引言

本篇屬于TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)知識(shí)，重點(diǎn)介紹了TCP/IP協(xié)議簇的內(nèi)容、作用以及TCP、UDP、IP三種常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)。

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內(nèi)容

TCP/IP協(xié)議簇是由OSI七層模型發(fā)展而來(lái)的，之所以存在OSI互聯(lián)參考模型主要有以下幾點(diǎn)好處：

1、用于解決不同廠商的設(shè)備互聯(lián)問(wèn)題：即兼容性考慮;

2、層次化結(jié)構(gòu)獨(dú)立性強(qiáng);可擴(kuò)展性強(qiáng);

3、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可以方便學(xué)習(xí);

TCP/IP模型

TCP/IP模型與OSI模型的相互關(guān)系如下圖所示：

注釋

1、應(yīng)用層：與OSI的應(yīng)用層、表示層、會(huì)話(huà)層相對(duì)應(yīng)，主要作用是向用戶(hù)應(yīng)用提供訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的接口;

2、傳輸層：也稱(chēng)為主機(jī)到主機(jī)層，與OSI的傳輸層相對(duì)應(yīng)，指定了控制網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，定義了數(shù)據(jù)的傳輸方式是TCP還是UDP，建立兩臺(tái)設(shè)備的端到端連接;傳輸層和數(shù)據(jù)鏈路層都定義了流控和差錯(cuò)控制機(jī)制，區(qū)別是：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議強(qiáng)調(diào)控制數(shù)據(jù)鏈路上的流量，即連接兩臺(tái)設(shè)備的物理介質(zhì)流量，而傳輸層控制邏輯鏈路上的流量，即兩臺(tái)設(shè)備的端到端連接，這種邏輯連接可能跨越一連串?dāng)?shù)據(jù)鏈路;

3、網(wǎng)絡(luò)層：定義了數(shù)據(jù)包格式和地址格式，主要的作用是IP編址和路由選擇。

4、接入層：包括數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，數(shù)據(jù)鏈路層定義了如何訪(fǎng)問(wèn)和共享介質(zhì)，如何標(biāo)識(shí)介質(zhì)上的設(shè)備即二層編址(MAC地址)以及在介質(zhì)上發(fā)送數(shù)據(jù)之前如何完成數(shù)據(jù)成幀，常用的二層協(xié)議有：以太網(wǎng)、PPP、HDLC、幀中繼、ATM等;物理層定義了物理介質(zhì)相關(guān)的協(xié)議即：電子/光學(xué)協(xié)議(電壓、光強(qiáng)、編碼、信號(hào)波形)機(jī)械協(xié)議(尺寸、導(dǎo)線(xiàn)的金屬成分)功能性協(xié)議(描述做什么)程序性協(xié)議(描述了如何做如：1表示電壓小于-3V)

TCP協(xié)議

解釋

傳輸控制協(xié)議(TCP)：是一種可靠的，面向連接的服務(wù)。即：提供了一個(gè)類(lèi)似于點(diǎn)到點(diǎn)的連接。

機(jī)制

1、使用序列號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行標(biāo)記;

2、使用確認(rèn)、校驗(yàn)和定時(shí)器系統(tǒng)以及重傳機(jī)制提供可靠性;

3、滑動(dòng)窗口機(jī)制調(diào)整數(shù)據(jù)包的流量：減少因接收方緩沖區(qū)滿(mǎn)而造成丟失數(shù)據(jù)包的可能。

報(bào)文

注釋

1、源端口和目的端口：長(zhǎng)度各為16位，為封裝的數(shù)據(jù)指定了源和目的應(yīng)用程序;應(yīng)用程序的端口號(hào)加上應(yīng)用程序所在主機(jī)的IP地址統(tǒng)稱(chēng)為套接字。在網(wǎng)絡(luò)上套接字唯一地標(biāo)識(shí)了每一個(gè)應(yīng)用程序。

(補(bǔ)充：常用端口號(hào)對(duì)應(yīng)的服務(wù)：FTP:TCP21; TELNET:TCP23; SMTP:TCP25; BGP:TCP179; DNS:TCP/UDP53; TFTP:UDP69; SNMP:UDP161; RIP:UDP520;)

2、序列號(hào)：字段長(zhǎng)度為32位，確定了發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)流中被封裝的數(shù)據(jù)所在位置;

3、確認(rèn)號(hào)：長(zhǎng)度為32位，確定了源點(diǎn)下一次期望從目標(biāo)接受的序列號(hào)，隱含地確認(rèn)了收到了該編號(hào)的上一個(gè)數(shù)據(jù)包;

4、報(bào)頭長(zhǎng)度：長(zhǎng)度為4位，指定了以32位字為單位的報(bào)頭長(zhǎng)度。

5、保留：長(zhǎng)度為4位，通常設(shè)置為0;

6、標(biāo)記：8位，用于流和連接控制。從左到右依次是：CWR、ECE、URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN;

7、窗口大?。鹤侄伍L(zhǎng)度16位，主要用于流控制。窗口大小指明接收方接收緩沖區(qū)的大小;

8、校驗(yàn)和：長(zhǎng)度為16位，對(duì)報(bào)頭和被封裝數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn);

9、緊急指針：僅當(dāng)URG標(biāo)記置位時(shí)使用。16位被添加到序列號(hào)上用于指明緊急數(shù)據(jù)的結(jié)束;

10、可選項(xiàng)：用于指明TCP發(fā)送進(jìn)程要求的選項(xiàng)，常用的可選項(xiàng)是***段長(zhǎng)度，用于通知接收者發(fā)送者愿意接收的***段長(zhǎng)度，為了保證報(bào)文的長(zhǎng)度是32個(gè)八位組的倍數(shù)，使用0填充該字段的剩余部分。

UDP協(xié)議

解釋

用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)：是一種無(wú)連接、盡力而為的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。

優(yōu)點(diǎn)

不花時(shí)間建立連接，直接發(fā)送數(shù)據(jù)，即開(kāi)銷(xiāo)小，可以使發(fā)送小數(shù)據(jù)量的應(yīng)用取得更好的性能優(yōu)勢(shì)。

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報(bào)文

注釋

1、源端口和目的端口：長(zhǎng)度各為16位，為封裝的數(shù)據(jù)指定了源和目的應(yīng)用程序

2、UDP長(zhǎng)度：以八位組為單位的整個(gè)段長(zhǎng)度;包含數(shù)據(jù)段的總長(zhǎng)度;

3、校驗(yàn)和：長(zhǎng)度為16位，校驗(yàn)和是可選字段，不使用時(shí)全部設(shè)置為0

IP協(xié)議

解釋

IP：最常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，是一種不可靠、盡力而為的轉(zhuǎn)發(fā)，可結(jié)合四層和二層保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸;

IP編址

1、IP地址長(zhǎng)度為32位，點(diǎn)分十進(jìn)制表示，用于標(biāo)識(shí)設(shè)備的邏輯地址;IPV4地址包括網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)兩部分，網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分唯一地標(biāo)識(shí)了一條物理鏈路或邏輯鏈路，主機(jī)號(hào)部分唯一地標(biāo)識(shí)了該鏈路上連接的具體設(shè)備。這種層次化的地址設(shè)計(jì)方式有助于快速查找、方便維護(hù)以及節(jié)約地址;

補(bǔ)充：子網(wǎng)掩碼：網(wǎng)絡(luò)位全為1，主機(jī)位全為0，由連續(xù)的1和連續(xù)的0組成

廣播地址：網(wǎng)絡(luò)位不變，主機(jī)位全1.

網(wǎng)絡(luò)號(hào)： 網(wǎng)絡(luò)位不變，主機(jī)位全0。

2、IPV4地址分類(lèi)：

A類(lèi)：***位固定是0， 1到126，子網(wǎng)掩碼255.0.0.0

B類(lèi)：前兩未固定為10，128到191，子網(wǎng)掩碼255.255.0.0

C類(lèi)：前三位固定為110，192到223，子網(wǎng)掩碼255.255.255.0

D類(lèi)地址：前四位固定為1110，224到239，組播地址，無(wú)子網(wǎng)掩碼;

E類(lèi)地址：前四位固定為11110，240到255，用于科研和保留。

特殊地址：不可用地址，包括：本地環(huán)回地址：127.0.0.1;本地鏈路地址：169.254開(kāi)頭，子網(wǎng)掩碼是255.255.0.0;網(wǎng)絡(luò)地址：即網(wǎng)絡(luò)位不變，主機(jī)位全為0的地址;廣播地址：網(wǎng)絡(luò)位不變，主機(jī)位全1，可以在三層設(shè)備上傳輸;受限廣播地址：網(wǎng)絡(luò)位和主機(jī)位全為1即255.255.255.255，終止于三層設(shè)備(路由器)。

私有地址：從公有地址中抽出來(lái)某些地址作為私有地址，私有地址不會(huì)被分配，不能在網(wǎng)路中使用，若要在網(wǎng)絡(luò)中通信，必須結(jié)合NAT，進(jìn)行私網(wǎng)地址到公網(wǎng)地址的轉(zhuǎn)換;

A類(lèi)似有地址：10.0.0.0到10.255.255.255

B類(lèi)私有地址：172.16.0.0到172.31.255.255

C類(lèi)私有地址：192.168.0.0到192.168.255.0

3、子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)匯總

子網(wǎng)劃分：超越主類(lèi)網(wǎng)的可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼劃分;使用方法：借位;

子網(wǎng)匯總：將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址匯總為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址;方法：取相同位，去不同位;

報(bào)文

注釋

1、版本：4位，0100表示IPV4，0110表示IPV6。

2、報(bào)頭長(zhǎng)度：4位，表示32位字長(zhǎng)的IP報(bào)頭長(zhǎng)度。IP包最小長(zhǎng)度為20字節(jié)，***可擴(kuò)展為60字節(jié)(15*4);

3、服務(wù)類(lèi)型TOS：DSCP6位+ECN2位 6位DSCP最多能定義64個(gè)不同的服務(wù)類(lèi)別，ECN=11表示擁塞顯示，在IP報(bào)頭中的TOS字段保留，一般用于QOS中設(shè)置報(bào)文的優(yōu)先級(jí);

4、總長(zhǎng)度：16位，使用IP數(shù)據(jù)包總長(zhǎng)減去IP報(bào)頭長(zhǎng)度，就可以確定數(shù)據(jù)有效載荷的大小。IP數(shù)據(jù)包***長(zhǎng)度為65535;

5、標(biāo)識(shí)符：長(zhǎng)度為16位，通常與標(biāo)記字段和分片偏移字段一起用于數(shù)據(jù)包的分段。若數(shù)據(jù)包的原始長(zhǎng)度超過(guò)數(shù)據(jù)包所要經(jīng)過(guò)的數(shù)據(jù)鏈路的***傳輸單元，就需要進(jìn)行數(shù)據(jù)包的分片處理，設(shè)備會(huì)對(duì)分片的每片數(shù)據(jù)包的標(biāo)識(shí)字段上打上相同的標(biāo)記，以便接收設(shè)備可以識(shí)別出屬于一個(gè)數(shù)據(jù)包的分段;

6、標(biāo)記：長(zhǎng)度為3位，保留位、不分段位(DF)、更多分段位(MF);若DF=1表示路由器不能對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分段處理;MF=0表示***一個(gè)被分片的報(bào)文;

7、分片偏移：長(zhǎng)度為13位，以8位組為單位，用于指明分段起始點(diǎn)相對(duì)于報(bào)文起始點(diǎn)的偏移量，作用是使接收者可以按照正確的順序重組數(shù)據(jù)包;

8、生存時(shí)間(TTL)：8位，當(dāng)數(shù)據(jù)包逐個(gè)沿路由器被傳輸時(shí)，TTL都會(huì)減1，當(dāng)TTL=0時(shí)，路由器將會(huì)丟棄該數(shù)據(jù)包并向源點(diǎn)發(fā)送錯(cuò)誤報(bào)告，這種方法可以防止數(shù)據(jù)包無(wú)止休地被傳輸，建議默認(rèn)為64;可以通過(guò)traceroute命令來(lái)查看數(shù)據(jù)包傳輸過(guò)程中經(jīng)過(guò)的路由器;

9、協(xié)議：8位，指定了數(shù)據(jù)包中的信息類(lèi)型。常用的協(xié)議號(hào)：1-ICMP;6-TCP;17-UDP;47-GRE;88-EIGRP;89-OSPF;

10、頭部校驗(yàn)和：16位，不包含被封裝的數(shù)據(jù)部分，由于TTL在傳輸過(guò)程中遞減，因此每臺(tái)路由器必須重新計(jì)算校驗(yàn)和;

11、源地址和目的地址：32位的IP地址;

12、可選項(xiàng)：長(zhǎng)度可變的字段，包括源點(diǎn)產(chǎn)生的信息和其他路由器加入的信息，常用于測(cè)試，常見(jiàn)的可選字段有：松散源路由選擇、嚴(yán)格源路由選擇、記錄路由、時(shí)間戳;

13、填充項(xiàng)：通過(guò)在可選項(xiàng)字段后面添加0來(lái)補(bǔ)夠32位，保證報(bào)頭長(zhǎng)度為32位的整數(shù)倍;