TCP/IP协议学习(四) 协议概述

  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

  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), 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。

TCP/IP协议学习(四) 协议概述

  以上图基于FTP协议的C/S结构为例,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,进而将局域网(LAN)联合起来构成广域网(WAN)。

  TCP/IP学习入门最难的其实就是如何理解分层的概念,如何形象的解释比较困难,这里我说下自己的理解。TCP/IP传输过程如下:

  1. 发送端将待发送数据经过一层层组包,最后调用驱动程序,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。

2.接收端获得数据开始一层层解包,最后由接收端指定层处理。因为组包和解包过程遵循着协议是完全透明的,那么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,而为了区分协议不同的通讯功能,便有了分层的定义。

  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,去掉各层协议加上的报文首部,并检查报文首部的协议标识,从而确定接收的上层协议,这个过程称为分用

TCP/IP协议学习(四) 协议概述

  当然我这只是个大致的说明,实际实现远远复杂于此,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。

  TCP/IP协议学习(四) 协议概述

  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:

TCP/IP协议学习(四) 协议概述

  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.客户-服务器模型

  大部分网络应用程序都是假定一端是客户,另一端是服务器,目的是让服务器为客户提供特定的服务,这种服务可以分为两种类型,并发型和重复型。

重复型服务器交互模式

  1).等待一个用户请求

  2).处理客户请求

  3).发送响应给发送请求的客户

  4).返回第一步

并发式服务器交互模式

  1).等待一个用户请求

  2).启动一个新的服务器来处理用户请求,并在处理完客户请求,响应后终止该服务器

  3).返回第一步

4.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。

5.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,如果对TCP/IP协议族的学习有需求,建议参考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,结合起来对于TCP/IP协议的学习十分有帮助。。

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