TCP/IP 网络协议栈基础 —— 封包过程
1、TCP/IP 5层模型
2、封包
① 网络层：建立主机到主机之间的通信。传输层：建立端口到端口的通信。套接字 socket = 主机 + 端口。
② 通常要将数据包发给目标机器，需要知道目标机器的 mac 地址。
通常目标的 ip 地址是已知的，如果目标机器在同一个子网络， 则 mac 地址可以通过 ARP 协议获取。
不在同一个子网络，则发送给网关处理。
当一台机器给另一个机器发送数据时：
| 场景 | 数据包地址 |
|---|---|
| 同一个子网络 | 对方的mac地址，对方的IP地址 |
| 非同一个子网络 | 网关的mac地址，对方的IP地址 |
③ TCP 与 UDP 比较
| TCP | UDP |
|---|---|
| 面向连接 | 无连接（不需要预先建立连接 |
| 提供可靠服务 | 不保证可靠 |
| - | 实时性高 |
| 点对点 | 一对一、多对一、多对多 |
| 资源消耗较高 | 资源消耗较少 |
其中 TCP 可靠性由下列机制保证：
校验和，重传机制，序号标识，滑动窗口，确认应答
④ DHCP 协议
DHCP 协议是应用层协议，建立在 UDP 协议之上。
一开始请求方机器会发送一个广播，在局域网内的服务器在收到广播的数据包时。
对于接收方，如果是 DHCP服务器，会分析其中的IP地址，发现发送方IP为 0.0.0.0，接收方IP为 255.255.255.255，即知道该数据包是发给自己的。DHCP服务器返回一个响应，将分配给请求方的IP地址与网关等网络参数包含在DHCP数据包的data部分响应给请求方。非DHCP服务器则通常会丢弃该数据包。
3、套接字
网络层与传输层都工作在内核态，只不过应用层可以通过套接字与工作在内核态的传输层进行通信。此外，还可以通过原始套接字与网络层协议进行通信。
- RAW 套接字 socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP); # ICMP 协议即是通过原始套接字实现
- TCP 套接字 socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
- UDP 套接字 socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
注：
1.套接字是操作系统提供的与工作在内核态的网络协议栈进行通信的API。
2.除了使用标准的 TCP套接字 也可以直接通过原始套接字自定义TCP报文，其中包括设置源/目标端口、序列号、校验和等字段。此外，还需要处理序列号递增、握手与挥手逻辑等。
疑问：为什么 ICMP工作在网络层而不是传输层？并且可以跨过传输层，直接与应用层通信。
比如 TCP（传输层的主要职责是提供端到端的通信服务，需要通过端口号标识应用进程，确保数据能够正确地从源主机传输到目标主机）
内核解析IP头，确认协议为TCP后，提取目标端口号。在内核维护的 套接字哈希表 中，根据目的端口号找到对应的监听套接字。将数据放入对应套接字的接收缓冲区，唤醒用户态进程读取。
而 ICMP（通过系统调用由内核直接回复，没有端口映射过程）
内核解析IP头，确认协议为ICMP后，目标主机内核收到请求后，直接生成Echo Reply，无需查找端口。响应返回源主机，由ping程序通过原始套接字接收并显示结果。
参考文章
https://microchipdeveloper.com/tcpip:tcp-ip-five-layer-model
https://users.exa.unicen.edu.ar/catedras/comdat1/material/TP1-Ejercicio5-ingles.pdf
