TCP/IP协议

1、引言

Internet标准：RFC

 

 

2、OSI参考模型与TCP/IP协议族

2.1、ISO组织定义了OSI（开放系统互连）参考模型

OSI参考模型定义了网络中设备所遵守的层次结构      对等通信

提供应用程序间通信      7   应用层      APDU     应用层

处理数据格式、数据加密等 6   表示层     PPDU     表示层

建立、维护和管理会话    5   会话层      SPDU     会话层

建立主机端到端链接      4   传输层   Segment(段)  传输层

寻址和路由选择          3   网络层    Packet(包)   网络层

提供介质访问、链路管理等 2   数据链路层 Frame(帧) 数据链路层

比特流传输              1   物理层      Bit       物理层

注：每一层都使用自己的协议；每一层都利用下层提供的服务与对等层通信。每一层可以同时存在多个实体，可以同时存在多个协议。存在通信关系的对等层实体才是对等实体。

PDU(协议数据单元)

数据封装与解封装：

2.2、TCP/IP协议族

TCP/IP模型的层次结构：

7   应用层

6   表示层                应用层    4  （Telnet ,FTP和SMTP，HTTP等）

5   会话层

4   传输层                 传输层     3   （TCP和UDP）

3   网络层                网络层    2   （IP,ICMP和IGMP）

2   数据链路层

1   物理层                 网络接口层 1   （设备驱动程序及接口ARP,RARP）

 

链路层：处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节

网络层：处理分组在网络中的活动，例如分组选路

传输层：为两台主机上的应用程序提供端到端的通讯。

应用层：处理特定的应用程序细节

 

客户—服务器模型：重复型或并发型

 

2.3、编址

   1、物理地址：链路地址/硬件地址(Mac地址)  ==》数据链路层

       标识通信节点

   2、IP地址：网络地址                    ==》网络层

       标识通信节点的网络连接

       Internet指定

   3、端口地址                             ==》传输层

       标识通信进程

       操作系统指定

 

 

 

3、底层网络技术

3.1、传输介质

   有线介质—导线管

      双绞线，同轴电缆，光纤

    无线介质—电磁波

      8个频段

3.2、局域网（LAN）

      共享介质—广播式

  3.3、交换

       交换系统：有多个输入和输出的“黑盒子”

       电路交换：建立连接，数据传输，拆除链接

分组交换（数据报：传输过程分割数据报，虚电路）

报文交换

3.4、广域网（WAN）

    交换网络----点到点式

      电路交换，分组交换

3.5、连接设备

    （1）、转发器/集线器：物理层

    （2）、网桥/交换机（维护一个地址表）：物理层、链路层

    （3）、路由器：物理层、链路层、网络层

  （4）、网关：物理层、链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层

 4、IP编址

4.1、引言

   IP地址----通用标识符

    唯一标识互联网上的主机或路由器

4.2、IP地址结构

   （1）、32位二进制地址：网络号+主机号

   （2）、IP地址表示----点分十进制

   （3）、IP地址分类：

      A类：0.0.0.0~127.255.255.255    7+24

      B类：128.0.0.0~191.255.255.255  14+16

      C类：192.0.0.0~223.255.255.255  24+8

      D类：224.0.0.0~239.255.255.255  无

      E类：240.0.0.0~255.255.255.255  无

   （4）、多接口设备

      多接口计算机

      路由器

   （5）、网络地址

   （6）、单播地址：可以是A、B、、或C类

   （7）、多播地址：D类

   （8）、广播地址：本地及

   （9）、申请IP地址

   标识网络连接的IP地址数目：

 A类  网络数 126      主机IP数/网络 2^24 -2

   B类  网络数 2^14      主机IP数/网络 2^16 -2

C类  网络数 2^21      主机IP数/网络 2^8 -2

 

     （10）、子网划分：将一个IP类网划分成几个较小的子网

         掩码:子网掩码；默认掩码

      （11）、掩码表示：确定掩码，就确定了子网的大小

         255.255.255.192<==>/26

   最小的IP子网的掩码是多少？  255.255.255.252

 

     （12）、IP分组传输环境：多个网络存在差异：通信能力，分组长度，延时

（13）、IP通信----无连接通信

 （14）、路由表的大小只与网络的个数有关，与每个网络的大小无关

     路由器独立选路，从A到B的路径可能与从B到A的路径不是同一条

只有最后一个路由器才知道目的主机是否存在

 （15）、路由表的构成过程：
    初始化阶段-----路由发现

    维护阶段------路由更新

 

 

4、网际协议（IP）

（1）、IP：不可靠（跨越多个异构物理网）无连接（尽最大努力交付）数据报协议

（2）、数据报（Datagram）

   报头：20~60字节 数据20~65536字节

（3）、IP协议只有一种报文格式---IP数据报

 （4）、IP协议功能：传递数据。缺乏应付可能出现差错的能力

（5）、ICMP为IP提供差错报告机制，为其它层提供辅助功能

（6）、ICMP报文封装在IP中，只能送到指定目的站

（7）、由于IP的无连接性，ICMP只能向源站报告

（8）、源站对ICMP报告可能无能为力

（9）、ICMP在实际中用途较广，但对网络的控制能力较弱

 

 

 

5、UDP

（1）、引言：

传输层功能：

  。作为应用程序和网络操作的中介物

  。创建进程到进程的通信

  。提供差错控制和流控

传输层协议：

  。TCP，传输控制协议

  。UDP,用户数据报协议

（2）、进程到进程的通信

（3）、通信特点：无连接、不可靠

 

6、TCP

（1）、提供通用的、可靠的进程到进程的通信服务；提供统一的数据流投递服务接口

（2）、可靠特征：

。面向数据流的传输：无结构字节流：没有边界，内容任意

。虚电路连接---端到端连接

。有缓冲的传送----提高传输效率

。全双工服务

（3）、可靠性保证：

。采用面向连接的通信方式

。滑动窗口协议，以提高通信性能

。捎带确认方式

。TCP只有一种报文格式，完成

（4）、TCP上通信双方抽象的虚电路连接

（5）、报文段格式：

（6）、控制字段：

      。报文类型、流控、连接建立和拆除

        URG

        RST

        ACK

        SYN

        PSH

        FIN

（7）、TCP的确认机制

     确认机制——带重传的肯定确认。

。接收方收到正确的数据后，向源站回送ACK报文

。发送方重传错误数据（受损报文、丢失报文）

 累计确认

。ACK number是接收方希望接收的下一个字节

。对ACK number以前的所有字节的确认

（8）、超时重传机制

   发送方发送数据时启动一个定时器

（9）、滑动窗口:拥塞避免

（10）、三次握手：建立连接

（11）、四次握手：拆除连接

 

TCP与UDP区别总结：
1、TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接
2、TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达;UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付
3、TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向报文的
  UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如IP电话，实时视频会议等）
4、每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信
5、TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小，只有8个字节
6、TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道，UDP则是不可靠信道

 

7、DNS

（1）、名字空间

     平面名字空间：无结构的字符序列

     层次名字空间：若干部分组成，如域名

（2）、解析：将域名映射为IP地址

 

 

 

 

 

1、网络接口层（链路层）的功能

   作用是负责将数据转换为数字信号在物理设备之间传输。

带宽10Mb     下载速度最高限制为1.25MB    b为bit位     B为Byte字节

 

全双工模式

 

MAC地址：

Mac地址就是硬件地址；

当数据走到网络接口层时候，必须要知道目标的mac地址；

网络中的网卡设备都有mac地址，mac地址是不可路由的；

Mac地址是唯一的，可以人为改掉；

Mac地址采用十六进制数表示，共六个字节（48位）；如：00:oC:29:1D:94:09

 

以太网和IEEE 802封装：

  主机使用的以太网RFC:894分组

 

 

2、网络层

网络层的作用：寻址和路由选择

 

ARP和RARP协议：

   ARP，即地址解析协议，把IP解析为MAC地址。

   每台网络设备都有一个动态ARP信息表；

网络在传输数据时，我们直观的感觉是通过IP地址来传输，但实际上，数据在底层传输时，是通过机器能识别的MAC地址来传输数据。

RARP,即反向地址解析，常在DHCP场合应用。

 

IGMP和ICMP协议：

IGMP,用于组播

ICMP，即控制报文协议，是TCP/IP协议族的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制信息，控制信息是指网络通不通，主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制信息虽然并不传输给用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。

 

IP协议：

   IP是Internet Protocol,网络之间互联的协议。

   在因特网中，它是能使连接到网络上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则，任何厂家生产的计算机系统，只要遵守IP协议就可以与因特网互联互通。

 

认识IP地址：

   IPV4:192.168.100.2  点分10进制，共32位

   IPV6：fe8o::55e5:a4d1:ecce:79oc%16   128位

   IP的最大特点是：公网地址全球唯一性。

  

IP地址的分类：

   A类：0+7位网络号 主机号24位

1.0.0.0到126.0.0.0 ，0.0.0.0和127.0.0.0保留

   B类：10+14位网络号 主机号16位

        128.1.0.0到191.254.0.0 ，128.0.0.0和191.255.0.0保留

   C类：110+21位网络号 主机号8位

        192.0.1.0到223.255.254.0 ， 192.0.0.0和223.255.255.0保留

   D类：1110

        224.0.0.0到239.255.255.255用于多点广播

   E类：11110 

        240.0.0.0到255.255.255.254保留

        255.255.255.255用于广播

 

常见的特殊IP-1

   私网IP：

   A类：10.0.0.1--10.255.255.254   

   B类：172.16.0.1--172.31.255.254

   C类：192.168.0.1--192.168.255.254 

常见的特殊IP-2

   本机IP，即回环地址：127.0.0.1，本机内部通讯；

   网络地址与广播地址；

  169.254.*.*当电脑无法获取到IP时，会自动为自己分配一个；

   任意地址：0.0.0.0

 

IP子网划分：

好处：节省IP资源；方便划分VLAN，分割局域网

IP地址与子网掩码：

子网掩码和IP地址一样也是32位；

子网掩码用于定义网络地址；

默认掩码：

    A类：10.0.0.0/8 或者10.0.0.0/255.0.0.0

    B类：172.16.0.0/16 或者172.16.0.0/255.255.0.0

    C类：192.168.1.0/24 或者192.168.1.0/255.255.255.0

划分子网就是网络位找主机位借位。

 

**子网划分步骤：（以C类为例：192.168.0.0）：

第一步：确定一个子网里准备有多少个主机，假设有45个

第二步：确定子网掩码是什么，256-64=192，即255.255.255.192

第三步：能分成几个子网，256/64 = 4个

第四步：每个子网的起始至结束地址是什么，

a:192.168.0.0-192.168.0.63;

b:192.168.0.64-192.168.0.127;

c:192.168.0.128-192.168.0.191;

d:192.168.0.192-192.168.0.255

第五步：每个子网的网络地址和广播地址是多少（第一个是网络地址，最后一个是广播地址）

第六步：一个子网里可用地址有几个，即减去网络、广播、网关地址

 

 

3、传输层

传输层功能：

    分段上层数据

    建立端到端连接

    透明、可靠传输

    流量控制

 

传输层协议：

    主要有TCP/IP协议族的TCP协议和UDP协议。

 

TCP的特点：

    。三次握手               。确认机制

      》建立可靠连接           》应答接收

    。端口号                 。序列号

      》多路复用                》丢失检查、乱序重排

    。完整性校验            。窗口机制

      》差错检测                》流量控制

 

TCP与UDP的对比：

功能项          TCP                    UDP

连接服务器的类型   面向连接               无连接

维护连接状态      维持端到端的连接      不维护连接状态

 

对应用层数据的     对应用层数据进行

封装               分段和封装，用端口号   与TCP相同

                   标识应用层程序

 

数据传输          通过序列号和应答机制   不确保可靠连接

                   确保可靠连接                 

 

流量控制          使用滑动窗口机制控制   无流量控制机制

                   流量

 

 

4、应用层

常见的服务与默认端口：
端口有TCP与IP之分；

    常见的服务端口对应表：

         服务           默认端口        相关软件

        WEB             TCP  80        Apache，Nginx，IIS

        FTP              TCP  21        VSFTPD,PURE-FTP

        DNS             UDP  53        bind,powerdns

         SMTP            TCP 25     

        POP3             TCP  110   

        SSH              TCP  22        OPENSSH

        ROP              TCP  3389

         .......

 

关于端口的一些知识：
netstat命令：

    更改服务的默认端口（保留号0-1024，自定义端口号1025-65535）。