?當(dāng)用戶使用 TCP/IP 應(yīng)用層協(xié)議的命令時(shí)，會(huì)啟動(dòng)一系列事件。用戶的命令或消息通過(guò)本地機(jī)器上的 TCP/IP 協(xié)議棧，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)到達(dá)接收者的協(xié)議。發(fā)送主機(jī)上每一層的協(xié)議將信息添加到原始數(shù)據(jù)中。

當(dāng)用戶的命令通過(guò)協(xié)議棧時(shí)，發(fā)送主機(jī)每一層的協(xié)議也與接收主機(jī)上的對(duì)等方交互。

數(shù)據(jù)封裝和 TCP/IP 協(xié)議棧

數(shù)據(jù)包是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔⒌幕締卧?，至少由包含發(fā)送和接收主機(jī)地址的標(biāo)頭和包含要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的主體組成。當(dāng)數(shù)據(jù)包通過(guò) TCP/IP 協(xié)議棧時(shí)，每一層的協(xié)議在基本報(bào)頭中添加或刪除字段。當(dāng)發(fā)送主機(jī)上的協(xié)議將數(shù)據(jù)添加到數(shù)據(jù)包頭時(shí)，該過(guò)程稱為數(shù)據(jù)封裝。此外，每一層對(duì)修改后的數(shù)據(jù)包都有不同的術(shù)語(yǔ)，如下圖所示。

本文總結(jié)了數(shù)據(jù)包的生命周期，從用戶發(fā)出命令或發(fā)送消息到接收主機(jī)上的相應(yīng)應(yīng)用程序接收到數(shù)據(jù)包。

應(yīng)用層——用戶發(fā)起通信

當(dāng)一個(gè)主機(jī)上的用戶發(fā)送消息或發(fā)出必須訪問(wèn)遠(yuǎn)程主機(jī)的命令時(shí)，數(shù)據(jù)包的歷史就開(kāi)始了。與命令或消息相關(guān)的應(yīng)用協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行格式化，以便它可以由適當(dāng)?shù)膫鬏攲訁f(xié)議 TCP 或 UDP 處理。

假設(shè)用戶發(fā)出rlogin命令登錄遠(yuǎn)程主機(jī)，該rlogin命令使用 TCP 傳輸層協(xié)議。TCP 期望以包含命令中信息的字節(jié)流的形式接收數(shù)據(jù)。因此，rlogin將此數(shù)據(jù)作為 TCP 流發(fā)送。

然而，并非所有應(yīng)用層協(xié)議都使用 TCP。假設(shè)用戶想在遠(yuǎn)程主機(jī)上掛載一個(gè)文件系統(tǒng)，從而啟動(dòng) NIS+ 應(yīng)用層協(xié)議。NIS+ 使用 UDP 傳輸層協(xié)議。因此，包含命令的數(shù)據(jù)包必須以 UDP 期望的方式格式化。這種類型的數(shù)據(jù)包稱為消息。

傳輸層——數(shù)據(jù)封裝開(kāi)始

當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)傳輸層時(shí)，該層的協(xié)議啟動(dòng)數(shù)據(jù)封裝過(guò)程。最終結(jié)果取決于 TCP 或 UDP 是否處理了信息。

(1) TCP 分段

TCP 通常被稱為“面向連接”的協(xié)議，因?yàn)樗_保將數(shù)據(jù)成功傳送到接收主機(jī)。上圖顯示了 TCP 協(xié)議如何接收來(lái)自rlogin命令的流。TCP 將從應(yīng)用層接收到的數(shù)據(jù)分成多個(gè)段，并在每個(gè)段上附加一個(gè)標(biāo)頭。

段標(biāo)頭包含發(fā)送方和接收方端口、段排序信息和稱為校驗(yàn)和的數(shù)據(jù)字段。兩臺(tái)主機(jī)上的 TCP 協(xié)議使用校驗(yàn)和數(shù)據(jù)來(lái)確定數(shù)據(jù)是否已正確傳輸。

(2) 建立 TCP 連接

TCP 使用段來(lái)確定接收主機(jī)是否準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)送 TCP 想要建立連接時(shí)，它會(huì)向運(yùn)行在接收主機(jī)上的對(duì)等 TCP 協(xié)議發(fā)送一個(gè)稱為 SYN 的段。接收 TCP 返回一個(gè)稱為 ACK 的段，以確認(rèn)該段的成功接收。發(fā)送 TCP 發(fā)送另一個(gè) ACK 段，然后繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。這種控制信息的交換被稱為三次握手。

(3) UDP 數(shù)據(jù)包

UDP 是一種“無(wú)連接”協(xié)議。與 TCP 不同，它不檢查以確保數(shù)據(jù)到達(dá)接收主機(jī)。相反，UDP 接收從應(yīng)用層接收到的消息并將其格式化為UDP 數(shù)據(jù)包。UDP 為每個(gè)數(shù)據(jù)包附加一個(gè)標(biāo)頭，其中包含發(fā)送和接收主機(jī)端口、包含數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度的字段和校驗(yàn)和。

發(fā)送 UDP 進(jìn)程嘗試將數(shù)據(jù)包發(fā)送到接收主機(jī)上的對(duì)等 UDP 進(jìn)程。應(yīng)用層確定接收 UDP 進(jìn)程是否確認(rèn)接收到數(shù)據(jù)包。UDP 不需要接收通知。UDP 不使用三次握手。

互聯(lián)網(wǎng)層

TCP 和 UDP 都將它們的段和數(shù)據(jù)包向下傳遞到 Internet 層，由 IP 協(xié)議處理它們。IP 通過(guò)將它們格式化為稱為 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的單元來(lái)為交付做好準(zhǔn)備。然后 IP 確定數(shù)據(jù)報(bào)的 IP 地址，以便將它們有效地傳遞給接收主機(jī)。

(1) IP數(shù)據(jù)報(bào)

除了 TCP 或 UDP 添加的信息之外，IP 還會(huì)將 IP 標(biāo)頭附加到段或數(shù)據(jù)包的標(biāo)頭。IP 頭中的信息包括發(fā)送和接收主機(jī)的 IP 地址、數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)報(bào)序列順序。如果數(shù)據(jù)報(bào)超過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包允許的字節(jié)大小并且必須分段，則提供此信息。

數(shù)據(jù)鏈路層——成幀

數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議（如 PPP）將 IP 數(shù)據(jù)報(bào)格式化為幀。他們附加第三個(gè)頁(yè)眉和一個(gè)頁(yè)腳來(lái)“框定”數(shù)據(jù)報(bào)。幀頭包括一個(gè)循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC) 字段，用于在幀通過(guò)網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)傳輸時(shí)檢查錯(cuò)誤。然后數(shù)據(jù)鏈路層將幀傳遞給物理層。

物理網(wǎng)絡(luò)層——為傳輸準(zhǔn)備幀

發(fā)送主機(jī)上的物理網(wǎng)絡(luò)層接收幀并將 IP 地址轉(zhuǎn)換為適合網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的硬件地址。然后物理網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)將幀發(fā)送出去。

接收主機(jī)如何處理數(shù)據(jù)包

當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)接收主機(jī)時(shí)，它會(huì)按照與發(fā)送方相反的順序通過(guò) TCP/IP 協(xié)議棧。上圖說(shuō)明了這條路徑。此外，接收主機(jī)上的每個(gè)協(xié)議都會(huì)剝離發(fā)送主機(jī)上的對(duì)等方附加到數(shù)據(jù)包的標(biāo)頭信息。這是發(fā)生的事情：

• 物理網(wǎng)絡(luò)層以幀的形式接收數(shù)據(jù)包。它計(jì)算數(shù)據(jù)包的 CRC，然后將幀發(fā)送到數(shù)據(jù)鏈路層。
• 數(shù)據(jù)鏈路層驗(yàn)證幀的 CRC 是否正確，并去除幀頭和 CRC。最后，數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議將幀發(fā)送到 Internet 層。
• Internet 層讀取標(biāo)頭中的信息以識(shí)別傳輸并確定它是否是片段。如果傳輸是分段的，IP 將這些分段重新組合成原始數(shù)據(jù)報(bào)。然后它剝離 IP 報(bào)頭并將數(shù)據(jù)報(bào)傳遞給傳輸層協(xié)議。
• 傳輸層（TCP 和 UDP）讀取標(biāo)頭以確定哪個(gè)應(yīng)用層協(xié)議必須接收數(shù)據(jù)。然后 TCP 或 UDP 剝離其相關(guān)的標(biāo)頭并將消息或流發(fā)送到接收應(yīng)用程序。
• 應(yīng)用層接收消息并執(zhí)行發(fā)送主機(jī)請(qǐng)求的操作。?