引言

本篇屬于TCP/IP協議的基礎知識，重點介紹了TCP/IP協議簇的內容、作用以及TCP、UDP、IP三種常見網絡協議相關的基礎知識。

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內容

TCP/IP協議簇是由OSI七層模型發展而來的，之所以存在OSI互聯參考模型主要有以下幾點好處：

1、用于解決不同廠商的設備互聯問題：即兼容性考慮;

2、層次化結構獨立性強;可擴展性強;

3、統一標準可以方便學習;

TCP/IP模型

TCP/IP模型與OSI模型的相互關系如下圖所示：

 

注釋

1、應用層：與OSI的應用層、表示層、會話層相對應，主要作用是向用戶應用提供訪問網絡的接口;

2、傳輸層：也稱為主機到主機層，與OSI的傳輸層相對應，指定了控制網絡層的協議，定義了數據的傳輸方式是TCP還是UDP，建立兩臺設備的端到端連接;傳輸層和數據鏈路層都定義了流控和差錯控制機制，區別是：數據鏈路層協議強調控制數據鏈路上的流量，即連接兩臺設備的物理介質流量，而傳輸層控制邏輯鏈路上的流量，即兩臺設備的端到端連接，這種邏輯連接可能跨越一連串數據鏈路;

3、網絡層：定義了數據包格式和地址格式，主要的作用是IP編址和路由選擇。

4、接入層：包括數據鏈路層和物理層，數據鏈路層定義了如何訪問和共享介質，如何標識介質上的設備即二層編址(MAC地址)以及在介質上發送數據之前如何完成數據成幀，常用的二層協議有：以太網、PPP、HDLC、幀中繼、ATM等;物理層定義了物理介質相關的協議即：電子/光學協議(電壓、光強、編碼、信號波形)機械協議(尺寸、導線的金屬成分)功能性協議(描述做什么)程序性協議(描述了如何做如：1表示電壓小于-3V)

TCP協議

解釋

傳輸控制協議(TCP)：是一種可靠的，面向連接的服務。即：提供了一個類似于點到點的連接。

機制

1、使用序列號對數據包進行標記;

2、使用確認、校驗和定時器系統以及重傳機制提供可靠性;

3、滑動窗口機制調整數據包的流量：減少因接收方緩沖區滿而造成丟失數據包的可能。

報文

 

注釋

1、源端口和目的端口：長度各為16位，為封裝的數據指定了源和目的應用程序;應用程序的端口號加上應用程序所在主機的IP地址統稱為套接字。在網絡上套接字唯一地標識了每一個應用程序。

(補充：常用端口號對應的服務：FTP:TCP21; TELNET:TCP23; SMTP:TCP25; BGP:TCP179; DNS:TCP/UDP53; TFTP:UDP69; SNMP:UDP161; RIP:UDP520;)

2、序列號：字段長度為32位，確定了發送方發送的數據流中被封裝的數據所在位置;

3、確認號：長度為32位，確定了源點下一次期望從目標接受的序列號，隱含地確認了收到了該編號的上一個數據包;

4、報頭長度：長度為4位，指定了以32位字為單位的報頭長度。

5、保留：長度為4位，通常設置為0;

6、標記：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、窗口大小：字段長度16位，主要用于流控制。窗口大小指明接收方接收緩沖區的大小;

8、校驗和：長度為16位，對報頭和被封裝數據進行校驗;

9、緊急指針：僅當URG標記置位時使用。16位被添加到序列號上用于指明緊急數據的結束;

10、可選項：用于指明TCP發送進程要求的選項，常用的可選項是***段長度，用于通知接收者發送者愿意接收的***段長度，為了保證報文的長度是32個八位組的倍數，使用0填充該字段的剩余部分。

UDP協議

解釋

用戶數據報協議(UDP)：是一種無連接、盡力而為的數據轉發服務。

優點

不花時間建立連接，直接發送數據，即開銷小，可以使發送小數據量的應用取得更好的性能優勢。

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報文

 

注釋

1、源端口和目的端口：長度各為16位，為封裝的數據指定了源和目的應用程序

2、UDP長度：以八位組為單位的整個段長度;包含數據段的總長度;

3、校驗和：長度為16位，校驗和是可選字段，不使用時全部設置為0

IP協議

解釋

IP：最常見的網絡層協議，是一種不可靠、盡力而為的轉發，可結合四層和二層保證數據的可靠傳輸;

IP編址

1、IP地址長度為32位，點分十進制表示，用于標識設備的邏輯地址;IPV4地址包括網絡號和主機號兩部分，網絡號部分唯一地標識了一條物理鏈路或邏輯鏈路，主機號部分唯一地標識了該鏈路上連接的具體設備。這種層次化的地址設計方式有助于快速查找、方便維護以及節約地址;

補充：子網掩碼：網絡位全為1，主機位全為0，由連續的1和連續的0組成

廣播地址：網絡位不變，主機位全1.

網絡號： 網絡位不變，主機位全0。

2、IPV4地址分類：

A類：***位固定是0， 1到126，子網掩碼255.0.0.0

B類：前兩未固定為10，128到191，子網掩碼255.255.0.0

C類：前三位固定為110，192到223，子網掩碼255.255.255.0

D類地址：前四位固定為1110，224到239，組播地址，無子網掩碼;

E類地址：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：本地環回地址：127.0.0.1;本地鏈路地址：169.254開頭，子網掩碼是255.255.0.0;網絡地址：即網絡位不變，主機位全為0的地址;廣播地址：網絡位不變，主機位全1，可以在三層設備上傳輸;受限廣播地址：網絡位和主機位全為1即255.255.255.255，終止于三層設備(路由器)。

私有地址：從公有地址中抽出來某些地址作為私有地址，私有地址不會被分配，不能在網路中使用，若要在網絡中通信，必須結合NAT，進行私網地址到公網地址的轉換;

A類似有地址：10.0.0.0到10.255.255.255

B類私有地址：172.16.0.0到172.31.255.255

C類私有地址：192.168.0.0到192.168.255.0

3、子網劃分與子網匯總

子網劃分：超越主類網的可變長子網掩碼劃分;使用方法：借位;

子網匯總：將多個網絡地址匯總為一個網絡地址;方法：取相同位，去不同位;

報文

 

注釋

1、版本：4位，0100表示IPV4，0110表示IPV6。

2、報頭長度：4位，表示32位字長的IP報頭長度。IP包最小長度為20字節，***可擴展為60字節(15*4);

3、服務類型TOS：DSCP6位+ECN2位 6位DSCP最多能定義64個不同的服務類別，ECN=11表示擁塞顯示，在IP報頭中的TOS字段保留，一般用于QOS中設置報文的優先級;

4、總長度：16位，使用IP數據包總長減去IP報頭長度，就可以確定數據有效載荷的大小。IP數據包***長度為65535;

5、標識符：長度為16位，通常與標記字段和分片偏移字段一起用于數據包的分段。若數據包的原始長度超過數據包所要經過的數據鏈路的***傳輸單元，就需要進行數據包的分片處理，設備會對分片的每片數據包的標識字段上打上相同的標記，以便接收設備可以識別出屬于一個數據包的分段;

6、標記：長度為3位，保留位、不分段位(DF)、更多分段位(MF);若DF=1表示路由器不能對數據包進行分段處理;MF=0表示***一個被分片的報文;

7、分片偏移：長度為13位，以8位組為單位，用于指明分段起始點相對于報文起始點的偏移量，作用是使接收者可以按照正確的順序重組數據包;

8、生存時間(TTL)：8位，當數據包逐個沿路由器被傳輸時，TTL都會減1，當TTL=0時，路由器將會丟棄該數據包并向源點發送錯誤報告，這種方法可以防止數據包無止休地被傳輸，建議默認為64;可以通過traceroute命令來查看數據包傳輸過程中經過的路由器;

9、協議：8位，指定了數據包中的信息類型。常用的協議號：1-ICMP;6-TCP;17-UDP;47-GRE;88-EIGRP;89-OSPF;

10、頭部校驗和：16位，不包含被封裝的數據部分，由于TTL在傳輸過程中遞減，因此每臺路由器必須重新計算校驗和;

11、源地址和目的地址：32位的IP地址;

12、可選項：長度可變的字段，包括源點產生的信息和其他路由器加入的信息，常用于測試，常見的可選字段有：松散源路由選擇、嚴格源路由選擇、記錄路由、時間戳;

13、填充項：通過在可選項字段后面添加0來補夠32位，保證報頭長度為32位的整數倍;