TCP/IP 初印象

當我們聊 TCP/IP 的時候，一般是在說整個網路協議棧。也就是大家熟知的 OSI 七層模型。我們先拋開七層協議和三次握手這些生硬的知識點，簡單聊聊網路協議棧到底是做什麼的。

網路協議要解決的問題很簡單，打個比方，就是讓身處不同地方的兩個人，能完成聊天通訊。無論我們談及哪一方面的網路知識點，最後都不會脫離這個最基本的場景模型。

首先我們需要分清楚流和包的概念，這也是不少初學者容易混淆的問題。當我們以 iPhone 上的 App 客戶端，向我們的 Server 發資料的時候，我們可以用 Charles、MITMProxy 這類工具抓包，但我們同時也知道 TCP 是基於流的協議，這二者的區別和聯絡在哪呢？

0 和 1 是計算機世界的基礎粒子，大量的 0 和 1 組合在一起就形成了一個流（Stream），客戶端向伺服器傳送資料的時候，說白了就是一堆 0 和 1 的組合。一次完整的 http 會話是建立在一個 TCP 連線之上，這個 TCP 連線的生命週期內所有傳送的資料最後可以看做是一個流。而在這個流裡，我們可以按照某種規則把它切割成一個個的包（packet）。比如 TCP 三次握手裡就包含了 SYN，SYN+ACK，ACK 三個包，而這三個包，不過是整個 TCP Stream 最開始的部分資料而已。

所以簡單來說，一個 TCP 連線裡，是既有流的概念，又有包的存在，有些問題場景下會談論流，另一些則會說起包，端看具體的場景如何。

在開始學習 TCP/IP 之前，最好能在腦中形成一幅 Gif 動態影象，客戶端和伺服器之間有兩根管道，一根上行（從客戶端到伺服器），一根下行（從伺服器到客戶端），管道里流動著無數的 0 和 1，有時候管道里是滿的，有時候管道里則空空如也，每次傳送資料，都會有大量的 0 和 1 從一端湧向另一端。

有了這個基本的抽象理解，就可以進一步填補一些影象細節。

比如 0 和 1 是以什麼形式流動的呢？這個在不同時代裡，所用的物理硬體不同，原理自然也不同，現在大多用的是光纖，光纖裡的 0 和 1 流動可以用下圖表示：

物理層離應用層較遠，深入學習的意義無法立竿見影，遇到實在費解的，可以先跳躍式的閱讀，但有些基礎的細節還是需要明白的。比如，我們知道光速大致是 300000 km/s ，而光在光纖中的物理傳播速度大概是光速的 ⅔，這個知識點可以幫助我們大概估算一個 TCP 連線中的 RTT 值。RTT 即 Round Trip Time，表示一個包從傳送方發出，到收到接收方的反饋，一共耗時多少。RTT 值反應的網路延時的狀況，在很多場景下分析問題都有意義，比如 TCP 重發機制中的 RTO 就跟 RTT 有關，後面的文章我們會細說。一些知識點往往是環環相扣的，跳過的內容過多，後面學習起來會更費解。

延遲

再說下延遲的概念，延遲和頻寬是我們談及網路狀況的兩個重要指標。延遲看上去很好理解，延遲對應的英文術語是 Latency，不少人會覺得延遲主要跟通訊雙方的物理距離相關，距離越遠，自然延遲越高。其實網路延遲嚴格來說，是由兩部分組成的，其一是 Transmission Delay，另一個是 Propagation Delay。這裡出現了一個新單詞 Delay，Delay 和 Lantency 的含義在中文語境裡很難區分，但在英文語境下，二者的使用卻是有明顯的場景差別的，這也是為什麼讀英文原版很重要，可以讓被描述的問題細節更清晰。

先說 Transmission Delay。計算機世界裡的 0 和 1， 最後要能在光纖中傳輸，需要在 Physical Layer 將數字訊號轉化為物理訊號，這個轉化也是存在速度瓶頸的，我們用 Rate (bits/seconds) 來描述這個轉化的速度，Rate 表示每一秒鐘裡，硬體裝置能將多少 bits 轉化為光訊號放入光纖中，那麼 Transmission Delay 就可以用如下公式表示：

Transmission Delay = M / Rate

M 表示有多少 bits。

Transmission Delay 描述的是硬體轉化訊號的延遲，這一步裡訊號還沒有正式進入光纖中傳播，這種延遲和通訊雙方的物理距離是沒有關係的。

再來是 Propagation Delay。這才是大部分人所理解的傳播延遲，和距離直接相關。也可以用如下公式表示：

Propagation Delay = L / S

L 表示兩地的物理距離，S 表示光纖中的傳播速度，即為 ⅔ 光速。

最後我們才是所說的網路延遲：

Latency = Transmission Delay + Propagation Delay

像這種知識細節，如果不去看書，是很難形成準確認知的，這種細節豐滿的認知不是快餐式技術文章可得，需要靜下心來，花時間慢慢啃，一旦形成之後，就牢固的沉澱在記憶裡，這樣才算真正掌握了這方面的知識。

管道容量

再說個有意思的知識點。我們經常將網路通道比作自來水管道，這種比喻其實很貼切，網路管道和自來水管道一樣，也是存在容量限制的。也就是說，光在光纖中傳播的時候，會像自來水一樣，填滿整個光纖，光纖也存在管道容量的限制。有時候，光纖管道會變得很擁擠，一旦擁擠起來，有些包就要排隊等待，延遲就會增加，丟包率也會隨之上升，整個網路狀況就會變差，這也是為什麼 TCP 要做 Flow Control（流控），Flow Control 也是個很經典且有趣的問題，後面會專門寫文章介紹。

網路管道的容量也是可以通過上面提到的元素，用公式計算的：

BD = Rate * Propagation Delay

大家可以思考下這個公式為什麼會是這樣。

好啦，序篇就到這，後面的文章裡，我會逐個講解一些關鍵且重要的知識點。一同進步吧,同時歡迎大家進入小編交流群：624212887，一起交流學習。