TCP/IP协议，或TCP/IP协议栈，或互联网协议族。

TCP/IP协议栈(按TCP/IP参考模型划分)

包含一组网络协议，这些协议构成了因特网的基础。这些协议起源于美国国防部高级研究计划局的互联网项目。TCP/IP字面上代表两个协议：TCP传输控制协议和IP互联网协议。

时间回到1983年1月1日，网络核心协议(NCP)在互联网的前身阿帕网(Arpanet)中被TCP/IP取代，成为今天互联网的基石。最初的TCP/IP，由Vinton Cerf和Robert Kahn开发，慢慢地超越了其他网络协议方案，比如ISO的OSI模型。TCP/IP热潮发生在20世纪90年代中期。重要而可靠的工具的出现，如HTML(一种页面描述语言)和Mosaic(一种浏览器)，导致了Internet应用程序的爆炸式增长。

随着互联网的发展，目前流行的IPv4协议(IP Version 4, IP Version 4)已经接近其功能上限。IPv4最致命的两个缺陷与：

该地址只有32位，且IP地址空间有限。它不支持Qos (Quality of Service)的思想，不能对带宽和优先级进行管理，因此无法支持越来越多的实时语音和视频应用。因此，IPv6 (IP Version 6, IP Version 6)开始取代IPv4。TCP/IP成功的另一个因素是它对大量底层协议的支持。这些底层协议对应于OSI模型中的第一层(物理层)和第二层(数据链路层)。每一层几乎一半的协议都支持TCP/IP，例如：以太网、令牌环、光纤数据分发接口(FDDI)、PPP、X.25、帧中继、ATM、Sonet、SDH等。

主要内容：1。如何实现单机百万连接；2. 如何优化三握手四波；3.如何优化TCP传输速率？4. nginx零拷贝技术的实现5. Epoll原则分析和访谈必须提出问题

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整个通信网络的任务可以划分为不同的功能块，这些功能块抽象为所谓的“层”。Internet使用的协议可以根据TCP/IP参考模型进行分类。TCP/IP协议栈从第三层协议IP(Internet协议)开始。所有这些协议都在相应的RFC文档中进行了讨论和标准化。重要的协议在相应的RFC文档中标有状态：“必需的”、“推荐的”、“可选的”。其他协议也可能具有“实验性”或“历史性”地位。

3、协议拆封

所有TCP/IP应用必须实现IP协议和ICMP协议。对于路由器来说，这两种协议都可以工作，尽管从应用程序的角度来看，这样的路由器没有多大意义。实际的路由器通常会运行许多“推荐的”协议，以及其他一些协议。

IPv4协议诞生于1981年，几乎存在于每一台连接到互联网的计算机上，今天的版本和最早的版本之间没有太大的变化。IPv6更新版本的工作始于1995年，以取代IPv4。ICMP协议主要用于收集网络信息和故障定位。

每个应用层(TCP/IP参考模型的顶层)通常使用两种传输层协议中的一种：面向连接的TCP传输控制协议和无连接的数据包传输UDP用户数据包协议。其他一些推荐的协议有：

TELNET (Teletype over the Network)，通过终端登录网络(运行在TCP协议上)。FTP(文件传输协议)，顾名思义(在TCP上运行)。SMTP(简单邮件传输协议)，用于发送电子邮件(在TCP上运行)。DNS (Domain Name Service)用于地址查找和邮件转发。(它运行在TCP和UDP上。)ECHO (ECHO Protocol)，用于检查错误和测量响应时间(运行在TCP和UDP上)。NTP (Network Time Protocol)，用于网络同步(运行在UDP上)。简单网络管理协议SNMP (Simple Network Management Protocol)用于收集和管理网络信息。BOOTP (Boot Protocol)适用于无磁盘设备(UDP)。

当前位置10-10最常用的有

支持WWW超文本传输协议HTTP，支持动态主机配置协议DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)动态配置IP地址，支持POP3 (Post Office Protocol, version 3，邮局协议)邮件接收，支持SSH (Secure Shell，用来代替安全性差的TELNET)加密和安全登录。ARP (Address Resolution Protocol)用于动态解析以太网硬件地址。

TCP/IP协议栈组成

一个简单的路由器可以实现ARP、IP、ICMP、UDP、SNMP、RIP。WWW用户使用ARP、IP、ICMP、UDP、TCP、DNS、HTTP、FTP。用户计算机还可以运行TELNET、SMTP、POP3、SNMP、ECHO、DHCP、SSH和NTP。无磁盘设备可以在固件中实现ARP, IP, ICMP, UDP, BOOT和TFTP(所有面向数据报的协议，相对容易实现)，如ROM。TCP/IP基础讲座- 1:1层，2层，3层？

读过网络课程的人都知道ISO-OSI第7层协议这个术语，很多书都会画出具体的图，标注物理层、数据链路层、网络层等等。很难记住。但我不知道为什么要用这些层。

其实在Internet上，自实际使用的是TCP/IP模型，也就是DOD模型(现在不知道，后面再讲)。因此，在真实的网络环境中，7层模型只是一个理论上的、迂腐的东西。在这个模型中，我们真正关心的是下面的三层。

1. 物理层。哦。是的，这是一个容易理解的术语。网卡和那些网线组成了这一层。通过网线传输的二进制数据流就是这一层的具体体现。换句话说，在这个级别上没有协议(不是一个精确的术语，但您可以理解)。都是电。我们用网线把两台机器连接起来。或者用HUB连接所有机器，HUB是工作的物理层。

物理层有两个设备，一个是中继器，另一个是集线器。物理上电线距离过长会产生电信号衰减。为了加强信号，我们需要在远处增加一个信号放大器，称为中继器。

嗯…这很容易理解。中继器是连接在两根网线之间的设备。什么也没做。所以它只是一个物理设备。属于一楼。

HUB呢？这怎么可能在一楼？这似乎很难理解。

当我告诉你HUB的性质时，你就会明白了

集线器实际上只是一个多端口中继器。啊…这对你们来说是有意义的。集线器不只是为了推销上述策略而被称为多端口中继器。它本质上是一个连接多根网线的物理设备。它们不会对经过的电信号进行任何逻辑处理。

2. 数据链路层

飞机顶部的东西不再是电子信号了。它的数据。是的，现在它是DATA，它有一个逻辑关系。这一层之上的基本单元是框架。这一层与物理层关系最为密切。它将来自网线的电流转换成0和1的组合。

物理层只是网卡向网线发送或接收各种电平信号，也就是说，物理层无法识别电流的来源和目标。所以你把电流放到坐标系0和1中。这里有逻辑数据。有了数据，你就可以知道数据从哪里来，到哪里去。所以你可以形成一个链接。

既然你可以判断地址，那么地址是通过什么来判断的呢？

这是最重要的概念之一：MAC地址

我相信你们都听说过我们的网卡有MAC地址

有些人可能还知道MAC地址是唯一的。

是的。MAC地址在世界上是唯一的。这意味着你的网卡很便宜。但它在世界上也是独一无二的。

有些人说他可以改变MAC，这不是唯一的一个。是的。虽然它可以更改，但它只是欺骗上层重写数据包中的MAC地址。你网卡的真实MAC地址被固化了。无法改变的。

我们有MAC地址。这允许在所有连接的计算机之间进行有针对性的通信。是的。我们终于可以在同一个局域网通信了。

但有个问题我们没提到。因为物理层传输电信号。所以如果我有两台机器一起产生信号，信号不是很混乱吗？

完全正确。这个问题在网络中被称为“碰撞”，所以在协议中规定，如果要发送数据，必须先检查电缆是否有其他信号。如果没有，你可以发送。如果两者同时发送，则在检测到碰撞后等待随机时间，然后重复发送。这就是重要的“碰撞检测”。

哈哈。看起来问题解决了。不是吗？现在整个网络运行正常。

这是事实，但随着越来越多的计算机连接到网络，碰撞将变得更加频繁。那一定效率很低。另一个重要的概念是“冲突域”。同一物理连接网络中的所有设备都属于同一冲突域。

然后我们需要引入第2层设备来分割冲突域。

桥(Bridge)是两个不同物理网络之间的连接。主要功能是在两个网络之间转发帧。因为从实践中我们可以知道。事实上，很多时候整个网络并没有相互沟通。我们可以将能够相互通信的最大计算机群划分为小的冲突域。这样可以减少冲突域，相对减少冲突的机会。而桥是用来架桥的，因为桥的双方的交流不是很频繁，所以桥被用作双方的“代言人”。在任何小型网络中，冲突的可能性都较小。

开关是大家最熟悉的设备。交换机的本质是一个多端口桥接。事实也是如此。交换机的每个端口后面都是一个冲突区域。我们都说交换机比集线器快，因为它分割了所有的冲突域。

现在开关非常便宜。所以我们通常将计算机直接连接到交换机端口。因此，每台计算机都是一个独立的碰撞域。所以碰撞问题就解决了。所以速度比HUB快。

如上所述，二层设备主要是转发功能。交换机的主要功能是转发报文。而不是让所有冲突的域直接物理连接。交换机有CPU，有内存，可以处理帧等等。这些也是交换机和集线器之间的区别。

3.网络层

我们现有的一些技术可以建立一个局域网。网络层。这些数据可以真正地在世界各地传输

因为莱纳德吗伦纳德博萨克和珊迪博萨克，纽约时报的两位创始人。为了解决它们之间的通信问题，桑迪勒纳(有很多版本的路由器)发明了。你可能会听到比这更准确的说法，但你永远不会知道。路由器的发明是为了解决“信息孤岛”的问题。如果整个网络都是由SWITCH构建的，那么整个网络就会有“中心节点”，这是不符合ARPANET的初衷的。我们有这一层。(这可能感觉像是本末倒置，但让我们这样说吧。)

这一层的基本单位是Packet。所有的数据包都有一个IP头。啊。听起来很熟悉，不是吗？IP用于标识该层报文的源地址和目的地址。

这一层的主要概念之一是“路由”，它像交换机一样，将数据包转发到其他地方。不同之处在于，交换机只有在知道特定MAC在哪里时才能发送到给定的计算机，而路由不需要知道最终IP在计算机上的位置，只要它知道该走哪条路就行。

这三层构成了整个网络的基础。由于TCP/IP模型将底层两层合为一层，因此TCP/IP中的这两层也是整个体系结构中最基本的内容。在网络上要做的工作也是针对这两层的。

2: TCP/IP。真实世界模型

在上一讲中我们说过，OSI的7层模型只是一个理论模型，在实践中只需要实现7层的功能，实际的层不需要按照7层来划分。如果我们有七层。那么数据处理速度就慢了很多。

在实践中，DoD模型是最常用的。也成为TCP/IP协议集群

DoD Model (Department Of Defense Model)，顾名思义，是美国国防部设计的网络模型。首先用于阿帕网。这可能是许多教科书的第一章。然而，DoD模型与OSI模型的对应关系在一般教科书中并没有讨论。或者很多是模糊的或错误的。

这里我将描述两者之间的对应关系。OSI模型有7个已知层，而DoD模型只有4个。以下是信件

OSI DoD

7.应用程序的全科医生

6.Presentation |- 4. Application/Process

5.会话水瓶座

4.Transport --- 3. Host to Host

3.Network --- 2. Internet

2.数据链路更新- 1。网络访问

1.物理磁性

OSI 5.6.7对应的是DoD的第4层

这其实更容易记

因为物理层和数据链路层非常接近。这是。然后是顶层，顶层被称为应用层。

现在我们有了一个工作模型。但通常当我们描述设备或协议时。我们仍然会使用OSI模型，就像我们谈论SWITCH一样，它是一个Tier 2设备。路由器是三层设备，还有一些特殊的设备，比如三层交换机、四层交换机。使用OSI模型对它们进行分类。我们不要搞混了。

我们已经听说过TCP或UDP。SMTP.POP3。这些协议是在什么级别定义的？下一张图会给你一个非常清晰的概念(不完全是图拉：D)。

4. APPLICATION

HTTP, FTP, Telnet, SNMP, SMTP, POP3, DNS等

3.Host to Host

TCP,UDP

2.internet

ICMP,ARP,RARP,IP

1.Network Access

快速以太网，令牌环，等等

嗯…这是明确的。让我们从下往上看

首先是最低水平。这些协议包括以太网、快速以太网和现在的千兆以太网，它们指定了链路的数量。联系和所有那些有形的东西。这是与mac等设备通信的底层方式。

然后是IP。ARP之类的。IP也称OSI模型。通过IP地址，我们在转发数据包时不需要知道目标机器的位置。路由器自然会根据路由表进行转发。缓慢地从一个车站到另一个车站。ARP协议用于IP地址和MAC地址之间的转换。

正如我在上一章提到的，由于路由器、IP，整个网络真正实现了全球覆盖。这一层叫做互联网，应该很容易记住。

哇。TCP和UDP是我们听到最多的。他是控制网络连接的人。在OSI中，它被称为传输。传输层。在DoD中，是主机到主机端到端。意思是一样的。它是在两台计算机之间建立一个虚拟通信通道。

顶层是无穷无尽的。所有最终应用层的东西都在这里，你甚至可以定义你自己的协议类型。这一切都很好。因为这个层本身是提供给开发者自己玩的。只是上面的列表是标准化的。

TCP包头结构

源端口为16位

目的端口为16位

序号32位

响应序列号32位

TCP头包含4个字符

保留6

控制码6位

窗口大小16位

偏移量为16位

校验和16位

选项32位(可选)

这给了我们最小的TCP报头大小。那是20个字节。

UDP包头结构

源端口为16位

目的端口为16位

长度16位

校验和16位

有个问题。这些头里似乎都没有IP地址。这些没有IP地址的数据包去哪里了？

是的，你很小心。TCP和UDP报头不包含任何IP信息。让我们回到TCP和UDP属于国防部的哪一层？这是正确的!是第三层，IP在模型的第二层。也就是说，即使它们是有联系的。但不是在同一层。

这个模型的一个重要规则是。当发送方发送一条数据，上层将数据发送给下层时。上一层的数据包成为下一层数据包的数据部分。

接收器接收数据。下一层去掉这一层的报头信息，交给下一层处理。

让我们来看看实际情况：

假设我们通过SMTP将数据AAA发送到另一个部分。然后将数据添加到SMTP报头中。成为(SMTP) AAA。发送到TCP层。成为(TCP) (SMTP) AAA。然后下到互联网层[IP][TCP][SMTP]AAA。然后就变成了[MAC][IP][TCP][SMTP]AAA

这是通过internet或fastinternet发送到路由器。当路由器收到它时，它会替换它的MAC地址。把它发送到下一层的路由器。经过这么长的旅程。最终数据流到达目标机器。

目标从下面一层开始。摆脱MAC，变成[IP][TCP][SMTP]AAA直到IP层，这是发送给我的IP。删除，变成[TCP][SMTP]AAA。TCP连接检查校验和，是。(SMTP) AAA。最后对SMTP协议进行说明。你得到AAA级。

长征终于结束了。我们也向目标机器发送了AAA。你也应该明白为什么没有IP地址在TCP包头和UDP包头？因为IP比他们低一级。TCP和UDP报文头作为IP报文的数据段传输。

IP层不关心这个。他执行他的协议级别，也就是说，他从上层获取数据，并将自己的头添加到下层。从下面的楼层获取数据并将其反转。把它传给楼上。

这是你在各个层面上的做法。完美契合完成了包裹的最后旅程。

TCP/IP通信协议

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TCP/IP架构概述

TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。传统的开放系统互连参考模型是一个由7层通信协议组成的抽象参考模型，每一层通信协议执行一个特定的任务。该模型的目的是使各种硬件在同一级别上相互通信。这七层是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、语音层、表示层和应用层。另一方面，TCP/IP使用四层层次结构，每一层调用下一层提供的网络来满足自己的需求。这四层是：

应用层：应用程序之间的通信层，如SMTP、FTP、Telnet等。

传输层：提供节点间的数据传输服务，如TCP (Transmission Control Protocol)、UDP (User Datagram Protocol)等。TCP和UDP添加传输数据包并将其传输到负责传输数据的下一层，并确保数据已经发送和接收。

互连网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机（但不检查是否被正确接收），如网络协议（IP）。

网络接口层：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、Serial Line等）来传送数据。

TCP/IP中的协议

以下简单介绍TCP/IP中的协议都具备什么样的功能，都是如何工作的：

1 IP

网络协议IP是TCP/IP的心脏，也是网络层中最重要的协议。

IP层接收由更低层（网络接口层例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层---TCP或UDP层；相反，IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。IP数据包是不可靠的，因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。IP数据包中含有发送它的主机的地址（源地址）和接收它的主机的地址（目的地址）。

高层的TCP和UDP服务在接收数据包时，通常假设包中的源地址是有效的。也可以这样说，IP地址形成了许多服务的认证基础，这些服务相信数据包是从一个有效的主机发送来的。IP确认包含一个选项，叫做IP source routing，可以用来指定一条源地址和目的地址之间的直接路径。对于一些TCP和UDP的服务来说，使用了该选项的IP包好像是从路径上的最后一个系统传递过来的，而不是来自于它的真实地点。这个选项是为了测试而存在的，说明了它可以被用来欺骗系统来进行平常是被禁止的连接。那么，许多依靠IP源地址做确认的服务将产生问题并且会被非法入侵。

2. TCP

如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。

TCP将它的信息送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层，设备驱动程序和物理介质，最后到接收方。

面向连接的服务（例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。

3.UDP

UDP与TCP位于同一层，但对于数据包的顺序错误或重复。因此，UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务，UDP主要用于那些面向查询---应答的服务，例如NFS。相对于FTP或Telnet，这些服务需要交换的信息量较小。使用UDP的服务包括NTP（网络时间协议）和DNS（DNS也使用TCP）。

欺骗UDP包比欺骗TCP包更容易，因为UDP没有建立初始化连接（也可以称为握手）（因为在两个系统间没有虚电路），也就是说，与UDP相关的服务面临着更大的危险。

4.ICMP

ICMP与IP位于同一层，它被用来传送IP的可控制信息。它主要是用来提供有关通向目的地址的路径信息。ICMP的‘Redirect’信息通知主机通向其他系统的更准确的路径，而‘Unreachable’信息则指出路径有问题。另外，如果路径不可用了，ICMP可以使TCP连接‘体面地’终止。PING是最常用的基于ICMP的服务。

5. TCP和UDP的端口结构

TCP和UDP服务通常有一个客户/服务器的关系，例如，一个Telnet服务进程开始在系统上处于空闲状态，等待着连接。用户使用Telnet客户程序与服务进程建立一个连接。客户程序向服务进程写入信息，服务进程读出信息并发出响应，客户程序读出响应并向用户报告。因而，这个连接是双工的，可以用来进行读写。

两个系统间的多种Telnet连接是如何相互确认并协调一致呢？TCP或UDP连接唯一地使用每个信息中的如下四项进行确认：

源IP地址发送包的IP地址。

目的IP地址　接收包的IP地址。

源端口　源系统上的连接的端口。

目的端口目的系统上的连接的端口。

端口是一个软件结构，被客户程序或服务进程用来发送和接收信息。一个端口对应一个16比特的数。服务进程通常使用一个固定的端口，例如，SMTP使用25、Xwindows使用6000。这些端口号是‘广为人知’的，因为在建立与特定的主机或服务的连接时，需要这些地址和目的地址进行通讯。