Java 高级 --了解TCP/IP 协议

缺乏、安全感 2023-06-20 06:45 12阅读 0赞

## java 基础 --了解TCP/IP 协议 ##

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##### 前言： #####

互联网采用TCP/IP协议。

TCP/IP是一种网际互联通信协议，它包括两个核心协议TCP和IP。

TCP称为传输控制协议。

IP称为互联网络协议。

一定要明白TCP/IP是架构，网络之间，一台机器访问另一台需要传输是通过ip来拆分数据包，发送给另外一台ip地址的机器，通过路由来从一台机器到另外一台机器，你可以理解为中转站。

TCP也好upd也好，都是规范发送和协议安全的保障，你可以理解为IP为飞鸽传送，路由是驿站，而飞鸽的安全，丢失等管理员做的保障为tcp，比如tcp会有延时机制，和重发机制，定时器任务。来保证执行。

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## 概念 ##

TCP/IP模型有四层(应用层、传输层、网际层、网络接口层)，

每层分别具有不同的协议和功能，TCP/IP协议族是一组在不同层上的多个协议的组合。各层在实现自身的功能时，使用它的直接下层提供的服务，同时也为它的直接上层提供服务。下面说明这些协议进行协调工作的基本原理。

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TCP/IP协议族中各协议之间的关系

TCP/IP协议族中有很多协议，这些协议处于不同的层，它们之间的关系如下图所示。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDU1MDQ5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDU1MDQ5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
每个应用层协议都是为了解决某一类应用问题而定义的。

各种应用进程就是通过不同的应用层协议来使用网络所提供的服务。

应用进程代表实现不同应用层协议功能的进程。例如，实现文件传输协议的FTP应用进程可以为用户提供计算机之间的文件传输服务，实现超文本传输协议的HTTP应用进程可以为用户提供浏览Web网页的功能等。

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## TCP和UDP区别 ##

TCP和UDP是两个传输层协议。一般地，应用进程可以选择使用TCP或者UDP协议。如果应用层协议要求传输层提供可靠的服务，则应该选择TCP协议；否则，如果应用层协议要求较高的数据传输速率，但是可以容忍一定的数据丢失，则可以选择UDP协议。TCP协议的数据单元称为TCP报文段或简称TCP段(TCPsegment)，UDP协议的数据单元称为UDP数据报(UDPdatagram)。

TCP是面向连接的，是字节流，UDP是不面向连接的，是数据流。

在选择TCP还是UDP之间需要根据业务场景，如果是单对单的话，建议使用TCP毕竟保证稳定安全，瑕疵就是有定时任务，和延迟加载机制，同事需要三次握手，确定序列码传输。

但是如果是直播，或者是一对多的情况下，可以考虑udp封装，udp是广播模式，不存在建立连接，所以可能会有丢包的存在。但是速度贼快

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## IP协议 ##

IP协议是网际层上的一个主要协议。TCP和UDP协议都可以直接使用IP协议所提供的服务。IP协议的数据传送单位称为IP数据报或IP分组。TCP报文段或UDP数据报都可以封装在IP数据报中，以便在互联网上传输。除IP协议外，网际层还有其他协议，例如ICMP协议用于报告差错和其他重要信息；IGMP是多播组管理协议，是一个与多播有关的协议；ARP(地址解析协议)和RARP(逆向地址解析协议)用于提供ⅡP地址与物理地址的映射功能。

IP数据报可以在不同的物理网络上进行传送。通过以太网传送的**数据单元**称为以太网帧，或简称为帧(frame)。

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## 封装和拆封 ##

在发送方(也称为源主机)，当应用程序使用TCP或UDP传送用户数据时，将用户数据送人TCP/IP协议栈，然后自上而下地逐个通过每一层，直到被当做一串比特流送入网络。其中每一层对收到的数据都需要增加一些首部信息，有时还需要增加尾部信息。这些操作过程称为封装，如图所示。

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TCP、UDP、ICMP和IGMP等协议都要使用IP数据报传送数据，所以必须在IP数据报的首部加入某种标识，以说明是哪个协议的数据封装到了IP数据报中。IP数据报首部定义的一个8位的“协议”宇段就是为此目的而设置的。协议宇段的值为1表示ICMP，为2表示IGMP，为6表示TCP，为17表示UDP。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDU1MDQ5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDU1MDQ5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

类似地，许多应用进程使用TCP或UDP传送数据，则需要在TCP段或UDP数据报首部定义一个应用程序标识符。TCP和UDP都使用一个16位的端口号来标识不同的应用程序，TCP和UDP把“源端口号”和“目的端口号”分别存人TCP段首部和UDP数据报首部。网络接口分别发送和接收IP、ARP、RARP的数据，同理，也必须在以太网(假定物理网络是一个以太网)的首部加入一个字段，用来说明是哪个协议的数据。为此，以太网帧首部定义了一个16位的“类型”字段。当接收方(也称目的主机)收到一个以太网帧时，数据就开始在协议栈中自下而上传送。各层协议利用报文首部所携带的协议控制信息做相应的处理，然后去掉各层协议数据单元的首部，将封装的数据交给上层协议。每层协议都要检查协议首部中的协议标识，以确定让哪一个协议接收数据，这个过程称为拆封。下图说明了以太网数据帧的拆封过程。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDU1MDQ5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

发送数据时需要自上而下，层层封装。接收数据时需要自下而上，层层拆封。

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## TCP/IP通信 ##

两个端系统的通信会涉及不同层的协议。如下图所示，主机A和主机B在同一个局域网(以太网)上，两台主机都运行实现FTP协议的应用进程，它们的通信过程所涉及到的主要协议都标识在下图中。  
　　![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDU1MDQ5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

主机A主机B大多数网络应用程序都设计成客户—服务器方式，客户是服务请求方，服务器是服务提供方，服务器为客户提供某种服务。例如，FTP服务器允许客户访问FTP服务器所在主机上的文件，WWW服务器允许客户(浏览器)访问WWW服务器所在主机上的网页

在两个端系统的同一层上，双方都有对应的一个或多个协议进行通信。例如传输层利用TCP或UDP等进行通信，网际层利用IP进行通信。

上图局域网上运行FTP的两台主机从前面的讲述可知，应用进程的数据要经过主机A(源主机)自上而下的封装，然后在网络中传输，最后在主机B(目的主机)经过自下而上的拆封这样复杂的处理过程，才能到达目的主机的应用进程。但是，对用户来说，这些复杂的处理过程都屏蔽掉了，好像是主机A的应用进程直接把数据交给了主机B的应用进程。同理，我们可以认为，任何两个对等层(peerlayer)，例如传输层、网际层、网络接口层之间的通信，如同上图中标识的一样，好像是将数据通过水平虚线直接传递给对方，这就是所谓的对等层之间的通信。实际上，协议就是在两个对等层之间传递数据时的各种规定。由此可以这样认为：实际通信是按垂直方向进行的，层与层之间经过封装和拆封这样的操作实现物理通信。但是逻辑上，却是在水平方向上利用协议进行的对等层通信。在协议的控制下，对等层的通信使得本层能够向上层提供服务。为了实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。如果两个端系统不在同一个网络上，例如它们分别是在路由器连接起来的两个不同的网络上，主机A在以太网上，主机B在令牌环网上，通过一个路由器使这两个网络连接起来。以太网上的任何主机都可以与令牌环网上的任何主机进行通信，如下图所示。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDU1MDQ5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

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## 关于TCP/IP三次握手 ##

最后说一说Tcp/IP三次握手。

TCP/IP为无状态协议，可能会出现丢包，补发，乱序等情况。所谓的三次握手。

两台主机建立连接，通过TCP/IP，协议要求发送一条数据，数据被拆分为多个小单元包。并通过路由发送到B，

第一次握手，A-B发送单元包， B确认收到信息，表示A连接B正常。  
第二次握手，B发送反馈，发送反馈。  
第三次握手，A收到反馈，但是B不知道自己是否连接正常，A再反馈一份文件，表示A收到文件，B连接A正常；

由于是无状态协议，通过路由转发。存在的丢包等情况，会在限制时间内，等待，超过时间，便进行补发；

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