我们经常会打开浏览器浏览新闻、购物、观看视频等操作。但你有没有想过，当你在浏览器中输入一个网址并按下回车键后，背后究竟发生了什么？从点击链接到页面完全加载，中间经历了哪些复杂的通信过程？
其实这一切的背后，都离不开TCP/IP协议的支持。通过它确保了数据能够从你本地电脑准确无误地传输到远端的服务器发起请求，服务器根据请求返回数据到你的屏幕上。今天带大家深入了解这一神奇的过程，揭示从发送端请求到接收端接收请求数据的具体步骤，让大家对TCP/IP协议的工作原理有更深刻的认识。
一、数据传输流程概括
数据传输流程涉及数据发送端和数据接收端。其实这个过程可以和套娃的安装和拆解有一定的相似之处。
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发送端（数据打包）：在数据发送过程中，其流程按照应用层→传输层→网际层→网络访问层顺序，每一层都把相关的信息(被称为“报头”)捆绑到实际的数据上。包含报头信息和数据的数据包就作为下一层的数据，再次被添加报头信息和重新打包。
接收端（数据解包）：当数据到达接收端时，接收过程和顺序恰恰是相反的，数据首先经过网络访问层，然后逐层解开相应的报头并且使用发送端传输过来的信息。
二、发送端流程
2.1 应用层
在应用层，用户通过应用程序（如浏览器、邮件客户端）生成数据，并调用传输层API（如socket API）发送数据。应用程序需要将数据准备好，可能包括请求、命令、文件内容等。然后，应用程序调用发送函数（如send()），将数据传递给传输层。
2.2 传输层 (TCP)
在传输层接收到应用程序数据，根据实际情况合理将数据被分成多个小段，每个小段称为一个TCP段。每个TCP段添加一个TCP头部，主要包含以下信息：
● 源端口号：标识发送方的应用程序端口。
● 目标端口号：标识接收方的应用程序端口。
● 序列号：用于追踪数据段的顺序，以便接收方可以正确地重组数据。
● 确认号：表示接收方期望下一个接收到的数据段的序列号。
● 数据偏移：指示TCP头部的长度。
● 标志位（URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN）：用于控制连接的状态和行为。
● 窗口大小：告诉发送方接收方还有多少缓冲区空间可用于接收数据。
● 校验和：用于验证头部和数据部分的完整性。
● 紧急指针：当URG标志被设置时，指出紧急数据的位置。
● 选项：可选字段，用于提供额外的功能。
首先需要建立连接，如果连接尚未建立，传输层会通过三次握手建立TCP连接：
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● 第一次握手：客户端发送一个带有SYN标志的TCP段，请求建立连接。
● 第二次握手：服务器回复一个带有SYN和ACK标志的TCP段，确认连接请求。
● 第三次握手：客户端回复一个带有ACK标志的TCP段，确认连接建立。
最后，传输层将带有TCP头部的数据段传递给网际层（IP）。
2.3 网际层 (IP)
在网络层，TCP段会被封装成IP数据包，每个IP数据包包含一个IP头部，主要包含以下信息：
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● 版本：指定使用的IP协议版本（IPv4或IPv6）。
● 头部长度：IP头部的长度。
● 服务类型：定义数据包的服务质量需求。
● 总长度：整个IP数据包的长度，包括头部和数据。
● 标识符：用于唯一标识数据包，特别是在数据包被分割的情况下。
● 标志：用于控制数据包是否可以被分片。
● 分片偏移：指定该分片相对于原始数据包的位置。
● 生存时间 (TTL)：数据包在网络中可以经过的最大跳数。
● 协议：指明传输层协议类型，如TCP或UDP。
● 头部校验和：用于检测IP头部的错误。
● 源地址：发送端的IP地址。
● 目的地址：接收端的IP地址。
● 选项：可选字段，用于提供额外的功能。
网际层根据路由表选择最佳传输路径，将IP数据包发送到下一跳路由器或直接发送到目的地。如果数据包太大，无法通过某个网络设备（如以太网）的最大传输单元（MTU），则将数据包分片发送。
2.4 网络访问层 (以太网)
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在网络访问层，IP数据包被封装成以太网帧，每个以太网帧包含一个以太网头部，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。
● 发送端MAC地址：发送方的物理地址。
● 类型/长度：指示上层协议类型或数据长度。
● 帧校验序列 (FCS)：用于检测传输错误。
以太网帧通过物理介质（如双绞线、光纤）发送到下一跳设备。
三、接收端流程
3.1 网络访问层 (以太网)
接收端的网络接口卡接收到以太网帧。链路层检查FCS，确保帧的完整性。然后，去除以太网头部，提取出IP数据包，并将IP数据包传递给网际层 (IP)。
3.2 网际层 (IP)
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网络层接收到IP数据包，检查IP头部的校验和，确保头部的完整性。然后，去除IP头部，提取出TCP段。如果数据包被分片，网络层将分片重组成完整的IP数据包，并将TCP段传递给传输层。
3.3 传输层 (TCP)
传输层接收到TCP段，检查TCP头部的校验和，确保头部和数据部分的完整性。然后，去除TCP头部，提取出应用层数据。传输层检查TCP段的序列号，确保数据段的顺序。将接收到的数据段按顺序重组成完整的应用层数据。并且传输层向发送端发送带有ACK标志的TCP段，确认已成功接收数据。其他方面传输层还会根据接收窗口大小调整发送方的发送速率，避免网络拥塞。如果检测到错误或丢失的数据段，TCP会请求发送端重传。
3.4. 应用层
应用层接收到重组后的数据，处理接收到的数据，可能包括解析请求、生成响应、更新文件等。然后，应用程序调用接收函数，获取数据后并进行进一步处理（比如响应结果返回给发送端）。
四、总结
TCP/IP协议通过多层封装和解封装过程，确保数据能够从发送方准确无误地传输到接收方。每一层的报头都包含了必要的控制信息，确保数据的完整性、顺序性和安全性。这里给大家简单概括一下：
● 发送端流程：
1. 应用层：应用程序生成数据并调用发送函数。
2. 传输层 (TCP)：数据被分成TCP段并添加TCP头部。
3. 网络层 (IP)：TCP段被封装成IP数据包并添加IP头部。
4. 链路层 (以太网)：IP数据包被封装成以太网帧并发送。
● 接收端流程：
1. 链路层 (以太网)：接收到以太网帧，去除以太网头部，提取IP数据包。
2. 网络层 (IP)：接收到IP数据包，去除IP头部，提取TCP段。
3. 传输层 (TCP)：接收到TCP段，去除TCP头部，重组应用层数据，发送ACK确认。
4. 应用层：接收到重组后的数据，进行处理。
