TCP/IP四层模型及各层协议首部详述_tcpip4层模型

1. OSI七层和TCP/IP四层的关系

1.1 OSI引入了服务、接口、协议、分层的概念，TCP/IP借鉴了OSI的这些概念建立TCP/IP模型。

1.2 OSI先有模型，后有协议，先有标准，后进行实践；而TCP/IP则相反，先有协议和应用再提出了模型，且是参照的OSI模型。

1.3 OSI是一种理论下的模型，而TCP/IP已被广泛使用，成为网络互联事实上的标准。

TCP：transmission control protocol 传输控制协议

UDP：user data protocol 用户数据报协议

 

 

 

2. OSI七层协议模型

应用层协议需要掌握的是：HTTP（Hyper text transfer protocol）、FTP（file transfer protocol）、SMTP（simple mail transfer rotocol）、POP3（post office protocol 3）、IMAP4（Internet mail access protocol）

 

3. TCP/IP四层模型

3.1 应用层：对应OSI中的应用层、表示层、会话层

3.2 物理链路层：对应OSI中的数据链路层、物理层（也有叫网络接口层）

3.3 数据包说明：

IP层传输单位是IP分组，属于点到点的传输；TCP层传输单位是TCP段，属于端到端的传输

 

UPD首部

UPD首部格式如下：

UDP 是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。

UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，同时也不使用拥塞控制。

UDP 是面向报文的。UDP 没有拥塞控制，很适合多媒体通信的要求。

UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。

UDP 的首部开销小，只有 8 个字节

• 端口号：用来表示发送和接受进程。由于 I P层已经把I P数据报分配给T C P或U D P（根据I P首部中协议字段值），因此T C P端口号由T C P来查看，而 U D P端口号由UDP来查看。T C P端口号与UDP端口号是相互独立的。

• 长度：UDP长度字段指的是UDP首部和UDP数据的字节长度。该字段的最小值为 8字节（发送一份0字节的UDP数据报是 O K）。

• 检验和：UDP检验和是一个端到端的检验和。它由发送端计算，然后由接收端验证。其目的是为了发现UDP首部和数据在发送端到接收端之间发生的任何改动

TCP报文段首部

TCP报文段首部的前20个字节是固定的，后面的字节是根据需要增加的。首部格式如下：

TCP 提供可靠交付的服务，保证数据无差错、不丢失、不重复、按序到达。

TCP 提供全双工通信。

TCP虽然是面向字节流的，但TCP传送的数据单元却是报文段。一个TCP 报文段分为首部和数据两部分

• 1、第一个4字节： 
  
  • （1）源端口，16位；发送数据的源进程端口
  • （2）目的端口，16位；接收数据的进程端口
• 2、第二个4字节与第三个4字节 
  
  • （1）序号，32位；代表当前TCP数据段第一个字节占整个字节流的相对位置；
  • （2）确认号，32位；代表接收端希望接收的数据序号，为上次接收到数据报的序号+1，当ACK标志位为1时才生效。
• 3、第四个4字节： 
  
  • （1）数据偏移，4位；实际代表TCP首部长度，最大为60字节。
  • （2）6个标志位，每个标志位1位； 
    SYN，为同步标志，用于数据同步； 
    ACK，为确认序号，ACK=1时确认号才有效； 
    FIN，为结束序号，用于发送端提出断开连接； 
    URG，为紧急序号，URG=1是紧急指针有效； 
    PSH，指示接收方立即将数据提交给应用层，而不是等待缓冲区满； 
    RST，重置连接。
  • （3）窗口值，16位；标识接收方可接受的数据字节数。详解可参看：http://www.cnblogs.com/woaiyy/p/3554182.html
• 4、第五个4字节 
  
  • （1）校验和，16位；用于检验数据完整性。
  • （2）紧急指针，16位；只有当URG标识位为1时，紧急指针才有效。紧急指针的值与序号的相加值为紧急数据的最后一个字节位置。用于发送紧急数据。

IP报文

IP报文是在网络层传输的数据单元，也叫IP数据报。IP报文格式如下图

• 1、第一个4字节（也就是第一行）：

  • （1）版本号（Version），4位；用于标识IP协议版本，IPv4是0100，IPv6是0110，也就是二进制的4和6。
  • （2）首部长度（Internet Header Length），4位；用于标识首部的长度，单位为4字节，所以首部长度最大值为：(2^4 - 1) * 4 = 60字节，但一般只推荐使用20字节的固定长度。
  • （3）服务类型（Type Of Service），8位；用于标识IP包的优先级，但现在并未使用。
  • （4）总长度（Total Length），16位；标识IP数据报的总长度，最大为：2^16 -1 = 65535字节。

• 2、第二个四字节：

  • （1）标识（Identification），16位；用于标识IP数据报，如果因为数据链路层帧数据段长度限制（也就是MTU，支持的最大传输单元），IP数据报需要进行分片发送，则每个分片的IP数据报标识都是一致的。
  • （2）标志（Flag），3位，但目前只有2位有意义；最低位为MF，MF=1代表后面还有分片的数据报，MF=0代表当前数据报已是最后的数据报。次低位为DF，DF=1代表不能分片，DF=0代表可以分片。
  • （3）片偏移（Fragment Offset），13位；代表某个分片在原始数据中的相对位置。

• 3、第三个四字节：

  • （1）生存时间（TTL），8位；以前代表IP数据报最大的生存时间，现在标识IP数据报可以经过的路由器数。
  • （2）协议（Protocol），8位；代表上层传输层协议的类型，1代表ICMP，2代表IGMP，6代表TCP，17代表UDP。
  • （3）校验和（Header Checksum），16位；用于验证数据完整性，计算方法为，首先将校验和位置零，然后将每16位二进制反码求和即为校验和，最后写入校验和位置。

• 4、第四个四字节：源IP地址

• 5、第五个四字节：目的IP地址