上层是由哪一个协议盒来接受数据，这被叫做数据的分用：