協(xié)議

什么是協(xié)議？我覺得要理解什么是協(xié)議，首先要知道他是屬于計(jì)算機(jī)中的術(shù)語。另一方面，也要清楚認(rèn)識到，計(jì)算機(jī)是“傻瓜式”的，他不會做什么多余的工作的，它會按照我們給他的命令執(zhí)行工作。對于要實(shí)現(xiàn)在兩臺計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，我們要給計(jì)算機(jī)設(shè)置好命令，比如，如何建立連接，怎么樣進(jìn)行傳輸，怎樣結(jié)束連接等等。因此，協(xié)議就可以理解為我們給計(jì)算機(jī)設(shè)置的一系列規(guī)則。

TCP/IP協(xié)議族

定義

根據(jù)《圖解HTTP》中的理解，TCP/IP協(xié)議族是指與網(wǎng)絡(luò)通信有關(guān)的所有協(xié)議的集合。

特點(diǎn)

TCP/IP協(xié)議族最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的分層

為什么要進(jìn)行分層？

假設(shè)我們在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中只使用一個(gè)協(xié)議，那么如果此時(shí)我想對數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪骋粋€(gè)過程進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，比如我想要在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中進(jìn)行數(shù)據(jù)的加密，這時(shí)候使用一個(gè)協(xié)議統(tǒng)籌的話，可能要替換整個(gè)協(xié)議。相反，采用分層結(jié)構(gòu)之后，對于不同的層使用不同的協(xié)議，這樣的話，如果進(jìn)行某一層的優(yōu)化不會影響其他層，且各層分工明確又相互協(xié)作，提交了效率。

層次結(jié)構(gòu)：4層

• 應(yīng)用層：向應(yīng)用程序提供系統(tǒng)服務(wù)。主要協(xié)議有：HTTP，F(xiàn)TP，DNS
• 傳輸層：提供處于網(wǎng)絡(luò)連接之中的兩臺計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，主要協(xié)議有TCP，UDP
• 網(wǎng)絡(luò)層：處理網(wǎng)絡(luò)中的流動(dòng)的數(shù)據(jù)包。該層規(guī)定了數(shù)據(jù)包通過怎樣的路徑到達(dá)對方計(jì)算機(jī)。如果兩臺計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸需要通過路由器等中轉(zhuǎn)站時(shí)，該層的作用是從多條路線中選擇一條合適的路線。
• 數(shù)據(jù)鏈路層：處理網(wǎng)絡(luò)連接中的硬件部分。主要是通過MAC地址進(jìn)行兩臺主機(jī)之間的數(shù)據(jù)幀的傳輸。

具體傳輸流程

發(fā)送端：

• 在傳輸層構(gòu)造HTTP請求，并將請求報(bào)文發(fā)送給傳輸層
• 在傳輸層，為了傳輸效率考慮，TCP協(xié)議將請求報(bào)文分割成以數(shù)據(jù)報(bào)為單位的數(shù)據(jù)包，并給每個(gè)數(shù)據(jù)包依次加上序號及端口號
• 在網(wǎng)絡(luò)層，IP協(xié)議通過IP尋址和路由選擇傳送至數(shù)據(jù)鏈路層
• 在數(shù)據(jù)鏈路層，通過ARP協(xié)議獲得在網(wǎng)絡(luò)層獲取到的接下來要傳輸?shù)哪繕?biāo)主機(jī)或路由器的MAC地址，通過MAC地址實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的傳輸。

接收端：

• 數(shù)據(jù)鏈路層
• 網(wǎng)絡(luò)層
• 傳輸層

• 應(yīng)用層

  
  
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要注意的是，在發(fā)送的時(shí)候，每經(jīng)過一層就會在請求頭部加上該層專有的首部信息，同樣，接收端在接收時(shí)每經(jīng)過一層就刪除所屬該層的首部信息。

DNS協(xié)議

DNS，全名叫“域名解析系統(tǒng)”，提供IP地址和域名之間的雙向解析服務(wù)。

DNS的解析過程

域名的層級結(jié)構(gòu)如下：

主機(jī)名. 次級域名. 頂級域名. 根域名

以查詢zh.wikipedia.org為例：

• 客戶端首先會將查詢報(bào)文發(fā)送至本地DNS服務(wù)器，DNS服務(wù)器會首先檢查自身緩存，如果存在記錄則直接返回結(jié)果。
• 如果緩存過期或者緩存不存在：
  • DNS服務(wù)器會發(fā)送查詢報(bào)文到根域名服務(wù)器，獲取其對應(yīng)的頂級域名.org對應(yīng)的根域名服務(wù)器地址。
  • DNS服務(wù)器發(fā)送查詢報(bào)文到頂級域名.org的權(quán)威域名服務(wù)器，獲取其對應(yīng)的次級域名.wikipedia.org的權(quán)威域名服務(wù)器的地址
  • DNS服務(wù)器發(fā)送查詢報(bào)文到次級域名wikipedia.org的權(quán)威域名服務(wù)器，獲得主機(jī)zh的A記錄（主機(jī)記錄，用于將主機(jī)名映射為相應(yīng)的IP地址），存入自身緩存并返回給客戶端。

查詢的類型

• 遞歸查詢：主要是客戶端的查詢方式。 客戶端發(fā)送查詢報(bào)文到本地DNS服務(wù)器 ——> 獲得最終結(jié)果
• 迭代查詢：一般是DNS服務(wù)器之間的查詢方式。主要是本地DNS服務(wù)器查詢主機(jī)IP地址的過程。

IP協(xié)議

要注意，IP協(xié)議和IP地址的區(qū)別。IP協(xié)議是指一種協(xié)議，是規(guī)則。IP地址是節(jié)點(diǎn)被分配到的地址。

功能

• IP尋址：對網(wǎng)絡(luò)層而言，通過IP地址進(jìn)行相互之間的通信。
• 路由選擇
  • 對于處于同一局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)之間的通信，通過數(shù)據(jù)鏈路層就可以完成相互通信。對于不同的網(wǎng)絡(luò)之間的通信，需要借助路由器等第三方設(shè)備。
  • 當(dāng)需要借助第三方設(shè)備即需要路由選擇時(shí)，在傳輸轉(zhuǎn)送的過程中，計(jì)算機(jī)和路由器只知道粗略的傳輸路線。就像發(fā)快遞，到達(dá)一個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)后，由那個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)決定下一站發(fā)到哪里。

ARP協(xié)議

地址解析協(xié)議，指將目標(biāo)IP地址轉(zhuǎn)換為目標(biāo)MAC地址的過程。主要功能為MAC尋址。

• 同一局域網(wǎng)中，兩臺計(jì)算機(jī)通過MAC地址就可以實(shí)現(xiàn)通信。
• 非同一局域網(wǎng)中，即使知道了目標(biāo)主機(jī)的MAC地址也不能進(jìn)行直接通信，必須經(jīng)過路由轉(zhuǎn)發(fā)才可以。此時(shí)，發(fā)送端獲取到的不是真正的目的主機(jī)的MAC地址，而是路由器的MAC地址。然后，將數(shù)據(jù)幀發(fā)送給路由器，由路由器繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

參考文檔

• 維基百科
• 阮一峰老師
• 圖解HTTP