互聯(lián)網(wǎng)高度普及的現(xiàn)在，我們無(wú)時(shí)無(wú)刻不在網(wǎng)絡(luò)上分享自己的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，從智能手機(jī)到智能穿戴設(shè)備，從微信到微博、抖音?；ヂ?lián)網(wǎng)的普及，讓我們和世界的距離越來(lái)越近，但是物理世界是如何同虛擬世界建立聯(lián)結(jié)的呢？一根網(wǎng)線如何能夠點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪兀?/p>

TCP/IP協(xié)議簇

如果你是一個(gè)虛擬世界的總設(shè)計(jì)師，你會(huì)設(shè)計(jì)出怎樣的規(guī)則，來(lái)規(guī)定物理設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，搭建從現(xiàn)實(shí)世界到虛擬世界橋梁？

假設(shè)你有兩臺(tái)電腦，你會(huì)如何設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)它們之間的通信呢？

物理層

首先存在各種各樣不同的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，比如電纜、光纖、無(wú)線電等，但是不同的傳輸介質(zhì)本質(zhì)上的作用都是將各種不同的信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)。為了統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)范，于是針對(duì)不同的傳輸介質(zhì)，定義了不同的協(xié)議規(guī)范，比如電話網(wǎng)絡(luò)modems-V、USB物理層、Bluetooth物理層、WiFi物理層、DSL等。

注：TCP/IP協(xié)議中不包括這一層，這里是為了解釋整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議分層的需要，才做介紹。

鏈路層

數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題解決之后，便要解決數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性的問(wèn)題，物理介質(zhì)總是容易出錯(cuò)的，比如數(shù)據(jù)傳輸中斷網(wǎng)、斷電等，那如何針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行容錯(cuò)處理，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠呢？

數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生差錯(cuò)時(shí)，就只能將發(fā)生差錯(cuò)的數(shù)據(jù)重復(fù)，我們則需要將二進(jìn)制數(shù)據(jù)流組合成以幀為單位傳輸。每個(gè)數(shù)據(jù)幀除了包含要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)外，還包括校驗(yàn)碼，以檢查傳輸中是否存在差錯(cuò)。

當(dāng)真正發(fā)生差錯(cuò)時(shí)，我們還要考慮如何處理差錯(cuò)，是自動(dòng)重發(fā)還是空閑時(shí)再重發(fā)。

由于不同介質(zhì)的數(shù)據(jù)傳輸和接受能力的不同，我們則需要考慮數(shù)據(jù)接收方的處理能力來(lái)控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?/p>

網(wǎng)絡(luò)層

數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性得到保證后，便是要實(shí)現(xiàn)如何在眾多的機(jī)器中，將數(shù)據(jù)從源機(jī)器上準(zhǔn)確地傳輸給目標(biāo)機(jī)器。這一層便是開(kāi)啟虛擬世界大門的鑰匙。它定義了機(jī)器之間在復(fù)雜的虛擬網(wǎng)絡(luò)中如何進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)則。IP，ICMP，IGMP等協(xié)議便是在這一層。

IP協(xié)議中則包含了協(xié)議版本、報(bào)頭長(zhǎng)度、總長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)分片標(biāo)識(shí)、數(shù)據(jù)存活時(shí)間、源地址、目標(biāo)地址、數(shù)據(jù)等信息。

傳輸層

同樣的，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題解決后，我們便要保證在網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性取決于硬件的狀態(tài)。因此在這一層，我們同樣要考慮，數(shù)據(jù)分割，差錯(cuò)控制，以及流量控制的問(wèn)題。此外，由于此時(shí)是處在虛擬網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，我們還需要處理按端口尋址，連接管理等功能

TCP和UDP協(xié)議就處在這一層；TCP為兩臺(tái)主機(jī)提供了可靠的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)制，UDP則是提供了簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，保證負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從一臺(tái)主機(jī)傳輸?shù)搅硪慌_(tái)主機(jī)，并不能保證數(shù)據(jù)一定能夠到達(dá)另一臺(tái)主機(jī)。

應(yīng)用層

數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性解決了之后，我們則需要制定針對(duì)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)則。這一層規(guī)定了，運(yùn)行在不同的操作系統(tǒng)的程序之間，如何傳遞報(bào)文。

這層的協(xié)議則規(guī)定了，報(bào)文類型，報(bào)文的語(yǔ)法，報(bào)文中的字段語(yǔ)義，程序之間如何發(fā)送報(bào)文并對(duì)報(bào)文進(jìn)行響應(yīng)。

其中的協(xié)議則包括DNS、FTP、SMTP、HTTP、Telnet等協(xié)議。

總結(jié)

TCP/IP協(xié)議簇是網(wǎng)絡(luò)通信中最基本的通信協(xié)議，主要分為鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層和應(yīng)用層。

各個(gè)分層都規(guī)定了實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的規(guī)范：鏈路層保證了物理鏈路中數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)了源主機(jī)向目標(biāo)主機(jī)準(zhǔn)確傳輸數(shù)據(jù)的功能，傳輸層則規(guī)定了主機(jī)與主機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性規(guī)范，應(yīng)用層則定義了程序之間進(jìn)行報(bào)文傳輸?shù)囊?guī)范。