淺談TCP/IP協(xié)議

時間：2021-03-25

TCP/IP協(xié)議是一個在網(wǎng)絡中使用廣泛的協(xié)議，無論是局域網(wǎng)還是廣域網(wǎng)，同時也是開放式的協(xié)議，幾乎所有的網(wǎng)絡設備都支持TCP/IP協(xié)議通信，甚至也可以使用**語言通過Socket進行編程進行通信。無論是辦公室的場合，還是工業(yè)現(xiàn)場都能看到TCP/IP通信的身影。

TCP/IP協(xié)議從字面上看分成兩個協(xié)議，即TCP協(xié)議和IP協(xié)議，分別位于ISO/OSI參考模型的*4層和*3層，結構簡單，但協(xié)議卻不簡單。因為我們都知道TCP是面向連接的，可靠的通信協(xié)議，然而IP協(xié)議卻恰恰相反，它是不可靠的通信協(xié)議。這里需要強調一下，IP是網(wǎng)際協(xié)議Internet Protocol，而不能簡單的理解成IP地址，因為對于大多數(shù)的工控工程師來說，IP地址是大家經(jīng)常用到的，所以這樣的想法是錯誤的。這里我就給大家解析以下，為什么兩個看似矛盾的協(xié)議放在一起卻出人意料的那么和諧?。?/p>

在ISO/OSI參考模型中，*三層IP的主要作用有兩點，**點是選路，也就是我們常說的路由，幫助IP數(shù)據(jù)從一個網(wǎng)段路由到另一個網(wǎng)段，這時IP地址就有用了。*二點就是分片，作為工控工程師，我們在做以太網(wǎng)通信時，應該知道以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的長度是46-1500Bytes，這是由以太網(wǎng)的物理特性決定的，通常1500Bytes被稱為數(shù)據(jù)鏈路層的較大傳輸單元，即MTU。IP的數(shù)據(jù)報文從理論上較大可以傳輸64KB數(shù)據(jù)，但是在以太網(wǎng)上的傳輸數(shù)據(jù)長度卻不能，所以IP數(shù)據(jù)報大于1500B時，即大于MTU，發(fā)送方的IP報文即會被分解成若干片，這樣每一片都小于或等于MTU的大小。而接收方則對這些報文的分片進行重組。然而，由于可能網(wǎng)絡中各種狀況的出現(xiàn)，例如其中一片丟失，整個IP報就不能完成重組，整個IP報就會丟棄，所以IP報是不可靠的傳輸協(xié)議。

而TCP則時可靠的傳輸協(xié)議，在ISO/OSI參考模型中，TCP采用了盡量分片的方法，避免IP在MTU分片所造成的不可靠的數(shù)據(jù)傳輸，這樣也就避免了IP分片所造成數(shù)傳時的數(shù)據(jù)丟失，增加重傳數(shù)據(jù)包的機率。我們都知道，TCP通信需要建立通信連接，也就是我們常說的3次握手，在握手的時候，雙方就協(xié)商了MSS的大小，即Maximum Segment Size，也就是雙方確定TCP較大分節(jié)長度。這個值用來告訴對方，能夠發(fā)送TCP分節(jié)的大小。而這個值是取其鏈路層MTU大小減去TCP頭部大小和IP頭部大小，即MSS=MTU-TCP頭部大小-IP頭部大小。這樣對于以太網(wǎng)的MSS的較大長度為1500-20-20=1460Bytes。這樣TCP的數(shù)據(jù)每次發(fā)送都不會**過1460B，到了數(shù)據(jù)鏈路層不會**過MTU的大小，那么IP報自然不會進行分片傳輸，這樣就減少了TCP重傳的機率。

TCP可靠的數(shù)據(jù)傳輸，除了MSS的協(xié)商機制，那么還有一個重要的特性就是序列號確認機制，這兩個特性基本上可以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。在TCP分節(jié)報文中，包含順序號和應答號的字段，數(shù)據(jù)重傳和數(shù)據(jù)應答機制的基本前提就是對每個傳輸字節(jié)進行編號，即順序號Sequence Number。順序號表示發(fā)送方已發(fā)送字節(jié)流的計數(shù)，接收方在成功接收到一個有效數(shù)據(jù)包后，發(fā)送一個確認應答數(shù)據(jù)包給發(fā)送方，應答數(shù)據(jù)包中包含的應答號Ack Number即指已接收的數(shù)據(jù)長度+1，或者說已接收到的數(shù)據(jù)中的最后一個字節(jié)的序列號+1，表示已期望接收的下一個字節(jié)的序列號。這個機制可以解決諸如數(shù)據(jù)在傳輸過程中破壞的問題，處理接收重復數(shù)據(jù)的問題，數(shù)據(jù)丟失的問題，以及處理接收端數(shù)據(jù)亂序的問題等等來保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸。具體的大家可以查看TCP的協(xié)議手冊。

這樣TCP使用MSS，不僅避免IP的不可靠的數(shù)據(jù)傳輸，而且使用序列號確認機制，可以的實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸，而利用IP協(xié)議，可以完成數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中的路由，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中自由穿梭，這樣就實現(xiàn)了TCP和IP的**結合！

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