波仔
📘 第一章 了解Web及网络基础
📄 一句话概括

TCP／IP 不是两个协议，是一族协议的总称。名字取自其中最重要的两个，实际成员有上百个。

📝 本节和前面几节的关系

上一节说 HTTP 卡在协议本身。 要谈协议就得先有骨架，这一节给出骨架：TCP／IP 协议族包含哪些成员、怎么分家。

一、名字的来历与范围

20 世纪 70 年代，ARPANET 要解决「不同网络互相连」的问题，产出了一套规范， 核心是 IP（寻址与转发）和 TCP（可靠传输）。后来这套规范被统称为 TCP／IP 协议族。 族里成员的分工： | 层 | 代表协议 | 管什么 | |---|---|---| | 应用层 | HTTP、DNS、SMTP、FTP | 内容格式与业务语义 | | 传输层 | TCP、UDP | 端到端送达与可靠性 | | 网络层 | IP、ICMP、ARP | 寻址与逐跳转发 | | 链路层 | 以太网、Wi-Fi、PPP | 相邻设备之间的比特 | 每层只跟对端的同一层说话。HTTP 不知道底下是 Wi-Fi 还是网线，IP 不知道上面装的是网页还是邮件。

二、为什么要分层

不分层也能通——写一个程序从头管到尾就行。但那样每加一种网络、每换一种应用，都要整个重写。 分层换来的能力是替换：链路层从以太网换成 Wi-Fi，上面的 IP 和 HTTP 不用改； 应用层从 HTTP 换成 MQTT，底下的 TCP／IP 也不用改。 代价是每层都要加自己的头。 一次 HTTP 请求在线上 122 字节，其中应用真正想说的只有 64 字节，包装占了 47.5%（见 D005）。 层数越多，包装越重——这是分层的固定税。

三、本课的坐标

这本书后面十章，基本沿着「从上往下再往上」的顺序走：先看 HTTP 本身（二三五六章）， 再看它脚下的 TCP／IP（一四章），再看加壳的 HTTPS（七章），最后看攻击面（十一章）。 36 课 是把 TCP／IP 这层彻底拆开讲的一本； 本课只需要知道它在那儿、管什么，不必重学。

四、动手 Demo：逐层加头：一次请求在线上到底多大

把一个最小 HTTP/1.1 请求逐层加头，算到以太网帧，看包装占了多少。数字全部由代码算。

layers = [
    (u'HTTP 请求行', len(u'GET /index.html HTTP/1.1\r\n')),
    (u'Host 首部', len(u'Host: 127.0.0.1\r\n')),
    (u'Connection 首部', len(u'Connection: close\r\n')),
    (u'空行（分隔）', 2),
    (u'TCP 头', 20),
    (u'IP 头', 20),
    (u'以太网头（含尾部 FCS）', 14 + 4),
]
total = sum(n for _, n in layers)

实跑输出：

--------------------------------------------------------------------
一层一层包：一次请求在线上到底多大
--------------------------------------------------------------------
  HTTP 请求行                26 字节
  Host 首部                  17 字节
  Connection 首部            19 字节
  空行（分隔）                2 字节
  TCP 头                     20 字节
  IP 头                      20 字节
  以太网头（含尾部 FCS）     18 字节
  合计上线                   122 字节

  其中应用真正想说的         64 字节
  协议包装占                 58 字节（47.5%）
  请求越短，包装占比越高。所以 HTTP 才要把首部压掉——HTTP/2 用 HPACK 把重复的首部压到几字节。

合计 122 字节，应用层内容 64 字节，包装 58 字节。包装比内容还多——这在短请求里是常态。 以太网那 18 字节是 14 字节头加 4 字节帧校验（FCS）。 这 4 字节在抓包工具里常常看不到，因为网卡校验完就剥掉了。 请求越长，包装占比越低；请求越短，越吃亏。 所以 HTTP/2 的 HPACK 和 HTTP/3 的 QPACK 都在死磕首部压缩。

30 秒实验

  1. 把 Host 的值改成 www.example.com，重跑，看总字节变成多少。
  2. 把请求改成带 Accept、Accept-Encoding、User-Agent 三行，算包装占比降到多少。
  3. 算一算：如果换成 HTTP/2 的二进制帧，这几行首部大概能压到几字节。

常见误区

  1. 「TCP／IP 就是 TCP 加 IP」——它是一族协议的总称，还包括 UDP、ICMP、ARP、DNS 等等。
  2. 「分四层是国际标准规定的」——OSI 是七层，TCP／IP 四层是实现出来的，不是先有标准再有实现。
  3. 「层数越多越可靠」——层数多换来的是可替换性，代价是每层都加头。
自测三问（点开对答案） 1. TCP／IP 协议族里，HTTP 和 IP 各在哪一层？ —— HTTP 在应用层，IP 在网络层。中间隔着传输层（TCP／UDP）。 2. 分层换来的最核心的能力是什么？ —— 可替换：换掉一层不影响其他层。 3. 一次短请求里包装占 47.5%，这个数说明什么？ —— 短请求的协议开销极高，压首部比压正文更划算。

族里的成员认清了。下一节看层与层之间那道线是怎么划的。

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