关于网络:网络是怎么样连接的读书笔记-TcpIP连接二

《网络是怎么样连贯的》读书笔记 – Tcp/IP 连贯（二）

​ TCP 和 IP 协定承载了整个互联网的生命线，这一节算是本书对外围局部，把握这两个协定也是学好网络编程的根底。

Socket 连贯

套接字链接在表面上看就是建设连贯，替换数据，断开连接。当然实际上必定没有那么简略，然而大体上的思路根本不变。

协定栈建设连贯

​ 这里记住一个前提：向操作系统外部的协定栈收回委托时，须要依照指定的程序来调用 Socket 库中的程序组件。

​ 当初建设 Socket 的协定大部分状况都是 Tcp/ip 协定，Socket 收发数据相似在两个主机之间建设一个有形的管道，Socket 建设的要害是要依照指定顺序调用 Socket 程序组件，大抵的构建程序如下：

1. 创立 Socket（Socket 相似管道两边的出入口）
2. 绑定客户端的套接字到服务端（相似接管道）
3. 替换数据。
4. 断开 Socket 连贯，解除绑定。

​ 转化为具体的流程图如下：

创立 Socket

​ 整个过程大抵为应用程序会把管制流程会转移到 socket 外部并执行创立套接字的操作，实现之后管制流程又会被移交回应用程序。

​ 创立完套接字之后，协定栈 须要返回标识符号也就是 描述符 用于标识是哪一个套接字在进行传数据，因为咱们可能关上很多套接字连贯拜访不同的网站，具体的成果是咱们浏览器会关上很多个页面，这时候每一个页面都可能须要创立套接字，此时就须要辨认和辨别这些套接字依赖描述符。

绑定客户端的套接字到服务端

​ 连贯操作外围是调用 Socket 的 connect 连贯办法，此办法须要指定 描述符、服务器 IP 地址和端口号 这 3 个参数。

​ connect 看上去挺简单，其实实质上就是实现连贯动作而已，连贯胜利会把 IP 地址和端口号记录到套接字下面。

​ 描述符在创立 Socket 的时候曾经拿到了，IP 地址则是在 DNS 解析的步骤实现，拿到 IP 之后会放入到应用程序的某个地位替换保留，而端口号则是须要应用程序当时提供，端口能够简略看作应用程序的入口，DNS 解析的 IP 只能晓得主机在哪然而自身发往哪个应用程序是不分明的，咱们能够设想 DNS 解析通知咱们高速的收费站地址，然而他并不知道对应数据送往那个闸口）。

​ 这里能够了解为端口就是收费站过站口，大的应用程序过大口，小的过小口，开玩笑的其实端口没有大小之分，计算机看待应用程序厚此薄彼会要求程序预设明确的端口。

传递音讯

接下来的操作是调用 read 和 write 函数实现消息传递动作，这一步就是底层的流读写操作。

断开连接

​ 这一步须要简略了解为须要一方被动发动断开申请浏览器调用 read 收发数据同时会收到敞开申请，此时客户端确认申请之后将会进行申请并且开始开释 Socket 连贯。

为什么不能用描述符标识应用程序的入口？

1. 描述符是和委托创立套接字的 应用程序进行交互时应用的，并不是用来通知网络连接的另一方。
2. 客户端也无奈晓得服务器上的描述符，客户端也无奈通过服务器端的描述符去确定位于服务器上的某 一个套接字。〉

Socket 连贯中大抵介绍了协定栈是如何通过网卡实现和指标服务器的连贯、断开、收发数据的过程上面依照程序讲述各个步骤的细节。除

开重点等 TCP 协定的三次握手和四次挥手过程之外，咱们还须要晓得传输的数据包内容是如何进行数据传输的，也就是 IP 和以太网的收发

操作，介绍完 IP 的协定，接下来是 UDP 协定的收发操作。

创立套接字

首先来看一下创立套接字的状况，上面是协定栈的内容。

​ 委托散发被拆分为好几个局部，最下面能够看作浏览器，协定栈中次要有两张协定 TCP 和 UDP，TCP 次要是用于和服务器交互收发数据的，UDP 则用于较短的控制数据。

​ IP 协定次要管制网络收发操作，次要工作是把一个个拆分的网络包发给通信的指标对象，IP 协定包含 ICMP 和 ARP 协定，前者告知传输过程的谬误和管制信息，后者传递以太网 MAC 地址。

MAC 地址：合乎 IEEE 规格的局域网设施都应用同一格局的地址，这种地址被称为 MAC 地址

驱动局部是为了让操作系统能失常应用硬件进行网络收发的一个“适配器”，而所有的电信号最终要通过网卡实现。

套接字和协定栈

协定栈实际上是依据套接字传递的信息来决定做什么操作的，比方发数据要看 IP 和端口号。

上面来看看 Windows 中如何体现套接字，间接在 CMD 中应用 netstat 操作即可：

netstat 命令 的 ano 三个参数次要用于扩大 IP 地址端口以及 PID 的显示，以及一些隐式的可能存在的通信也会被记录。

LISTENING：示意期待对方连贯
ESTABLISHED：示意实现连贯并且进行数据通信操作

C:\Users\Xander>netstat -ano
  协定     本地地址             内部地址                    状态           PID
  TCP    0.0.0.0:49666          0.0.0.0:0              LISTENING       604
  TCP    0.0.0.0:49667          0.0.0.0:0              LISTENING       1892
  TCP    0.0.0.0:49668          0.0.0.0:0              LISTENING       4508
  TCP    0.0.0.0:57621          0.0.0.0:0              LISTENING       22748
  TCP    127.0.0.1:1001         0.0.0.0:0              LISTENING       4
  TCP    127.0.0.1:1043         127.0.0.1:1061         ESTABLISHED     8452
  TCP    127.0.0.1:1043         127.0.0.1:1063         ESTABLISHED     8452
  UDP    192.168.159.1:1900     *:*                                    3060
  UDP    192.168.159.1:5353     *:*                                    5248
  UDP    192.168.159.1:58085    *:*                                    3060

套接字和协定栈和应用程序的交互流程如下：

1. 协定栈在操作套接字之前，须要当时开拓一块空间来寄存用于操作套接字的必要信息。
2. 协定栈须要向应用程序返回描述符示意以后连贯的是哪一个“管道”。
3. 之后应用程序须要和协定栈交互就必须要携带描述符，不过这样也节俭了协定栈理解应用程序要和哪一个套接字交互。

连贯服务器

连贯的目标是为了让两台不再同一个中央的主机可能互相意识对方，这时候不可避免的须要相互提供本人的信息，这样能力正确的建设连贯而后应用套接字传输数据。

连贯的含意

人和人之间的沟通有时候能够不应用一个语言，只有单方都听懂就行，然而这对于计算机是行不通的，所以连贯操作的管制信息要依据通信规定确定，下面也提到了协定栈在通信之前须要靠谱一块空间来寄存必要数据，这块内存空间称为缓冲区。

连贯须要单方各自告知本人的信息，所以最开始没有任何数据交互的，因为是 TCP 是全双工的协定，客户端和服务器都须要建设套接字，不过单方不晓得和谁连贯，所以须要在客户端和服务端各自开拓一块空间来寄存对方的 IP 和端口等必要的传输信息。。

为了让单方既能够失常通信，又能够依据本人的零碎设计协议栈和套接字的管制信息处理形式，网络通信设计采纳了 管制信息 的的形式让不同计算机和零碎能互相意识。

所谓的管制信息能够认为是一种 通用语言，只有是合乎这个管制信息标准的头部信息就能够被其余的计算机意识。

管制信息分为两类：

1. 客户端和服务器的替换的管制信息，次要用于整个通信过程，这些内容在 TCP 协定 进行规定。生存的例子了解是咱们和他人通话之前，两边都得晓得对方的电话号码和根本身份。

   因为在一开始传输的时候是没有具体数据的，通常是一个空的报文头，所以这个管制信息也被叫做 协定头部， 比方上面提到的 TCP 头部，IP 头部。

2. 保留在套接字中用来控制协议栈操作的信息，这些信息次要用来传输数据，通常须要包含通管制信息和数据块，套接字须要通过管制信息理解到发来的是什么类型的数据，而后协定栈能力配合解决数据。

第一类：TCP 头部格局

第二类：套接字中的信息

连贯的实际操作

连贯的实际操作次要是调用 CONNECT 函数，协定首先会传递给 TCP 模块，通过 TCP 模块替换获取管制信息的头部，以此理解具体要连贯的套接字信息，而后把头部的 SYN 比特设置为 1，示意能够连贯。

TCP 模块处创立示意连贯管制信息的头部，接着便把信息传递给 IP 模块进行委托发送。

接着便是常见的 TCP 三次握手的过程：

• 第一步：客户端被动关上 TCB 端口，服务器被动关上 TCB 端口。发起方携带一个 SYN 标记，并且携带一个 ISN 序号 Seq=x，然而须要留神的是第一步的过程这个 ISN 序号是暗藏传递的（因为没有传递数据），因为如果申请不存在数据的替换则不会被显示。客户端发送 SYN 命令之后进入把SYN=1，并且把 SYN-SENT（同步 - 已发送状态）。
• 第二步：服务器收到客户端 TCP 报文之后，也将 SYN=1，并且回送一个新的 ISN 序号 ack=x+1，并且将 ACK= 1 示意本人收到了，而后在返回参数回送本人新的序列号示意本人的确认申请 Seq=y，将状态设置为 SYN-RCVD（同步收到）状态，（示意心愿收到的序号为 xxxx1522），最初也是指定 MSS。
• 第三步：客户端收到服务器的确认报文之后，还须要向服务端返回确认报文，确认报文的 ACK=1，并且回传服务器传递的 ISN 序号 +1（ack = y+1），以及本人的 ISN 序号 +1（Seq = x+1），此时 TCP 连贯进入已连贯状态，ACK 是能够携带数据的，然而如果不携带数据则不耗费序列号。
• 最初一步：当服务器收到客户端的确认，也进入已连贯状态。
  

通过三次握手连贯建设，直到断开连接之前都能够传递数据。

收发数据

收发数据有几个重点：

• 第一点是收发数据并不关怀数据的格局，而是依据头部信息来分别是什么类型的数据，对于协定栈来说承受的的内容都会二进制的数据。
• 第二点是利用缓冲区缩小频繁的数据传输进步传输效率。

缓冲区的大小如何管制？

• 每个数据包的数据长度，协定栈会依据一个叫作 MTU的参数来进行判断，然而 MTU 指的是总长度，须要除开头部信息之后取得实在的数据长度MSS。
• 工夫，这个工夫指的是固定的工夫内容不论缓冲区有有没有达到 MSS 长度必须发送数据的工夫，目标是避免等待时间过长造成申请提早。

名词解释：

MTU：一个网络包的最大长度，以太网中个别为 1500 字节。
MSS：除去头部之后，一个网络包所能包容的 TCP 数据的最大长度。

但实际上这两个因素并不能齐全决定收发数据的效率均衡，TCP 协定没有规定协定栈如何均衡，具体须要看操作系统如何决定。所以实际上协定栈收发数据是有所保留的，并不是强制依照协定的规定解决，而是给了应用程序一些可控选项，比方浏览器这种要求实时性的应用程序 通常不应用缓冲区。

Http 申请拆分

通常状况 http 的申请响应内容能够 通过一个网络包实现，然而针对 POST 申请等大表单的数据提交则通常会触发 TCP 拆包操作。

拆包是依据 MSS 的参数确定的，发送缓冲区会依据这个参数把一个超过一次申请长度的数据拆分为多个包，然而因为实际上同属一份数据，拆分之后所有的数据包都须要增加雷同的头部。

留神：TCP 是面向字节流的协定，就是没有界线的一串数据，本没有“包”的概念，“粘包”和“拆包”一说是为了有助于形象地了解这两种景象。

TCP 粘包

TCP 除了拆包动作之外还蕴含粘包的操作，所谓粘包是指 TCP 协定中发送方发送的若干包数据到接管方接管时粘成一个包，从接收缓冲区角度来看后一个数据的头紧接着前一包数据的尾部。

解决粘包、拆包问题策略？

​ 基本的问题在于粘包和拆包容易造成半包读写的问题，解决对方法也有很多种，次要的策略根本很多材料都有讲到，这里间接搬运了：

• 申请音讯定长，如果缓冲区不满，则通过补 0 的形式达到长度，避免粘包和拆包。
• 在包尾减少回车换行符进行宰割，例如 FTP 协定；
• 将音讯分为头部和音讯体，头部中保留整个音讯的长度，只有读取到足够长度的音讯之后才算是读到了一个残缺的音讯；
• 通过自定义协定进行粘包和拆包的解决。（简直不必）

ACK 号确认网络包收发

ACK 号码除了在三次握手的过程中确认对方是否有收到申请之外，还能作为判断承受的数据包是否残缺的根据，在进行数据传输的时候，接管方会将到目前为止接管到的数据长度加起来，计算出一共曾经收到了多少个字节，而后将这个数值写入 TCP 头部的 ACK 号中发送给发送方，以示意本人到底受到了多少数据，如果两头存在短少数据则服务端从新传输即可。

当然仅靠 ACK 号不能齐全作为参考根据，并且只应用 ACK 号是只思考 单向传输 的状况，然而 TCP 是全双工协定，无奈确定数据接管方来自哪一方。

解决这个问题也很简略，理论在进行双向数据传输的时候单方各自会额定计算一个序号，序号其实就是一组随机数，在接管方收到数据之后每次都须要把序号 + 1 回传给发送方示意本人承受到哪一个序号之前的所有数据。

通过 ACK+ 序号 的形式确保数据正确传输，这样能够使得其余网络通信组件不须要额定的失败弥补机制，如果发现丢包或者数据不残缺的状况，间接依据序号进行重传重发的操作即可。

影响数据传输的因素

次要影响因素是返回 ACK 号的等待时间。

如果 ACK 号迟迟没有响应给对方服务器，势必会影响整个网络传输的效率，如果下一个数据曾经筹备好上一个返回包却没有发回去，很容易造成网络的梗塞，对方迟迟拿不到正确后果。

网络环境的复杂多变，这个等待时间不可能是固定的，所以 TCP 应用了动静工夫的办法进行调整，具体的调整办法就是应用 滑动窗口。

滑动窗口

滑动窗口：指的是在不期待 ACK 返回后果的状况下间接单方相互不间断的发送数据，单方须要通过各自的缓冲区程序返回 ACK 信息，然而如果无限度的发送数据会导致数据无奈解决呈现丢包，所以滑动窗口的要害是 接管方须要通知发送方本人最多能接管多少数据。

滑动窗口的细节通过一张图更好了解：

对于接受方的接管量，最大能接受解决多少数据是通过缓冲区大小确定的。另外须要留神上面的图只有单向的局部，实际上对于双向来说都是相似的解决。

影响数据传输的主要因素：返回 ACK 号和更新窗口的机会。

对于这一点间接记住一个论断，接管方在发送 ACK 号和窗口更新时，并不会马上把包发送进来，而是会期待一段时间，等到其余的告诉合并到一起解决，因为 ACK 号体现的是曾经收到的包的数据量，应用这样提早发送的形式也能够避免过多的更新数据包呈现。

最终协定栈收发数据的细节如下：

1. 协定栈会依据收到的数据块和 TCP 或者 IP 头部解析内容，如果确认收到数据则返回 ACK + 序号。
2. 协定栈会把数据块放到缓冲区进行存储，利用滑动窗口的个性依照程序解决数据交给利用程序处理。
3. 协定栈会将接管到的数据复制到应用程序指定的内存地址中，而后将管制流程交回应用程序

断开连接

断开连接的局部蕴含断开连接和删除套接字的操作，断开连接也就是经典的四次挥手的操作，而删除套接字则须要留神在协定栈中并没有规定敞开的工夫，然而通常状况下过几分钟之后会删除套接字。

四次挥手端口 tcp 连贯

• 第一步（客户端）：TCP 发送开释连贯的报文，进行发送数据，开释报文首部，把 FIN=1，同时发送序列号，依据上一次传送的序列号 + 1 传送 Seq = t + 1（因为下图是在连贯之后立马进行四次挥手，所以序列号没有变），此时客户端进行终止期待 1 的状态。留神 FIN 不携带数据也须要耗费序列号。
• 第二步（服务端）：服务器回送确认报文，收回确认报文，ACK=1，并且把回传序列号 + 1 回传（ack = t + 1），而后再带上本人的序列号 Seq = y，此时服务端进入 CLOSE-WAIT 状态（敞开期待状态），TCP 服务器此时须要进行下层利用客户端向服务端申请开释，处于 半敞开 阶段，此时服务端仍然能够向客户端发数据并且客户端须要承受并解决，敞开期待状态意味着整个状态还须要继续一段时间。
• 第三步（客户端）：客户端接管到服务端确认申请，此时客户端进入到 FIN-WAIT- 2 终止期待 2 的阶段，期待服务器的开释报文。（还有一部分服务器没有发送完的数据须要解决）
• 第四步（服务端）：服务器把最初的数据处理结束，向客户端发送开释报文，FIN=1，ack=t + 1，因为须要把剩下的数据发送实现，假如解决实现之后须要带上本人的序列号 Seq=w，服务器进入 最初确认状态，期待客户端确认。
• 第五步（客户端）：客户端收到报文之后，收回确认 ACK=1，ack=w+1，本人的序列号为 Seq = t + 1，此时客户端进入到了 TIME-WAIT（工夫期待状态），此时客户端还是没有开释，必须通过 **2 * MSL（最长报文寿命）** 之后，客户端撤掉 TCB 之后才进入 CLOSED 状态。
• 第六步（服务端）：服务器收到客户端的申请立马进入 CLOSE 状态，同时撤销 TCB，完结此次 TCP 的连贯。（服务端完结 TCP 连贯要比客户端早一些）
  

Socket 连贯的细节，也就是套接字和协定栈和对方服务器的交互流程细节还是比拟多的，这里能够发现实际上三次握手和四次挥手实际上只是网络连接当中很小的一部分，最初是从连贯服务到数据收发到断开连接的一张简略总结图：

IP 和以太网的收发操作

下面的局部比拟贴近 TCP 协定的相干操作，TCP 实现连贯收发的同时其实都须要 IP 模块的配合，在理解这两个模块如何配合工作之前须要理解残缺的网络包是如何组成的。

包的组成

对于任何一个网络包，都有最外层的抽象概念，那就是 头部 和数据 两个局部

下面的局部有一个这样的图，外面套接字中的 TCP 数据，这里须要留神在 TCP 管制信息的后面就是以太网和 IP 的管制信息，对于只传输管制信息的网络包尽管没有数据的局部，然而能够把协定的头部信息作为数据局部。

通过上面的图也能够发现，所有的网络包必须要委托以太网和 IP 管制信息能力实现传输。

把存放数据的网络包进行拆分，能够看到上面的 TCP/IP 包构造：

咱们能够简略把头部和数据看做是平时的快递，头部是面单，批示从哪里到哪里，而后这个“快递”会通过网络转发设施的查表操作判断传输到那个方向。

转发设施是什么？这里倡议看看第一章的对于意识网络传输的基本概念，其实总结下来下面的这个“快递”在网络中依照上面两个步骤散发：

• 路由器依据指标地址判断下一个路由器的地位
• 集线器在子网中将网络包传输到下一个路由

然而实际上集线器和路由器各自有不同分工，集线器负责管理以太网规定传输包设施，路由器治理 IP 转发规定，所以下面两个步骤也能够做上面的了解：

• IP 协定依据层级规定判断下一个 IP 转发设施。
• 子网的以太网协定转发给下一个转发设施。

实际上头部局部应该分为 MAC 头部 和 IP 头部。为什么要把头部拆分为两个协定？实际上是为了让协定之间能够实现替换，比方 MAC 能够替换为局域网、ADSL、FTTH。同时因为互联网这样宏大的网络架构，须要更加细化的分工。

小结：

所以实际上网络包的封装应该范畴三个局部，第一局部是 TCP 模块组织头部信息和数据包（当然也可能没有数据只有管制信息），第二局部是把整个 TCP 模块塞到 IP 模块的前面，而后通过网卡发送进来。第三局部是在 IP 模块后面加上 Mac 信息。

要害：无论要收发的包是管制包还是数据包，IP 对各种类型的包的收发操作都是雷同的。

名词解释
ADSL：能够了解为以前宽带应用拨号连贯互联网上网的形式。

非对称 数字用户线路 （英语：Asymmetric Digital Subscriber Line）又称 非对称数字用户环路（Asymmetric Digital Subscriber Loop），简称ADSL。ADSL 是一个依附铜质电话线的数据传输技术比传统的调制器更快。

FTTH：其实就是当初的光纤通信。

光纤到户（英语：Fiber To The Home，缩写：FTTH）是一种光纤通信的传输办法。是间接把光纤接到用户的家中（用户所需的中央）。

这种光纤通信形式及策略与 FTTN、FTTC、HFC（Hybrid Fiber Coaxial）等也不同，它们都是须要依赖传统的金属电线，包含双绞线及同轴电缆等，作“最初一哩”的信息传输。

IP 协定头部

下面说过 IP 相似快递上的单号，所以实际上 IP 模块是无奈决定本人抉择正确的地址了，哪怕应用程序通过 TCP 通知 IP 发的地址式是一个谬误地址，IP 也无奈自行修改只能照做。

所以这里的 IP 头部又有点相似快递员，当然就和网上买货色商家发错地址或者咱们填错地址一样，不能把责任赖在快递员上。

IP 协定头部的组成相似上面的构造，留神 IP 地址的长度固定须要 32Bit 的空间占用。

这里须要留神“发送方的 IP”地址不是指计算机的 IP，而是 指网卡对应的 IP，因为 IP 不是调配和计算机而是网卡的，当一个计算机有多个网卡就会存在多个 IP。

那么应该如何判断包发送给哪一个网卡？这里波及到 IP 协定规定，无论是路由器的转发还是协定栈的解决都须要依照 IP 协定转给下一个用户。

查问调配给哪一个网卡在不同操作系统中的查问形式不同，查问发送端须要查问是哪个网卡把包发给了路由器，这个动作只须要简略的依据路由器 IP 地址和网卡的 IP 进行比对。

在 windows 中能够通过命令 route print 查看路由信息。

获取 IP 和网卡之后，还须要晓得包所属的协定，委托内容是固定的，比方 TCP 模块就是 06，UDP 就是 17，大部分申请都是 HTTP，应用 TCP 的形式传输。

以太网 Mac 头部

TCP/IP 模块只能在传输层上相互理解，然而往下的链路层以太网用这一套规定是行不通的，所以头部加上 TCP/IP 的头部之后，还须要在头部加上 Mac 头部，Mac 头部蕴含了发送方和接管方的 Mac 信息，这里能够简略了解为 Mac 和 IP 的作用相似，不过 Mac 头部是 48Bit，而 IP 头部是 32Bit。

须要留神以太类型就是 Mac 包装的前面的实在数据的类型，如果是 IP 就是 IP 协定。另外须要留神在发送 Mac 包给接管方之前，因为不晓得对方的 Mac 地址，所以还须要一步查问操作。

留神 IP 模块依据路由表 Gateway 栏的内容判断应该把包发送给谁。

上面是 Mac 头部的组成：

查问 Mac 地址

查问对方的 Mac 地址须要用到 ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协定），ARP 通过播送的办法查找到指标地址，所谓播送就是字面意思吧音讯发给所有的其余互联网用户，期待对方应答。

为了避免每次查问都要带 ARP 的数据，所以有一块 ARP 的缓存专门缓存这个地址，然而须要留神这个缓存和 IP 模块的 IP 地址一样，过一段时间会被 ARP 缓存淘汰掉，然而如果 IP 刚刚变动可能会导致 ARP 缓存未及时更新导致网络异样。

理论整个工作都是由 IP 模块实现的，尽管 Mac 地址是以太网数据传输必须的内容，然而实际上让 IP 模块负责这些工作是无利的。

以太网基本知识

首先来看看以太网的根本倒退，尽管设计构造越来越精密，然而实质上干的活却没有发生变化。

以太网晚期原型实质上能够看作是一根网线以及一个用于收发的设施，网络信号发送之后通过播送最终达到所有设施，在结尾的收发信息让其他人能够晓得信息最终要发给谁，在 Mac 头部就蕴含了“收货地址”，而具体发送了什么类型的能够通过下面的“以太类型”进行判断。

以太网在后续的倒退中将主干网线替 换成了一个中继式集线器，收发器变成双绞线，尽管模式变了，然而实质的工作没有变。

以太网到了古代最终由交换式集线器实现所有的操作，并且网络申请只有申请方和接管方能够互通，集成度减少以及网络传输平安性能减少。

然而以太网无论怎么倒退性质始终没有任何变动：

MAC 地址代表的目的地，用发送方 MAC 地址辨认发送方，用以太类型辨认包的内容。

IP 模块转光（或电）信号

网络信号发送依赖网卡，然而网卡并不是插上电就能够应用的，还须要依赖初始化以及驱动程序能力实现操作，驱动程序和初始化操作在其余很多电脑硬件中比拟常见，然而以太网有比拟独特的驱动操作，那就是管制以太网收发操作的 MAC 当中收发 MAC 地址。

另外网卡还有一个个性是网卡的 ROM 中保留着全世界惟一的 MAC 地址，这是在生产网卡的时候就曾经决定。

所以能够看到最终实现 IP 数据转化的要害是驱动程序，网卡中保留的 MAC 地址会依赖网卡驱动程序读取并调配给 MAC 模块。

网络包的管制信息

MAC 模块工作在网卡调用 MAC 包发送申请命令之后，MAC 模块的工作是划分网络包的“边界”。

为了划分边界，MAC 模块会加上三个管制信息：

1. 报头：是一串像 10101010…这样 1 和 0 交替呈现的比特序列，长度为 ** 56 比特 **，它的作用是 确定包的读取机会。
2. 起始帧分界符（SFD）：确定帧的起始地位，次要是辅助电信号切分报文头部和实在的网络包边界，并且判断出每个比特的界线。
3. FCS：查看包传输过程中因噪声导致的波形错乱、数据谬误，它是一串 32 比特的序列，是通过一个公式对包中从头到尾 的所有内容进行计算而得进去的

响应内容传输从 IP 给 TCP

当服务器承受到网络包之后，首先协定栈会判断以太网头部的以太类型，发现是 0800 为 TCP/IP 协定，接下来是 IP 模块工作，首先是查看 IP 头部是否正确，IP 地址是否正确。

如果接管方是 window 客户端，因为不会对包进行转发，如果发现包不是发给本人的，会调用 ICMP 音讯回传给申请发送方，IMCP 的音讯格局如下：

另外承受到的网络申请可能会因为数据包过大呈现 IP 分片，分片的包会在 IP 头部的标记字段中进行标记，IP 模块会把分片过的包暂存外部内存空间，等雷同 ID 的包全副承受到缓冲区之后再拼接。

怎么保障拼接的程序正确呢？能够查看前文 IP 头部还有一个 分片偏移量（fragment offset）字段，它 示意以后分片在整个包中所处的地位。

IP 模块实现数据分片重组之后，数据包交给 TCP 模块操作，TCP 还会再次查看一遍申请方和接管方的 IP 信息，以及获取端口号找到对应的套接字，找到套接字之后依据应用程序的类型进行不同的操作，这个过程又可能是建设连贯，也可能是实现应用程序数据的读写操作。

这里可能会感觉 IP 查看不是 IP 模块的操作么，TCP 去看 IP 模块的信息是不是“越权”了？实际上这是一种性能开销都思考而违反“迪米特法令（Law of Demeter）”的一种特例。因为 TCP 模块须要频繁应用 IP 模块的信息，如果老是须要数据之间的交互传输切实是影响性能。

UDP 协定收发操作

TCP/IP 为了保证数据精确的收发，须要应用一系列简单的模块和过程配合保证数据的残缺传输，然而有时候有些应用程序为了保障高效会舍弃应用 TCP 这种简单的机制。

UDP 协定的要点是尽可能将所有的数据通过一个包解决，UDP 没有 TCP 的接管确认、窗口等机制，因而在收发数据之前也不 须要替换管制信息。UDP 的实现非常简单只须要应用程序退出头部，间接交给 IP 模块实现即可，接管方也只须要查看 IP 头部的发送方和接管方的 IP 地址信息，而后再从 UDP 找到端口号，最初再找到套接字信息把数据给应用程序。

因为 UDP 不保障传输的稳定性所以无论包是否接管到都无关紧要，只有对方没有回应间接把包进行重发即可。这种不须要保障传输稳定性的场景还是有不少的，比方聊天数据、音频和视频信息，即便失落一点点也没有关系，最多是卡顿一下而已。

要害：UDP 可发送的数据最大长度为 IP 包的最大长度减去 IP 头部和 UDP 头部 的长度。一般来说 IP 头部为 20 字节，UDP 头部为 8 字节，因而 UDP 的最大数据长度为 65 507 字节。

上面是 UDP 的头部信息：

小结

在第二章咱们理解 Socket 链接的步骤和大抵细节，另外介绍了整个互联网比拟重要的两个协定TCP 协定和 IP 协定，在两个协定中须要重点把握头部设计，IP 模块实现 TCP 模块的数据，TCP 数据封装应用程序数据，之后还须要配合 Mac 以太网模块实现网络包的最初封装，等所有筹备工作实现之后，由网卡以及驱动程序把整个包发送进来，所以其实能够看到决定你能不能上网等实际上是网卡和驱动（这不是废话），然而这些内容属于不同层级的内容，须要一一消化。

介绍了 TCP 之后，在在第二章最初局部简略提到了 UDP 协定，UDP 是一种简略暴力的协定，设计的目标是让所有的数据尽可能通过一个包实现，所以他不须要链接也不须要保障数据安全传输，数据丢了间接传输即可，UDP 的利用也是非常宽泛的，比方游戏，视频，音乐等等数据的传输，很多时候丢一点基本无关紧要，因为即便找回来这些数据也没有意义。

TCP/IP 连贯也只是互联网数据传输的一小部分，然而的确最为外围的局部，尽管往下还有以太网和网卡以及网络通信如何上网等细节，然而只有粗浅理解 TCP/IP 协定能力理解整个互联网是如何交互和数据传输的。