TCP是如何传输数据的？

做IT相关的工作，肯定都离不开网络，网络中最重要的协议是TCP。无论是实际工作还是笔试面试，你看哪里能少得了TCP？我考过RFC中与TCP相关的文档，也看过Linux中与TCP相关的源码，也看过不少框架中的TCP相关的代码，对TCP是有点感觉了。

一直想找个时间来分享下TCP相关的知识，如果大家有疑问，欢迎相互交流。其实，搞透了TCP之后，发现他也就是那么回事。

考虑最简单的情况：两台主机之间的通信。这个时候只需要一条网线把两者连起来，规定好彼此的硬件接口，如都用USB、电压10V、频率2.4GHz等，这一层就是物理层，这些规定是物理层协议。

我们当然不满足于只有两台电脑连接，因此我们可以使用交换机把多个电脑连接起来，如下图：

这样连接起来的网络，称为局域网，也可以称为以太网（以太网是局域网的一种）。在这个网络中，我们需要标识每个机器，这要才可以指定要和哪个机器通信。这个标识就是硬件地址MAC。硬件地址随机器的生产就被确定，永久性唯一。在局域网中，我们需要和另外的机器通信时，只需要只知道他的硬件地址，交换机就会把我们的消息发送到对应的机器。

这里我们可以不管底层的网线接口如何发送，把物理层抽离，在他之上创建一个新的层次，这就是数据链路层。

我们依然不满足与局域网的规模，需要把所有的局域网联系起来，这个时候就需要用到路由器来连接两个局域网：

但是如果我们还是使用硬件地址来作为通信对象的唯一标识，那么当网络规模越来越大，需要记住所有的机器的硬件地址是不现实；同时，一个网络对象可能会频繁更换设备，这个时候硬件地址表维护更加复杂。这里使用了一个新的地址来标记一个网络对象：IP地址。

通过一个简单的寄信例子来理解IP地址。

我住在北京市，我朋友A住在上海市，我要给朋友A写信：

写完信，我会在信上写好朋友A的地址，并放到北京邮局（给信息附加目标IP地址，并发给路由器）

邮局会帮我把信运输到上海市当地邮局（信息会经过路由器传递到目标IP局域网的路由器）

上海市当地路由器会帮我把信交给朋友A（局域网内通信）

因此，这里IP地址就是一个网络接入地址（朋友A的住址），我只需要知道目标IP地址，路由器就可以把消息给我带到。在局域网中，就可以动态维护一个MAC地址与IP地址的映射关系，根据目的IP地址就可以寻找到机器的MAC地址进行发送。

这样我们不需管理底层如何去选择机器，我们只需要知道IP地址，就可以和我们的目标进行通信。这一层就是网络层。网络层的核心作用就是提供主机之间的逻辑通信。这样，在网络中的所有主机，在逻辑上都连接起来了，上层只需要提供目标IP地址和数据，网络层就可以把消息发送到对应的主机。

一个主机有多个进程，进程之间进行不同的网络通信，如边和朋友开黑边和女朋友聊微信。我的手机同时和两个不同机器进行通信。那么当我的手机收到数据时，如何区分是微信的数据，还是王者的数据？那么就必须在网络层之上再添加一层：运输层 ：

运输层通过socket（套接字），将网络信息进行进一步的拆分，不同的应用进程可以独立进行网络请求，互不干扰。这就是运输层的最本质特点：提供进程之间的逻辑通信。这里的进程可以是主机之间，也可以是同个主机，所以在android中，socket通信也是进程通信的一种方式。

现在不同的机器上的应用进程之间可以独立通信了，那么我们就可以在计算机网络上开发出形形式式的应用：如web网页的http，文件传输ftp等等。这一层称为应用层。

应用层还可以进一步拆分出表示层、会话层，但他们的本质特点都没有改变：完成具体的业务需求。和下面的四层相比，他们并不是必须的，可以归属到应用层中。

最后对计网分层进行小结：

最底层物理层，负责两个机器之间通过硬件的直接通信；
数据链路层使用硬件地址在局域网中进行寻址，实现局域网通信；
网络层通过抽象IP地址实现主机之间的逻辑通信；
运输层在网络层的基础上，对数据进行拆分，实现应用进程的独立网络通信；
应用层在运输层的基础上，根据具体的需求开发形形式式的功能。

这里需要注意的是，分层并不是在物理上的分层，而是逻辑上的分层。通过对底层逻辑的封装，使得上层的开发可以直接依赖底层的功能而无需理会具体的实现，简便了开发。

这种分层的思路，也就是责任链设计模式，通过层层封装，把不同的职责独立起来，更加方便开发、维护等等。Http中的拦截器设计模式，也是这种责任链模式。

本文主要是讲解TCP，需要增加一些运输层的知识。可以关注我，下一篇讲解运输层的进程通信

还有底层socket的实现。

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