网络知识 | 《图解TCP/IP》读书笔记（上）

【网络知识】| 作者 / Edison Zhou

这是EdisonTalk的第290篇原创内容

作为一个专业的IT技术人，一个Web应用开发者，不了解网络基础和协议，怎么能行？本文是我2016年阅读《图解TCP/IP》一书的读书笔记，希望对你有所帮助！

1关于《图解TCP/IP》

图解TCP/IP

这是一本图文并茂的网络管理技术书籍，旨在让广大读者理解TCP/IP的基本知识、掌握TCP/IP的基本技能。
书中讲解了网络基础知识、TCP/IP基础知识、数据链路、IP协议、IP协议相关技术、TCP与UDP、路由协议、应用协议、网络安全等内容，引导读者了解和掌握TCP/IP，营造一个安全的、使用放心的网络环境。

同时，这本书也是我的2016年度读书计划中的一本，下面我将会把我看书中的重点内容总结和重要图示摘录下来，所谓把书读薄，就是把精华内容留下，以供以后随时参考。

2网络基础知识

计算机使用模式的演变

协议

协议就是计算机与计算机之间通过网络实现通信事先达成的一种“约定”。这种“约定”使那些由不同厂商的设备、不同的CPU以及不同的操作系统组成的计算机之间，只要遵循相同的协议就能够实现通信。反之，如果使用的协议不同，就无法通信。

分组交换是将大数据分割为一个个叫做包（Packet）的较小单位进行传输的方法。这里所说的包，就如同我们平常在邮局里见到的邮包。分组交换就是将大数据分装为一个个这样的邮包交给对方。

协议分层与OSI参考模型

协议分层就如同计算机软件中的模块化开发，OSI参考模型的建议是比较理想化的。

OSI参考模型中每个层的作用：

7层通信实例：假设主机A的用户A要给主机B的用户B发送一封电子邮件：

发送方从第7层、第6层到第1层由上至下按照顺序传输数据，而接收端则从第1层、第2层到第7层由下至上向每个上一级分层传输数据。每个分层上，在处理由上一层传过来的数据时可以附上当前分层的协议所必须的“首部”信息。然后接收端对收到的数据进行数据“首部”与“内容”的分离，再转发给上一分层，并最终将发送端的数据恢复为原装。

3TCP/IP基础知识

TCP(Transmission Control Protocol)和IP(Internet Protocol)是互联网的众多通信协议中最为著名的。

TCP/IP的背景及历史

TCP/IP的标准化

（1）具体含义

很多人都会认为TCP/IP是指TCP与IP两种协议，实际生活中有时也确实就是指这两种协议。然后，很多情况下，它只是利用IP进行通信时所必须使用到的协议群的统称。

（2）标准化

由于TCP/IP尽早地制定了可行性较强的协议，提出了应对技术快速革新的协议，并及时进行后期改良的方案，因此打败了OSI模型，成为了事实上的标准。

TCP/IP的协议分层模型

上图列出了TCP/IP与OSI分层之间的大概关系，不难看出，TCP/IP与OSI在分层模块上稍有区别。OSI参考模型注重“通信协议必要的功能是什么”，而TCP/IP则更强调“在计算机上实现协议应该开发哪种程序”。

现在再来看看主机A向主机B发送一封电子邮件，在TCP/IP模型下的处理过程：

分组数据包经过以太网的数据链路时的大致流程如下图所示：

4IP协议及相关技术

IP的主要作用

如上图所示，IP的主要作用就是在复杂的网络环境中将数据包发给最终的目标地址。

IP的三大作用模块

（1）IP寻址

在计算机通信中，为了识别通信段，必须要有一个类似于地址的识别码进行标识。而在数据链路层，使用MAC地址来标识同一个链路中不同计算机的一种识别码。在网络层，则叫做IP地址。

（2）路由（最终节点为止的转发）

路由控制（Routing）是指将分组数据发送到最终目标地址的功能。即使网络非常复杂，也可以通过路由控制确定到达目标地址的通路。因此，一个数据包之所以能够成功地到达最终的目标地址，全靠路由控制。

Hop中文叫“跳”，它是指网络中的一个区间，IP包正是在网络中一个跳间被转发。数据链路实现某一个区间（一跳）内的通信，而IP实现直至最终目标地址的通信（点对点）。

为了将数据包发送给目标主机，所有主机都维护着一张路由控制表（Routing Table），该表记录IP数据在下一步应该发给哪一个路由器。IP包将根据这个路由表在各个数据链路上传输。

（3）IP分包与组包

IP面向无连接，即在发包之前，不需要建立与对端目标地址之间的连接。上层如果遇到需要发送给IP的数据，该数据会被立即压缩成IP包发送出去。

IP为什么面向无连接？
简化：面向连接比起面向无连接处理相对复杂！
提速：每次通信之前都需要建立连接，会降低处理速度！
需要有连接时，可以委托上一层（传输层）提供此项服务，因此，IP为了实现简单化与高速化采用面向无连接方式。

相关技术

（1）DNS

有效管理主机名和IP地址之间的对应关系->DNS系统，那么DNS查询的机制是什么呢？

（2）ARP

ARP是一种解决地址问题的协议，以目标地址为线索，用来定位下一个应该接收数据分包的网络设备对应的MAC地址。不过，ARP只适用于IPv4，不适用于IPv6。

RARP则是将ARP反过来，从MAC地址定位IP地址的一种协议。

（3）ICMP

一个刚刚搭建好的网络，需要验证该网络的设置是否正确。ICMP(Internet Control Message Protocol)这是提供这类功能的一种协议，其主要功能包括：确认IP包是否成功送达目标地址，通知在发送过程中IP包被废弃的具体原因等等。例如我们经常使用ping命令，就是一个典型的ICMP的具体应用。