用积木思维搞定TCP/IP——LuatOS快速上手指南

TCP/IP协议虽重要，但学习曲线陡峭。LuatOS以“积木式”开发为核心理念，将网络功能模块化，让开发者通过直观组合快速掌握通信实现，告别繁琐编码。

提到网络应用，就绕不开TCP/IP——它不仅是互联网的通信基石，更像是一套精妙绝伦的“世界语”，让形态各异、遍布全球的设备能够跨越硬件和软件的差异，使用统一的规则进行对话。

相比传统开发方式，LuatOS通过高效易用的API：将复杂的协议细节封装在简洁的接口之下，开发者无需从零开始构建整个协议栈，而是可以像搭积木一样快速上手，只需专注于应用逻辑本身。

你可以在几分钟内让一块4G-Cat.1模块真正连接到云端服务器，并立刻观察到数据交互的全过程。每一个理论概念，都能通过具体的代码和硬件行为得到最直观的验证和理解。

感兴趣的朋友，关注近期的公开培训直播课。

一、TCP/IP网络模型简介

有网络应用开发经验的人，应该都听说过OSI七层模型、TCP/IP协议四层模型和TCP/IP协议五层模型。

这三种网络协议模型的说明，参考下表：

看了这张表之后，我们应该有以下几点认识：

都采用了分层的思想，将复杂的通信过程分解为更小、更易于管理的部分；

每一层都为其上层提供服务，并使用其下层提供的服务；

这三种网络模型，只是分层的颗粒度不一样；实际上，这三种网络模型的本质内容都是一样的。

既然本质内容是一样的，为什么还要存在三种网络模型呢？

我们简单地看一下这三种网络模型的历史：

TCP/IP

20世纪70年代(1970s)

美国国防部某个计划局，提出了建立一种通信网络的需求；美国的几个工程师大佬开发了一套通信协议，TCP和IP协议是其中的核心；当时并没有抽象出四层或者五层模型。

OSI和TCP/IP

20世纪80年代(1980s)

网络技术蓬勃发展，但各家厂商（如IBM、DEC）都有自己的私有网络协议标准，导致不同厂商的设备之间无法通信。

网络世界，需要一个“通用语言”。

国际标准化组织ISO于1984年，提出了开放系统互联OSI参考模型；

与此同时，TCP/IP的支持者也抽象出了一套自己的“术语”和“框架”来与OSI模型竞争。他们从现有的TCP/IP协议族中反向归纳、提炼出了一个更简单的分层模型。

**TCP/IP **

20世纪90年代(1990s)

OSI和TCP/IP经过一段时间协议竞争，最终TCP/IP胜出，得到广泛应用，主要有以下几点原因：

TCP/IP来自实践，简单高效，易于实现；而OSI模型过于复杂和理想化，标准制定缓慢；

TCP/IP规范（RFC文档）对所有人免费开放，鼓励了广泛的应用和创新；

美国政府规定其所有联邦机构使用的网络必须支持TCP/IP；

万维网（World WideWeb）在1991年出现，它运行在TCP/IP协议之上，Web的爆炸式普及使得TCP/IP协议成为了所有上网设备的必然选择。

最终，TCP/IP模型在实践中得到广泛应用。

至于TCP/IP四层模型和TCP/IP五层模型，二者的差别不大，主要体现在对最底层的划分不同：

四层模型隐藏了底层细节，将网络接入视为一个黑盒，更关注对软件层面的设计，不关心具体的硬件；

五层模型明确包含了物理硬件层。

四层模型和五层模型本质上是同一个东西的两种不同表述方式，所以我们接下来不纠结四层还是五层模型，而是统称为TCP/IP模型。

公开培训系列直播课也会根据不同的应用场景，决定选择四层模型还是五层模型来讲解。

二、LuatOS对TCP/IP协议栈的支持

在了解TCP/IP网络模型之后，接下来我们看一下TCP/IP协议这个概念。

TCP/IP网络模型是理论上的框架和蓝图，而TCP/IP协议是这个框架的具体实现。我们来看下面这张表格：

可以看到，每一层都有多个协议去实现，在所有的这些协议中，TCP和IP两种协议是其中的核心协议，所以用TCP/IP协议代指网络模型中的所有协议。

所以说，TCP/IP协议并不是两个单一的协议，而是一个协议家族，包含TCP/IP网络模型中的所有协议；所有协议协同工作，从软件上完成了互联网上的数据传输任务。

TCP/IP协议的核心工作原理，功能分层、数据封装/解封装等已整理详细介绍，感兴趣的朋友可查看文档：

https://docs.openluat.com/luatos_lesson/002_luatos_socket/

那么，LuatOS对TCP/IP协议栈的支持情况是怎样的，提供了哪些编程接口给LuatOS项目应用脚本来使用呢？

2.1 应用层

1）LuatOS协议支持：

HTTP，MQTT，FTP，WebSocket，DNS，NTP，DHCP， SSL/TLS（从OSI七层模型来看，和表示层最接近，所以此处把SSL/TLS放到TCP/IP模型中应用层）。

2）LuatOS编程接口：

socket核心库/libnet扩展库

http核心库/httpplus扩展库/httpsrv核心库

mqtt核心库

ftp核心库

websocket核心库

httpdns扩展库

dhcpsrv扩展库

udpsrv扩展库

用层提供的这些编程接口和LuatOS项目应用开发关系最为密切，这些核心库和扩展库的API文档可参考下方链接。

LuatOS最新API手册：https://docs.openluat.com/osapi/

2.2 传输层

1）LuatOS协议支持：TCP，UDP；

2）LuatOS编程接口：socket核心库/libnet扩展库。

2.3 应用层

1）LuatOS协议支持：IP，ICMP；

2）LuatOS编程接口：

socket核心库

exnetif扩展库IP_READY、IP_LOSE

在这里重点说一下exnetif扩展库，exnetif扩展库有两项核心功能。

2.4 数据链路层

LuatOS协议支持：

以太网、Wi-Fi、4G等网络各自的数据链路层协议；

以太网的IEEE 802.3系列；

Wi-Fi网络的IEEE 802.11系列；

4G网络的PDCP、RLC、MAC等协议。

2.5 物理层

光纤、双绞线、无线电波等传输介质。

今天的内容就分享到这里了！