零·程式設計的我們為什麼要了解TCP/IP？

我們來想想，我們編寫的程式大致可以分為幾種？為了我們的生活方便，我們運用程式設計將我們的工作效率大大提高，這是一種工具性的程式。好了，可是我們的程式不是拿來自己用用就可以了，我想每一個具有網際網路和程式設計思想的人都希望自己的作品可以被大家看見，我們就要將我們的程式分享。也就是說我們的程式的走向大概會歸到網際網路這條大河裡面。所以瞭解網際網路的傳輸方式和規則，也成了我們這類人的生活技能和硬性需求。當然，如果你的程式設計產品正好是社交通訊方面的，那麼TCP/IP協議你就不能是瞭解這麼簡單了。

一·什麼是TCP/IP

所謂協議（protocol），其實就是一個群體之間規定的規則，這個規則的目的是為了保證這個群體裡面的人可以正常交流。還是回到計算機和網路的通訊這邊來舉例。比如，
如何探測到通訊目標、由哪一邊先發起通訊、使用哪種語言進行通訊、怎樣結束通訊等規則都需要事先確定。不同的硬體、作業系統之間的通訊，所有的這一切都需要一種規則。

協議中存在各式各樣的內容。從電纜的規格到 IP 地址的選定方法、尋找異地使用者的方法、雙方建立通訊的順序，以及 Web 頁面顯示需要處理的步驟，等等。

像這樣把與網際網路相關聯的協議集合起來總稱為 TCP/IP。也有說法認為，TCP/IP 是指 TCP 和 IP 這兩種協議。還有一種說法認為，TCP/IP 是在 IP 協議的通訊過程中，使用到的協議族的統稱。

二· 為什麼不能只有一個協議？

當我們知道TCP/IP是一個協議群的時候，我想有些人會有這樣一個疑問。為什麼要有這麼多的協議？如果是關於通訊的話，為什麼我們不能用一個比較全的協議，這樣不是更簡單？

對於這個問題我想說：多不等於複雜，少不等於簡單。有時候可能恰恰相反。

對於上面那句話的解釋和對“為什麼不能只有一個協議？ ”問題的回答我想分兩個方面回答：

一

對於通訊，我們的客觀世界本身是有所區分的。舉個例子，我們要將資訊發給其他人，對於我們來說，就是我們電腦的訊息轉移到其他人的電腦上，至於怎麼完成這件事的放大，我們一概不知。可是有一點我們是可以明白的。就是，我們電腦裡的東西不可能如隔空取物一般的到人家的電腦裡，肯定是根據什麼什麼東西傳輸過去的。

其實，通過為了達成我們所描繪的檔案傳輸，其實需要線纜、無線訊號和每個電腦是具有的唯一的地址等條件。我們看這些條件，就發現了這裡面有很多東西是屬於不同類別的，有的是物體，比如線纜，有的是無線的，比如無線電。如果我們以這個思路將我們的協議分為幾個層面，讓每個層面有專門的協議去負責，那麼我們既可以做到詳細和完整，我們還可減輕工作量，如我們要修改協議，我們不需要將所以的協議都改，只需要修改我們需要的部分就好了。

二
第二個原因更加直白：沒有人能夠全面掌握網際網路中的傳輸狀況

在到達通訊目標前的中轉過程中，那些計算機和路由器等網路裝置只能獲悉很粗略的傳輸路線。

這種機制稱為路由選擇（routing），有點像快遞公司的送貨過程。想要寄快遞的人，只要將自己的貨物送到集散中心，就可以知道快遞公司是否肯收件發貨，該快遞公司的集散中心檢查貨物的送達地址，明確下站該送往哪個區域的集散中心。接著，那個區域的集散中心自會判斷是否能送到對方的家中。我們是想通過這個比喻說明，無論哪臺計算機、哪臺網路裝置，它們都無法全面掌握網際網路中的細節。

就是因為沒有人能知道網際網路的資訊傳輸的所有細節，那麼我們就無法只用一個協議去將它的一切都包括起來。我們將協議根據一個思路進行分組和切割，讓負責這一塊的人來了解這一塊的協議，這種分工協作更專業也更加科學。

三.TCP/IP的分層

對於，協議分層，TCP/IP 協議族按層次分別分為以下 4 層：應用層、傳輸層、網路層和資料鏈路層。

TCP/IP 協議族各層的作用如下。

應用層

應用層決定了向用戶提供應用服務時通訊的活動。TCP/IP 協議族內預存了各類通用的應用服務。比如，FTP（FileTransfer Protocol，檔案傳輸協議）和 DNS（Domain Name System，域名系統）服務就是其中兩類。HTTP 協議也處於該層。

傳輸層

傳輸層對上層應用層，提供處於網路連線中的兩臺計算機之間的資料傳輸。在傳輸層有兩個性質不同的協議：TCP（Transmission ControlProtocol，傳輸控制協議）和UDP（User Data Protocol，使用者資料報協議）。

網路層（又名網路互連層）

網路層用來處理在網路上流動的資料包。資料包是網路傳輸的最小資料單位。該層規定了通過怎樣的路徑（所謂的傳輸路線）到達對方計算機，並把資料包傳送給對方。與對方計算機之間通過多臺計算機或網路裝置進行傳輸時，網路層所起的作用就是在眾多的選項內選擇一條傳輸路線。

鏈路層（又名資料鏈路層，網路介面層）

用來處理連線網路的硬體部分。包括控制作業系統、硬體的裝置驅動、NIC（Network Interface Card，網路介面卡，即網絡卡），及光纖等物理可見部分（還包括聯結器等一切傳輸媒介）。硬體上的範疇均在鏈路層的作用範圍之內。

四·瞭解主要的一些協議

一.IP協議

按層次分，IP（Internet Protocol）網際協議位於網路層。InternetProtocol 這個名稱可能聽起來有點誇張，但事實正是如此，因為幾乎所有使用網路的系統都會用到 IP 協議。TCP/IP 協議族中的 IP 指的就是網際協議，協議名稱中佔據了一半位置，其重要性可見一斑。可能有人會把“IP”和“IP 地址”搞混，“IP”其實是一種協議的名稱。

IP 協議的作用是把各種資料包傳送給對方。而要保證確實傳送到對方那裡，則需要滿足各類條件。其中兩個重要的條件是 IP 地址和 MAC地址（Media Access Control Address）。

IP 地址指明瞭節點被分配到的地址，MAC 地址是指網絡卡所屬的固定
地址。IP 地址可以和 MAC 地址進行配對。IP 地址可變換，但 MAC地址基本上不會更改。

使用 ARP 協議憑藉 MAC 地址進行通訊

IP 間的通訊依賴 MAC 地址。在網路上，通訊的雙方在同一區域網（LAN）內的情況是很少的，通常是經過多臺計算機和網路裝置中轉才能連線到對方。而在進行中轉時，會利用下一站中轉裝置的 MAC地址來搜尋下一個中轉目標。這時，會採用 ARP 協議（AddressResolution Protocol）。ARP 是一種用以解析地址的協議，根據通訊方的 IP 地址就可以反查出對應的 MAC 地址。

二·TCP協議

按層次分，TCP 位於傳輸層，提供可靠的位元組流服務。

所謂的位元組流服務（Byte Stream Service）是指，為了方便傳輸，將大塊資料分割成以報文段（segment）為單位的資料包進行管理。而可靠的傳輸服務是指，能夠把資料準確可靠地傳給對方。一言以蔽之，TCP 協議為了更容易傳送大資料才把資料分割，而且 TCP 協議能夠確認資料最終是否送達到對方。

確保資料能到達目標

為了準確無誤地將資料送達目標處，TCP 協議採用了三次握手（three-way handshaking）策略。用 TCP 協議把資料包送出去後，TCP不會對傳送後的情況置之不理，它一定會向對方確認是否成功送達。21握手過程中使用了 TCP 的標誌（flag） —— SYN（synchronize） 和ACK（acknowledgement）。

傳送端首先發送一個帶 SYN 標誌的資料包給對方。接收端收到後，回傳一個帶有 SYN/ACK 標誌的資料包以示傳達確認資訊。最後，傳送端再回傳一個帶 ACK 標誌的資料包，代表“握手”結束。

若在握手過程中某個階段莫名中斷，TCP 協議會再次以相同的順序傳送相同的資料包。

注意的是：除了上述三次握手，TCP 協議還有其他各種手段來保證通訊的可靠
性。

三·DNS協議
DNS（Domain Name System）服務是和 HTTP 協議一樣位於應用層的協議。它提供域名到 IP 地址之間的解析服務。

計算機既可以被賦予 IP 地址，也可以被賦予主機名和域名。比如www.badidu.com。

使用者通常使用主機名或域名來訪問對方的計算機，而不是直接通過 IP地址訪問。因為與 IP 地址的一組純數字相比，用字母配合數字的表示形式來指定計算機名更符合人類的記憶習慣。

但要讓計算機去理解名稱，相對而言就變得困難了。因為計算機更擅長處理一長串數字。

為了解決上述的問題，DNS 服務應運而生。DNS 協議提供通過域名查詢 IP 地址，或逆向從 IP 地址反查域名的服務。

五·協議之間的關係

六·未完

我們知道了一些簡單的協議和協議的用法之後。我們發現，協議的存在就是規則的存在，並且這個規則是無比的繁雜。也就是說，當我們知道了解協議之後，當我們真實的需要運用協議來達到我們的目的時候，我們是要運用到它真是的核心和內容，所以學習還沒有結束。
未完……..

PS：文章中的配圖均來自《圖解HTTP》