总结TCP/IP四层模子

总结TCP/IP四层模子

阅读目录(Content)

• 一、TCP/IP参考模子概述
  
  
  
  • 1.1、TCP/IP参考模子的条理结构
    
  
  
• 二、TCP/IP四层功能概述 
  
  
  
  • 2.1、主机到网络层　 
    
  • 2.2、网络互连层　 
    
  • 2.3、传输层　 
    
  • 2.3、应用层 
    
  
  
• 三、TCP/IP报文格式
  
  
  
  • 3.1、IP报文格式
    
  • 3.2、TCP数据段格式
    
  • 3.3、UDP数据段格式
    
  • 3.4、套接字
    
  
  

前言
　　在这里有一个问题，有的书上说TCP/IP是四层有的却说是五层。其实这个问题我也上网查了一下资料。
　　tcp/ip是事实标准，分4层。osi模子是国际标准，分7层。讲课的时候，一般把他们综合起来讲，就说是5层。他把网络接口层分开为数据链路层和物理层了。
　　我们探讨一下为什么ISO七层模子不实用而大部分都是使用的是TCP/IP四层模子呀？
　　OSI的七层协议体系结构的概念清楚，理论也比较完整，但它既复杂又不实用，TCP/IP体系结构则不同，它现在已经得到了非常广泛的应用，TCP/IP是一个四层的体系结构，
　　它包罗应用层、运输层、网际层和网络接口层（用网际层这个名字是强调这一层是为相识决不同网络的互连问题  ），不外从实质来讲，TCP/IP只有最上面的三层，因为最下面的网络接口层基本上和一般的通信链路的功能上没有多大差异，
　　对于盘算机网络来说，这一层并没有什么特别新的具体的内容，因此在学习盘算机网络原理是通常采用折中的办法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构
　　　　

 
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一、TCP/IP参考模子概述

ISO制定的OSI参考模子的过于巨大、复杂招致了很多批评。与此对照，由技术人员本身开发的TCP/IP协议栈获得了更为广泛的应用。如下图，是TCP/IP参考模子和OSI参考模子的对比表示图。
　　

 
1.1、TCP/IP参考模子的条理结构

　　TCP/IP协议栈是美国国防部高级研究计划局盘算机网（Advanced Research Projects Agency Network，ARPANET）和其后继因特网使用的参考模子。ARPANET是由美国国防部（U.S．Department of Defense，DoD）赞助的研究网络。
　　最初，它只连接了美国境内的四所大学。随后的几年中，它通过租用的电话线连接了数百所大学和政府部分。终极ARPANET发展成为环球规模最大的互连网络-因特网。最初的ARPANET于1990年永世性地关闭。　　
　　TCP/IP参考模子分为四个条理：应用层、传输层、网络互连层和主机到网络层。如下图所示。
　　

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二、TCP/IP四层功能概述 

　　在TCP/IP参考模子中，去掉了OSI参考模子中的会话层和表示层（这两层的功能被归并到应用层实现）。同时将OSI参考模子中的数据链路层和物理层归并为主机到网络层。下面，分别介绍各层的主要功能。
 
2.1、主机到网络层　　

　　网络接入层与OSI参考模子中的物理层和数据链路层相对应。它负责监视数据在主机和网络之间的交换。事实上，TCP/IP本身并未界说该层的协议，而由参与互连的各网络使用本身的物理层和数据链路层协议，
　　然后与TCP/IP的网络接入层进行连接。地址分析协议（ARP）工作在此层，即OSI参考模子的数据链路层。
　　现实上TCP/IP参考模子没有真正描述这一层的实现，只是要求可以或许提供给其上层-网络互连层一个访问接口，以便在其上传递IP分组。由于这一条理未被界说，所以其具体的实现方法将随着网络类型的不同而不同。　
 
2.2、网络互连层　　

　　网络互连层是整个TCP/IP协议栈的核心。它的功能是把分组发往目的网络或主机。同时，为了尽快地发送分组，可能需要沿不同的路径同时进行分组传递。因此，分组到达的次序和发送的次序可能不同，这就需要上层必须对分组进行排序。　　
　　网络互连层界说了分组格式和协议，即IP协议（Internet Protocol）。　　
　　网络互连层除了需要完成路由的功能外，也可以完成将不同类型的网络（异构网）互连的任务。除此之外，网络互连层还需要完成拥塞控制的功能。
 
2.3、传输层　　

   　在TCP/IP模子中，传输层的功能是使源端主机和目的端主机上的对等实体可以进行会话。在传输层界说了两种服务质量不同的协议。即：传输控制协议TCP（transmission control protocol）和用户数据报协议UDP（user datagram protocol）。　　
　　TCP协议是一个面向连接的、可靠的协议。它将一台主机发出的字节流无不对地发往互联网上的其他主机。在发送端，它负责把上层传送下来的字节流分成报文段并传递给下层。
　　在接收端，它负责把收到的报文进行重组后递交给上层。TCP协议还要处置惩罚端到端的流量控制，以避免缓慢接收的接收方没有足够的缓冲区接收发送方发送的大量数据。　　
　　UDP协议是一个不可靠的、无连接协议，主要实用于不需要对报文进行排序和流量控制的场合。　　
 
2.3、应用层　

　　　TCP/IP模子将OSI参考模子中的会话层和表示层的功能归并到应用层实现。　　
　　应用层面向不同的网络应用引入了不同的应用层协议。此中，有基于TCP协议的，如文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）、虚拟终端协议（TELNET）、超文本链接协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP），也有基于UDP协议的。
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三、TCP/IP报文格式

 
3.1、IP报文格式

　　IP协议是TCP/IP协议族中最为核心的协议。它提供不可靠、无连接的服务，也即依赖其他层的协议进行不对控制。
　　在局域网情况，IP协议通常被封装在以太网帧中传送。而全部的TCP、UDP、ICMP、IGMP数据都被封装在IP数据报中传送。如下图所示：
　　　　

　　　　　　　　TCP/IP报文封装

　　　　

　　　　　　　　　　IP头部（报头）格式：（RFC 791）
　　分析：　　　
　　　　1）版本（Version）字段：占4比特。用来表明IP协议实现的版本号，当前一般为IPv4，即0100。　　
　　　　2）报头长度（Internet Header Length，IHL）字段：占4比特。是头部占32比特的数字，包罗可选项。普通IP数据报（没有任何选项），该字段的值是5，即160比特=20字节。此字段最大值为60字节。　　　　　　　　
　　　　3）服务类型（Type of Service ，TOS）字段：占8比特。此中前3比特为优先权子字段（Precedence，现已被忽略）。第8比特保留未用。第4至第7比特分别代表延迟、吞吐量、可靠性和花费。
　　　　　　当它们取值为1时分别代表要求最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。这4比特的服务类型中只能置此中1比特为1。可以全为0，若全为0则表示一般服务。服务类型字段声明了数据报被网络系统传输时可以被怎样处置惩罚。
　　　　　　比方：TELNET协议可能要求有最小的延迟，FTP协议（数据）可能要求有最大吞吐量，SNMP协议可能要求有最高可靠性，NNTP（Network News Transfer Protocol，网络消息传输协议）可能要求最小费用，而ICMP协议可能无特殊要求（4比特全为0）。
　　　　　　现实上，大部分主时机忽略这个字段，但一些动态路由协议如OSPF（Open Shortest Path First Protocol）、IS-IS（Intermediate System to Intermediate System Protocol）可以根据这些字段的值进行路由决议。
　　　　4）总长度字段：占16比特。指明整个数据报的长度（以字节为单位）。最大长度为65535字节。　　
　　　　5）标志字段：占16比特。用来唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发一份报文，它的值会加1。　　
　　　　6）标志位字段：占3比特。标志一份数据报是否要求分段。　　
　　　　7）段偏移字段：占13比特。假如一份数据报要求分段的话，此字段指明该段偏移距原始数据报开始的位置。　　
　　　　8）生存期（TTL：Time to Live）字段：占8比特。用来设置数据报最多可以经过的路由器数。由发送数据的源主机设置，通常为32、64、128等。每经过一个路由器，其值减1，直到0时该数据报被丢弃。　　
　　　　9）协议字段：占8比特。指明IP层所封装的上层协议类型，如ICMP（1）、IGMP（2） 、TCP（6）、UDP（17）等。　　
　　　　10）头部校验和字段：占16比特。内容是根据IP头部盘算得到的校验和码。盘算方法是：对头部中每个16比特进行二进制反码求和。（和ICMP、IGMP、TCP、UDP不同，IP不对头部后的数据进行校验）。　　
　　　　11）源IP地址、目的IP地址字段：各占32比特。用来标明发送IP数据报文的源主机地址和接收IP报文的目的主机地址。　　
　　　　12）可选项字段：占32比特。用来界说一些任选项：如记载路径、时间戳等。这些选项很少被使用，同时并不是全部主机和路由器都支持这些选项。可选项字段的长度必须是32比特的整数倍，假如不足，必须填充0以达到此长度要求。
 
3.2、TCP数据段格式

　　TCP是一种可靠的、面向连接的字节流服务。源主机在传送数据前需要先和目的主机建立连接。然后，在此连接上，被编号的数据段按序收发。同时，要求对每个数据段进行确认，保证了可靠性。
　　假如在指定的时间内没有收到目的主机对所发数据段简直认，源主机将再次发送该数据段。　　
　　　　

　　　　　　　　　　　　TCP头部结构（RFC 793、1323）
　　分析：
　　　　1）源、目的端标语字段：占16比特。TCP协议通过使用"端口"来标识源端和目的端的应用历程。端标语可以使用0到65535之间的任何数字。在收到服务哀求时，操作系统动态地为客户端的应用步调分配端标语。
　　　　　　在服务器端，每种服务在"众所周知的端口"（Well-Know Port）为用户提供服务。
　　　　2）次序号字段：占32比特。用来标识从TCP源端向TCP目的端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节。　　
　　　　3）确认号字段：占32比特。只有ACK标志为1时，确认号字段才有效。它包罗目的端所盼望收到源端的下一个数据字节。　　
　　　　4）头部长度字段：占4比特。给出头部占32比特的数目。没有任何选项字段的TCP头部长度为20字节；最多可以有60字节的TCP头部。　　
　　　　5）标志位字段（U、A、P、R、S、F）：占6比特。各比特的含义如下：　　
　　　　　　URG：紧急指针（urgent pointer）有效。　　
　　　　　　ACK：确认序号有效。　　
　　　　　　PSH：接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。　　
　　　　　　RST：重修连接。　　
　　　　　　SYN：发起一个连接。　　
　　　　　　FIN：开释一个连接。　　
　　　　6）窗口巨细字段：占16比特。此字段用来进行流量控制。单位为字节数，这个值是本机盼望一次接收的字节数。　　
　　　　7）TCP校验和字段：占16比特。对整个TCP报文段，即TCP头部和TCP数据进行校验和盘算，并由目的端进行验证。　　
　　　　8）紧急指针字段：占16比特。它是一个偏移量，和序号字段中的值相加表示紧急数据末了一个字节的序号。　　
　　　　9）选项字段：占32比特。可能包罗"窗口扩大因子"、"时间戳"等选项。
 
3.3、UDP数据段格式

　　UDP是一种不可靠的、无连接的数据报服务。源主机在传送数据前不需要和目的主机建立连接。数据被冠以源、目的端标语等UDP报头字段后直接发往目的主机。这时，每个数据段的可靠性依赖上层协议来保证。在传送数据较少、较小的情况下，UDP比TCP更加高效。　　
　　　　

　　　　　　　　UDP头部结构（RFC 793、1323）
　　分析：
　　　　1）源、目的端标语字段：占16比特。作用与TCP数据段中的端标语字段雷同，用来标识源端和目的端的应用历程。　　
　　　　2）长度字段：占16比特。标明UDP头部和UDP数据的总长度字节。　　
　　　　3）校验和字段：占16比特。用来对UDP头部和UDP数据进行校验。和TCP不同的是，对UDP来说，此字段是可选项，而TCP数据段中的校验和字段是必须有的。
 
3.4、套接字

　　在每个TCP、UDP数据段中都包罗源端口和目的端口字段。有时，我们把一个IP地址和一个端标语合称为一个套接字（Socket），而一个套接字对（Socket pair）可以唯一地确定互连网络中每个TCP连接的双方（客户IP地址、客户端标语、服务器IP地址、服务器端标语）。
　　
　　　　

 　　　　　　　　　　常见协议和对应的服务端标语
　　注意：不同的应用层协议可能基于不同的传输层协议，如FTP、TELNET、SMTP协议基于可靠的TCP协议。TFTP、SNMP、RIP基于不可靠的UDP协议。　　
　　同时，有些应用层协议占用了两个不同的端标语，如FTP的20、21端口，SNMP的161、162端口。这些应用层协议在不同的端口提供不同的功能。如FTP的21端口用来侦听用户的连接哀求，而20端口用来传送用户的文件数据。
　　再如，SNMP的161端口用于SNMP管理历程获取SNMP代理的数据，而162端口用于SNMP代理主动向SNMP管理历程发送数据。　　
　　还有一些协议使用了传输层的不同协议提供的服务。如DNS协议同时使用了TCP 53端口和UDP 53端口。DNS协议在UDP的53端口提供域名分析服务，在TCP的53端口提供DNS区域文件传输服务。
 
 

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