tcp/ip体系结构_1)tcp/ip体系结构

一、网络OSI参考模型七层结构

• 计算机网络是一个非常复杂的系统，俩个计算机系统必须高度协调才能相互通信。

• 为了设计该网络，人们采取分层的思想，将庞大而复杂的问题转化为若干较小的问题

• 为了实现不同体系结构的网络通信和信息交换，ISO国际标准化组织制定了一个描述 网络通信所需要的全部功能的总框架，OSI（七层网络模型）

• OSI参考模型，自下而上分别是 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。每层实现相对独立的功能，通过接口为上层提供服务。

  • 物理层：负责在俩个相邻节点间 透明的传输比特流；它为在物理媒体上传输的位流 建立规则；定义电缆如何连接到网卡上，用何种传送技术在电缆上发送数据，定义了位同步及检查。本层的协议数据单元为比特，工作在物理层的设备有 集线器，中继器，放大器

  • 数据链路层(链路：是一条 点到点的物理线路，中间没有任何其他的交换节点)：计算机之间的通路往往是由许多链路串接而成的。数据链路层的任务就是将 网络层下来的数据组装成帧，在俩个相邻节点间的链路上无差错的传递以帧为单位的数据。每一帧包括数据和控制信息，控制信息界定边界和帧检测。

  • 网络层：俩个计算机之间的通信，可能经过多个节点和链路，或 由路由器互联的子网。网络层的任务 是 为每台计算机编址、路由选择，使 发送方的传输层的分组 能够 正确的按着地址找到目的方，并交付给目的方的传输层。网络层的数据传输单位是 分组或包(packet),包太大可能被分片，然后在目的节点上进行重组。网络层设备 包括 路由器，包过滤防火墙。

    • 设备	层次	特点
      集线器、中继器	物理层	共享方式，在一个端口向另外一个端口发送信息时候，其他端口就不能再由信息传递
      网桥、交换机	链路层	根据MAC地址寻址，通过站表选择转发接口。不同接口属于不同冲突域，属于同一个广播域。
      路由器	网络层	连接不同网络，根据IP地址进行子网划分和寻路，支持多个广播域

  • 传输层：主要任务是为俩个主机上的进程 之间 建立 一条传输链路，透明的传送报文。报文是传输层的传送单位，当报文较长时，要先分割成分组，然后交给网络层。

  • 会话层：不参与具体的数据传输，它在俩个互相通信的进程之间建立、协调交互方式，如 确定双工或单工

  • 表示层：解决用户信息的语法表示问题

  • 应用层：是用户的应用程序访问网络服务的地方，它负责整个网络因公程序的工作。

二、TCP/IP体系结构

• 现在规模最大，覆盖全世界的Internet 并没有使用OSI标准，而是使用TCP/IP 体系结构，是一个四层体系结构。包括 网络接口层、网络层、传输层、应用层

• 网络接口层：包括操作系统的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。作用是从网络层接收数据包，把数据包进一步处理成数据帧，通过网络设备进行传输，或从网络上（链路层）接收数据帧，解开数据帧为数据包 交给网络层。该层相当于OSI模型的物理层+数据链路层

• 网络层：他负责把信息从一台主机传送到指定接受的另一台主机。在TCP/IP协议簇中，网络层协议包括IP协议，ARP/RARP协议，ICMP协议，ICMP协议

• 传输层：为俩台主机的应用提供端到端的通信。主要包括，TCP和UDP协议。

• 应用层：负责处理特定的应用程序细节，包括http,ftp,smtp等

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三、链路层

• TCP/IP支持多种链路层协议，比如以太网，令牌网，FDDI网络等

• 以太网数据帧，链路层协议数据单元为帧，包括帧头和数据。数据可以是IP数据包，或ARP/RARP请求应答包。

• 以太网v2帧

• 目标地址（DA）	源地址(SA)	类型	数据	填充	帧检验序列（FCS）
  6字节，接收者网卡接口地址48位	6字节，发送者网卡接口地址48位	2字节，报文类型	上层协议内容，46-1500字节	小于46字节，

  • 目标地址：6字节，接收者网卡接口地址48位
  • 源地址：6字节，发送者网卡接口地址48位
  • 类型：报文类型，2字节
  • 数据：上层协议内容，46-1500字节
  • 填充：小于46字节，数据字段小于46字节，则填充
  • 帧检验序列：4字节

• 实际传送的比MAC帧多8字节，包含俩个字段。第一个字段7个字节，用于接收端和发送端时钟同步。第二个字段 是帧开始定界符：10101011

• 最小传输单元，以太网最小传输单元46字节。

• 最大传输单元，链路层对帧的数据部分有最大长度限制，以太网最大MTU1500字节，因此以太网数据帧最大长度1518字节。如果IP层传送的数据长度大于MTU，IP数据包需要分片，使得每个分片不大于MTU

• 路径MTU，俩个通信主机 经过多个网络，每个网络的链路层有不同的MTU，那么这条通路上的最小的MTU为路径MTU

• 一个IP数据包分片后，分片在网络上独立传输，到达目的后进行重组。重组在目的端的IP层完成。因此，分片和重组对于传输层是透明的

• 网络接口卡，每个接入网络的设备必须友哥网络接口卡，网卡上MAC（media Access Control）地址。

四、网络层

• 网络层作用是把信息从一台主机传送到指定接收的主机。网络层协议包括，ARP/RARP协议，ICMP协议，IGMP协议。

• IP协议

  • TCP、UDP、ICMP、IGMP数据都是以IP 数据包的格式传输。

  • IP地址：网络接口卡可以有俩个以上的IP地址

  • IP地址分为A,B,C,D,E；E类地址暂未使用；D类地址一般用于多播地址

  • 子网和子网掩码：把主机号的前几位作为i子网号，其余的作为主机号。

  • IP报文格式

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  • 版本：4位，IP协议版本，目前主流为4，IPv4.

  • 首部长：4位，IP包头长度，以4字节为单位。首部长度>=5字节

  • 服务类型：8位，包括3位优先权字段（基本不用），4位TOS（服务类型）字段，最后以为0。TOS分别标识最小延时，最大吞吐量，最高可靠性，最小费用

  • 总长度：IP数据包的总长度，字节为单位。IP包最大长度，６５５３５

  • 标识：数据包的ID号，当IP包出现分片时，每个分片ID号相同。

  • 生存周期：ｔｔｌ，表示允许经过最大路由器数。没经过一个路由器ｔｔｌ－１，０时丢弃报文

  • 协议类型：指数据包携带的数据部分使用的协议，使目的主机IP层知道上交给哪个处理。ICMP：１，ICMP：２，TCP：６，EGP：８，UDP：１７

  • 校验和：根据IP头部计算的校验和，不对数据部分计算，上层协议有自己的校验和

  • 源地址：发送方的IP地址

  • 目的地址：接收方IP地址

  • 选项：包括安全和处理限制，记录路由，时间戳，源路由选项

• 地址解析协议ARP

  • 网络层使用IP地址，网络的链路层使用的数据帧
  • 作用使位IP地址找到MAC地址

• 反向地址解析协议RARP

  • 主机从自己的网卡读取MAC地址，发送RARP请求（广播）,请求其他主机响应自己的IP地址

• 广播

  • 一个主机向网络上所有其他主机发送数据的情况

  • 网卡只接受目的地址为自己的MAC地址或广播地址（ff:ff:ff:ff:ff:ff）,若网卡被设置为混杂模式，则它可以接收每个数据帧。

  • 设备驱动程序进行帧过滤，帧类型指明了网络层协议（IP，ARP）

  • IP协议根据IP地址的源地址和目的地址，交给上层TCP或UDP

  • TCP/UDP收到数据后，根据源目的端口过滤，当前没有进程是以哦那个该端口，则丢弃，产生一个ICMP不可达

  • 链路层广播使用链路层广播地址MAC;IP层广播，多播使用特定IP地址。

  • 受限制的广播地址，255.255.255.255,该地址用于主机自动IP地址配置，任何路由器不转发目的地址为受限的广播地址。

• 控制报文协议ICMP

  • ICMP是IP层，传递差错信息，如PING 采用的ICMP协议。

五、传输层

• TCP/IP协议族的传输层包括TCP 和UDP。TCP提供有链接的，可靠的数据传输服务；UDP提供无连接，不可靠的传输服务

• TCP

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  • 源端口号和目标端口号，用于标识发送端和接收端应用进程。源IP地址，目的IP地址，源端口号，目标端口号唯一确定一个TCP连接

  • 序号：TCP数据流的标识号，32位无符号数。TCP面向流的，传送的报文可以看成是连续的数据流，TCP为每个数据流中每个字节分配一个序号。整个数据的起始序号在连接建立时确定，头部中的序号指报文数据部分的第一个字节的序号。

  • 确认号：ACK，接收端希望收到下一个报文段的数据的第一个字节的序号，等于上次已成功接收的数据段的最后一个字节的序号+1

  • 首部长度：包括 选项 部分的首部长度，以32为一个单位，最大长度60字节

  • 保留：暂无用处 为0

  • 标志位：

    • 紧急位URG，１标识紧急指针有效，需要紧急处理。URG时发送端向接收端发送紧急数据的方式
    • 确认位ACK，确认号有效
    • 推送位PSH，表示发送方希望接收方尽快将包交给应用层处理，不再等待缓存填满
    • 连接重置位RST，表示TCP连接出现严重差错，必须释放连接，然后重新建立连接
    • 同步位SYN，TCP请求时1
    • 终止位FIN，用来释放一个连接
    • 窗口，TCP流量控制通过连接的每个端申明自己的窗口大小实现，窗口大小表明接收期望的字节数，最大65535

• TCP三次握手哦

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    主机1发出连接请求报文 syn=1,no=123456

  • 主机2收到连接请求后，记录下主机1的初始序号，主机2发送一个应答报文，应答报文包含主机2的初始序号 ack=1,no=123457,syn=1,34567

  • 主机1收到主机2请求后，主机1发送一个应答报文，ack=1,no=34568

  • 此时，俩个主机TCP连接已建立。

• TCP数据传输

  • 建立好的TCP连接任何一方可以发送数据，接受对方的数据必须发送确认包，如果发送方在一定时间内没有收到对方的确认，则必须重传

• TCP连接终止

  • TCP连接时全双工的，连接俩个方向可以同时传递数据，每个方向必须单独关闭。
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