我們經(jīng)常會(huì)打開(kāi)瀏覽器瀏覽新聞、購(gòu)物、觀看視頻等操作。但你有沒(méi)有想過(guò)，當(dāng)你在瀏覽器中輸入一個(gè)網(wǎng)址并按下回車(chē)鍵后，背后究竟發(fā)生了什么？從點(diǎn)擊鏈接到頁(yè)面完全加載，中間經(jīng)歷了哪些復(fù)雜的通信過(guò)程？

其實(shí)這一切的背后，都離不開(kāi)TCP/IP協(xié)議的支持。通過(guò)它確保了數(shù)據(jù)能夠從你本地電腦準(zhǔn)確無(wú)誤地傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的服務(wù)器發(fā)起請(qǐng)求，服務(wù)器根據(jù)請(qǐng)求返回?cái)?shù)據(jù)到你的屏幕上。今天帶大家深入了解這一神奇的過(guò)程，揭示從發(fā)送端請(qǐng)求到接收端接收請(qǐng)求數(shù)據(jù)的具體步驟，讓大家對(duì)TCP/IP協(xié)議的工作原理有更深刻的認(rèn)識(shí)。

一、數(shù)據(jù)傳輸流程概括

數(shù)據(jù)傳輸流程涉及數(shù)據(jù)發(fā)送端和數(shù)據(jù)接收端。其實(shí)這個(gè)過(guò)程可以和套娃的安裝和拆解有一定的相似之處。

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發(fā)送端（數(shù)據(jù)打包）：在數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程中，其流程按照應(yīng)用層→傳輸層→網(wǎng)際層→網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層順序，每一層都把相關(guān)的信息(被稱(chēng)為“報(bào)頭”)捆綁到實(shí)際的數(shù)據(jù)上。包含報(bào)頭信息和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包就作為下一層的數(shù)據(jù)，再次被添加報(bào)頭信息和重新打包。

接收端（數(shù)據(jù)解包）：當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)接收端時(shí)，接收過(guò)程和順序恰恰是相反的，數(shù)據(jù)首先經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層，然后逐層解開(kāi)相應(yīng)的報(bào)頭并且使用發(fā)送端傳輸過(guò)來(lái)的信息。

二、發(fā)送端流程

2.1 應(yīng)用層

在應(yīng)用層，用戶(hù)通過(guò)應(yīng)用程序（如瀏覽器、郵件客戶(hù)端）生成數(shù)據(jù)，并調(diào)用傳輸層API（如socket API）發(fā)送數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序需要將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，可能包括請(qǐng)求、命令、文件內(nèi)容等。然后，應(yīng)用程序調(diào)用發(fā)送函數(shù)（如send()），將數(shù)據(jù)傳遞給傳輸層。

2.2 傳輸層 (TCP)

在傳輸層接收到應(yīng)用程序數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際情況合理將數(shù)據(jù)被分成多個(gè)小段，每個(gè)小段稱(chēng)為一個(gè)TCP段。每個(gè)TCP段添加一個(gè)TCP頭部，主要包含以下信息：

●  源端口號(hào)：標(biāo)識(shí)發(fā)送方的應(yīng)用程序端口。

●  目標(biāo)端口號(hào)：標(biāo)識(shí)接收方的應(yīng)用程序端口。

●  序列號(hào)：用于追蹤數(shù)據(jù)段的順序，以便接收方可以正確地重組數(shù)據(jù)。

●  確認(rèn)號(hào)：表示接收方期望下一個(gè)接收到的數(shù)據(jù)段的序列號(hào)。

●  數(shù)據(jù)偏移：指示TCP頭部的長(zhǎng)度。

●  標(biāo)志位（URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN）：用于控制連接的狀態(tài)和行為。

●  窗口大?。焊嬖V發(fā)送方接收方還有多少緩沖區(qū)空間可用于接收數(shù)據(jù)。

●  校驗(yàn)和：用于驗(yàn)證頭部和數(shù)據(jù)部分的完整性。

●  緊急指針：當(dāng)URG標(biāo)志被設(shè)置時(shí)，指出緊急數(shù)據(jù)的位置。

●  選項(xiàng)：可選字段，用于提供額外的功能。

首先需要建立連接，如果連接尚未建立，傳輸層會(huì)通過(guò)三次握手建立TCP連接：

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●  第一次握手：客戶(hù)端發(fā)送一個(gè)帶有SYN標(biāo)志的TCP段，請(qǐng)求建立連接。

●  第二次握手：服務(wù)器回復(fù)一個(gè)帶有SYN和ACK標(biāo)志的TCP段，確認(rèn)連接請(qǐng)求。

●  第三次握手：客戶(hù)端回復(fù)一個(gè)帶有ACK標(biāo)志的TCP段，確認(rèn)連接建立。

最后，傳輸層將帶有TCP頭部的數(shù)據(jù)段傳遞給網(wǎng)際層（IP）。

2.3 網(wǎng)際層 (IP)

在網(wǎng)絡(luò)層，TCP段會(huì)被封裝成IP數(shù)據(jù)包，每個(gè)IP數(shù)據(jù)包包含一個(gè)IP頭部，主要包含以下信息：

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●  版本：指定使用的IP協(xié)議版本（IPv4或IPv6）。

●  頭部長(zhǎng)度：IP頭部的長(zhǎng)度。

●  服務(wù)類(lèi)型：定義數(shù)據(jù)包的服務(wù)質(zhì)量需求。

●  總長(zhǎng)度：整個(gè)IP數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度，包括頭部和數(shù)據(jù)。

●  標(biāo)識(shí)符：用于唯一標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)包，特別是在數(shù)據(jù)包被分割的情況下。

●  標(biāo)志：用于控制數(shù)據(jù)包是否可以被分片。

●  分片偏移：指定該分片相對(duì)于原始數(shù)據(jù)包的位置。

●  生存時(shí)間 (TTL)：數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中可以經(jīng)過(guò)的最大跳數(shù)。

●  協(xié)議：指明傳輸層協(xié)議類(lèi)型，如TCP或UDP。

●  頭部校驗(yàn)和：用于檢測(cè)IP頭部的錯(cuò)誤。

●  源地址：發(fā)送端的IP地址。

●  目的地址：接收端的IP地址。

●  選項(xiàng)：可選字段，用于提供額外的功能。

網(wǎng)際層根據(jù)路由表選擇最佳傳輸路徑，將IP數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一跳路由器或直接發(fā)送到目的地。如果數(shù)據(jù)包太大，無(wú)法通過(guò)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如以太網(wǎng)）的最大傳輸單元（MTU），則將數(shù)據(jù)包分片發(fā)送。

2.4 網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層 (以太網(wǎng))

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在網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層，IP數(shù)據(jù)包被封裝成以太網(wǎng)幀，每個(gè)以太網(wǎng)幀包含一個(gè)以太網(wǎng)頭部，主要包含以下信息：

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●  接收端MAC地址：接收方的物理地址。

●  發(fā)送端MAC地址：發(fā)送方的物理地址。

●  類(lèi)型/長(zhǎng)度：指示上層協(xié)議類(lèi)型或數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

●  幀校驗(yàn)序列 (FCS)：用于檢測(cè)傳輸錯(cuò)誤。

以太網(wǎng)幀通過(guò)物理介質(zhì)（如雙絞線(xiàn)、光纖）發(fā)送到下一跳設(shè)備。

三、接收端流程

3.1 網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層 (以太網(wǎng))

接收端的網(wǎng)絡(luò)接口卡接收到以太網(wǎng)幀。鏈路層檢查FCS，確保幀的完整性。然后，去除以太網(wǎng)頭部，提取出IP數(shù)據(jù)包，并將IP數(shù)據(jù)包傳遞給網(wǎng)際層 (IP)。

3.2 網(wǎng)際層 (IP)

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網(wǎng)絡(luò)層接收到IP數(shù)據(jù)包，檢查IP頭部的校驗(yàn)和，確保頭部的完整性。然后，去除IP頭部，提取出TCP段。如果數(shù)據(jù)包被分片，網(wǎng)絡(luò)層將分片重組成完整的IP數(shù)據(jù)包，并將TCP段傳遞給傳輸層。

3.3 傳輸層 (TCP)

傳輸層接收到TCP段，檢查T(mén)CP頭部的校驗(yàn)和，確保頭部和數(shù)據(jù)部分的完整性。然后，去除TCP頭部，提取出應(yīng)用層數(shù)據(jù)。傳輸層檢查T(mén)CP段的序列號(hào)，確保數(shù)據(jù)段的順序。將接收到的數(shù)據(jù)段按順序重組成完整的應(yīng)用層數(shù)據(jù)。并且傳輸層向發(fā)送端發(fā)送帶有ACK標(biāo)志的TCP段，確認(rèn)已成功接收數(shù)據(jù)。其他方面?zhèn)鬏攲舆€會(huì)根據(jù)接收窗口大小調(diào)整發(fā)送方的發(fā)送速率，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。如果檢測(cè)到錯(cuò)誤或丟失的數(shù)據(jù)段，TCP會(huì)請(qǐng)求發(fā)送端重傳。

3.4. 應(yīng)用層

應(yīng)用層接收到重組后的數(shù)據(jù)，處理接收到的數(shù)據(jù)，可能包括解析請(qǐng)求、生成響應(yīng)、更新文件等。然后，應(yīng)用程序調(diào)用接收函數(shù)，獲取數(shù)據(jù)后并進(jìn)行進(jìn)一步處理（比如響應(yīng)結(jié)果返回給發(fā)送端）。

四、總結(jié)

TCP/IP協(xié)議通過(guò)多層封裝和解封裝過(guò)程，確保數(shù)據(jù)能夠從發(fā)送方準(zhǔn)確無(wú)誤地傳輸?shù)浇邮辗健Ｃ恳粚拥膱?bào)頭都包含了必要的控制信息，確保數(shù)據(jù)的完整性、順序性和安全性。這里給大家簡(jiǎn)單概括一下：

●  發(fā)送端流程：

1. 應(yīng)用層：應(yīng)用程序生成數(shù)據(jù)并調(diào)用發(fā)送函數(shù)。

2. 傳輸層 (TCP)：數(shù)據(jù)被分成TCP段并添加TCP頭部。

3. 網(wǎng)絡(luò)層 (IP)：TCP段被封裝成IP數(shù)據(jù)包并添加IP頭部。

4. 鏈路層 (以太網(wǎng))：IP數(shù)據(jù)包被封裝成以太網(wǎng)幀并發(fā)送。

●  接收端流程：

1. 鏈路層 (以太網(wǎng))：接收到以太網(wǎng)幀，去除以太網(wǎng)頭部，提取IP數(shù)據(jù)包。

2. 網(wǎng)絡(luò)層 (IP)：接收到IP數(shù)據(jù)包，去除IP頭部，提取TCP段。

3. 傳輸層 (TCP)：接收到TCP段，去除TCP頭部，重組應(yīng)用層數(shù)據(jù)，發(fā)送ACK確認(rèn)。

4. 應(yīng)用層：接收到重組后的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理。