TCPIP協(xié)議族思想解析

TCP/IP協(xié)議族思想解析（V1.00）李海剛，2014-10-16新建互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議族（InternetProtocolSuite），是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通訊模型，以及一整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議家族，為互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)通訊架構(gòu)。它常被通稱(chēng)為T(mén)CP/IP協(xié)議族（TCP/IPProtocolSuite），簡(jiǎn)稱(chēng)TCP/IP。因?yàn)檫@個(gè)協(xié)議家族的兩個(gè)核心協(xié)議，包括TCP（傳輸控制協(xié)議）和IP（網(wǎng)際協(xié)議），為這個(gè)家族中最早通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)。由于在網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議普遍采用分層的結(jié)構(gòu)，當(dāng)多個(gè)層次的協(xié)議共同工作時(shí)，類(lèi)似計(jì)算機(jī)科學(xué)中的堆棧，因此又被稱(chēng)為T(mén)CP/IP協(xié)議棧（TCP/IPProtocolStack）

?！S基百科，TCP/IP協(xié)議族學(xué)習(xí)完此課程，您將會(huì)：1、了解TCP/IP協(xié)議棧與OSI參考模型的區(qū)別與聯(lián)系；2、理解TCP/IP的設(shè)計(jì)思想；3、認(rèn)識(shí)TCP/IP協(xié)議族中核心的協(xié)議；4、明白一款網(wǎng)絡(luò)軟件與TCP/IP協(xié)議族有何關(guān)聯(lián)。目錄第一章、TCP/IP協(xié)議族簡(jiǎn)介第二章、TCP/IP里的思想第三章、TCP/IP核心協(xié)議第四章、TCP/IP協(xié)議的使用第一章、TCP/IP協(xié)議族簡(jiǎn)介什么是TCP/IP：TCP/IP是Internet核心技術(shù)TCP/IP是一個(gè)協(xié)議族HTTP、TELNET、FTP、STMP、SNMP……RIP、OSPF、BGP、ISIS……TCP、UDP……IP、IGMP、ARP、ICMP……IP是TCP/IP的核心協(xié)議第一章、TCP/IP協(xié)議族簡(jiǎn)介T(mén)CP/IP被廣泛應(yīng)用的原因：TCP/IP是最早出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之一，同時(shí)也是最早出現(xiàn)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，它的出現(xiàn)順應(yīng)社會(huì)需求；DARPA為推廣TCP/IP，采用開(kāi)放策略，以低價(jià)出售其使用權(quán)來(lái)鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)TCP/IP產(chǎn)品；TCP/IP與流行操作系統(tǒng)UNIX的結(jié)合也是其成功的一大源泉；與ISO/OSI相比，TCP/IP技術(shù)來(lái)自于實(shí)踐、簡(jiǎn)單實(shí)用、效率高。第一章、TCP/IP協(xié)議族簡(jiǎn)介T(mén)CP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)：IP協(xié)議時(shí)TCP/IP協(xié)議族中的核心。與其配套使用的還有三個(gè)協(xié)議，分別是：地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP；反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議RARP；Internet控制報(bào)文協(xié)議：ICMP。第一章、TCP/IP協(xié)議族簡(jiǎn)介T(mén)CP/IP的工作原理：TCP/IP的工作原理：解釋如下兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有對(duì)等層才能相互通訊；物理層相同，使用中繼器（轉(zhuǎn)發(fā)器）互連；物理層不同，鏈路層相同，使用交換機(jī)（橋設(shè)備）互連；物理層、鏈路層不同，網(wǎng)絡(luò)層相同，使用路由器互連；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完全不同，使用協(xié)議轉(zhuǎn)換器（網(wǎng)關(guān)）互連。第一章、TCP/IP協(xié)議族簡(jiǎn)介高層協(xié)議TCP/IP以太網(wǎng)令牌環(huán)X.25FRATMPPPTCP/IP在全球網(wǎng)絡(luò)中的作用：IP協(xié)議提供了一種全球統(tǒng)一的編址方式，屏蔽了物理網(wǎng)絡(luò)地址的差異，使路由查找成為可能；第一章、TCP/IP協(xié)議族簡(jiǎn)介IP協(xié)議提供了一種全球統(tǒng)一的報(bào)文格式，屏蔽了網(wǎng)絡(luò)鏈路層差異，使網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為可能。第一章、TCP/IP協(xié)議族簡(jiǎn)介第二章、TCP/IP里的思想第三章、TCP/IP核心協(xié)議第四章、TCP/IP的使用目錄第二章、TCP/IP里的思想OSI開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)模型：1983年，ISO發(fā)布了著名的ISO/IEC7498標(biāo)準(zhǔn)，它定義了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的7層框架，也就是開(kāi)放式系統(tǒng)互連參考模型；OSI將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)劃分為以下七層，標(biāo)有1-7，第1層在底部；OSI參考模型并沒(méi)有提供一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的方法，而是描述了一些概念，用來(lái)協(xié)調(diào)進(jìn)程間通信標(biāo)準(zhǔn)的制定。即OSI參考模型并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，而是一個(gè)在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所使用的概念性框架。OSI模型數(shù)據(jù)單元層功能主機(jī)

層Data（數(shù)據(jù)）7.

應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程到應(yīng)用程序。6.

表示層數(shù)據(jù)表示形式，加密和解密，把機(jī)器相關(guān)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成獨(dú)立于機(jī)器的數(shù)據(jù)。5.

會(huì)話(huà)層主機(jī)間通訊，管理應(yīng)用程序之間的會(huì)話(huà)。Segments（數(shù)據(jù)段）4.

傳輸層在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可靠地分發(fā)數(shù)據(jù)包。媒介

層Packet/Datagram（數(shù)據(jù)包/報(bào)文）3.

網(wǎng)絡(luò)層在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行地址分配、路由和（不一定可靠地）分發(fā)報(bào)文。Bit/Frame（數(shù)據(jù)幀）2.

數(shù)據(jù)鏈路層一個(gè)可靠的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)直鏈。Bit（比特）1.

物理層一個(gè)（不一定可靠的）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)直鏈。第二章、TCP/IP里的思想第二章、TCP/IP里的思想TCP/IP協(xié)議模型與OSI的對(duì)比：TCP/IP模型只有4層；TCP/IP不嚴(yán)格要求自己的鏈路層，它是完全開(kāi)放的；既然如此，那對(duì)物理層還不關(guān)心也是理所當(dāng)然的；TCP/IP也是符合OSI要求的。1物理層2數(shù)據(jù)鏈路層4傳輸層3網(wǎng)絡(luò)層5會(huì)話(huà)層7應(yīng)用層6表示層TCP/IP協(xié)議模型與OSI模型的對(duì)比：TCP/IP模型只有4層（1層為網(wǎng)絡(luò)接口層）或5層；TCP/IP不嚴(yán)格要求自己的鏈路層，它是完全開(kāi)放的；既然如此，那對(duì)物理層還不關(guān)心也是理所當(dāng)然的；TCP/IP模型也是與OSI模型相對(duì)匹配的。第二章、TCP/IP里的思想應(yīng)用層5第二章、TCP/IP里的思想什么是協(xié)議？為了使數(shù)據(jù)可以在網(wǎng)絡(luò)上從源傳遞到目的地，網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備需要“講”相同的“語(yǔ)言”；描述網(wǎng)絡(luò)通信中“語(yǔ)言”規(guī)范的一組規(guī)則就是協(xié)議。

例如：兩個(gè)人交談，必須使用相同的語(yǔ)言，如果你說(shuō)漢語(yǔ)，他說(shuō)阿拉伯語(yǔ)……@#&$％……第二章、TCP/IP里的思想為何要分層？用戶(hù)服務(wù)層的模塊設(shè)計(jì)可相對(duì)獨(dú)立于具體的通信線路和通信硬件接口的差別；而通信服務(wù)層的模塊設(shè)計(jì)又可相對(duì)獨(dú)立于具體用戶(hù)應(yīng)用要求的不同。

例如：文件傳輸或電子郵件服務(wù)模塊的設(shè)計(jì)，不必關(guān)心底層通信線路是光纖還是雙絞線第二章、TCP/IP里的思想TCP/IP提供不同的服務(wù)：網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議提供不可靠、無(wú)連接的服務(wù)；傳輸層TCP協(xié)議提供面向連接的服務(wù)；傳輸層UDP協(xié)議提供無(wú)連接的服務(wù)。

使用IP/UDP服務(wù)時(shí)，誰(shuí)來(lái)保證數(shù)據(jù)一定是妥妥的送到對(duì)方手中呢？？第一章、TCP/IP協(xié)議族簡(jiǎn)介第二章、TCP/IP里的思想第三章、TCP/IP核心協(xié)議第四章、TCP/IP的使用目錄第三章、TCP/IP核心協(xié)議TCP/IP協(xié)議族中的核心協(xié)議：網(wǎng)絡(luò)層：IP、ARP、ICMP；傳輸層：UDP、TCP。

第三章、TCP/IP核心協(xié)議之IP協(xié)議：不可靠：是它不能保證IP數(shù)據(jù)報(bào)能成功地到達(dá)目的地；無(wú)連接：IP并不維護(hù)任何關(guān)于后續(xù)數(shù)據(jù)報(bào)的狀態(tài)信息。每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的處理是相互獨(dú)立的。

第三章、TCP/IP核心協(xié)議第三章、TCP/IP核心協(xié)議之ARP協(xié)議：ARP為IP地址到對(duì)應(yīng)的硬件地址之間提供動(dòng)態(tài)映射；目的主機(jī)ARP層收到ARP廣播后，識(shí)別出這是發(fā)送端在尋問(wèn)它的IP地址，于是發(fā)送一個(gè)包含IP地址及對(duì)應(yīng)的硬件地址ARP應(yīng)答。第三章、TCP/IP核心協(xié)議之ICMP協(xié)議：11種類(lèi)型；報(bào)文格式與類(lèi)型相關(guān)；Ping和Traceroute即采用了類(lèi)型0和8來(lái)實(shí)現(xiàn)。第三章、TCP/IP核心協(xié)議第三章、TCP/IP核心協(xié)議之UDP協(xié)議：不可靠：它把應(yīng)用程序傳給IP層的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，并不保證是否到達(dá)。第三章、TCP/IP核心協(xié)議之TCP協(xié)議：面向連接：兩個(gè)使用TCP的應(yīng)用在彼此交換數(shù)據(jù)之前必須先建立一個(gè)TCP連接——三次握手；可靠的：需要確認(rèn)對(duì)方已經(jīng)收到發(fā)出的報(bào)文；豐富的流控手段。第三章、TCP/IP核心協(xié)議第三章、TCP/IP核心協(xié)議鏈路層協(xié)議簡(jiǎn)介：最常用的是Ethernet協(xié)議，在RFC894中定義（IEEE802.3也稱(chēng)之為Ethernet）；ADSL上網(wǎng)使用的是PPPoE協(xié)議；通過(guò)移動(dòng)廣域網(wǎng)（RAN）、無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）上網(wǎng)，使用的是遵守相應(yīng)協(xié)議的鏈路層，比如WCDMA、802.11b/g/n。第三章、TCP/IP核心協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議：應(yīng)用層協(xié)議目前有上千種，種類(lèi)繁多；目前最常用的應(yīng)用層協(xié)議主要是微信使用的HTTP、QQ使用的QQ協(xié)議、BitTorrent協(xié)議（P2P下載使用的一種）、RTMP流媒體視頻協(xié)議等；傳統(tǒng)的SNMP網(wǎng)管協(xié)議、STMP郵件協(xié)議、FTP文件傳輸協(xié)議、DNS域名解析協(xié)議等也依然在暗處默默發(fā)揮著作用；路由協(xié)議也是最常見(jiàn)的應(yīng)用層協(xié)議，不過(guò)它總是被認(rèn)為是IP層的。第一章、TCP/IP協(xié)議族簡(jiǎn)介第二章、TCP/IP里的思想第三章、TCP/IP核心協(xié)議第四章、TCP/IP的使用目錄第四章、TCP/IP協(xié)議的使用數(shù)據(jù)進(jìn)協(xié)議棧的封裝過(guò)程：以QQ通信為例，看看封裝過(guò)程中協(xié)議棧是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的。順便理解下什么是表示層、會(huì)話(huà)層。第四章、TCP/IP協(xié)議的使用交互過(guò)程：準(zhǔn)備條件：應(yīng)用程序間的連接，即我的QQ已經(jīng)做好與對(duì)方互動(dòng)的準(zhǔn)備。步驟一：QQ對(duì)話(huà)框獲取“這是在夸獎(jiǎng)天秤座么？”這句話(huà)；第四章、TCP/IP協(xié)議的使用第四章、TCP/IP協(xié)議的使用交互過(guò)程：步驟二：將“這是在夸獎(jiǎng)天秤座么？”識(shí)別成計(jì)算機(jī)的QQ程序認(rèn)識(shí)的語(yǔ)言“D5E2CAC7D4DABFE4BDB1CCECB3D3D7F9C3B4A3BF”。這還沒(méi)完，QQ程序會(huì)將這段字符再用xx算法進(jìn)行加密，加密完成后，這段話(huà)就完全變成了不可識(shí)別的無(wú)規(guī)律“0”“1”字串了。——這就是所謂的OSI的表示層。注：目前QQ使用的GBK還是BIG5字符集尚不清楚，此處僅以GBK為例。第四章、TCP/IP協(xié)議的使用交互過(guò)程：步驟三：上面的“0”“1”代碼現(xiàn)在想的就是趕緊到達(dá)對(duì)方解密。但QQ會(huì)話(huà)使用什么來(lái)標(biāo)識(shí)呢？——QQ號(hào)。QQ通過(guò)QQ號(hào)標(biāo)識(shí)一個(gè)用戶(hù)，在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，就采用了自己的一套QQ號(hào)間建立連接的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)與對(duì)方QQ號(hào)建立連接（實(shí)際上呈現(xiàn)出來(lái)就是在前面的基礎(chǔ)上加上自己和對(duì)方的識(shí)別信息、同時(shí)將操作碼等其他信息附著上）?！@就是所謂的OSI的會(huì)話(huà)層。我們可以理解為程序間的遠(yuǎn)程交流。第四章、TCP/IP協(xié)議的使用交互過(guò)程：步驟四：完成了如上過(guò)程，QQ就會(huì)調(diào)用TCP/IP協(xié)議棧，將前面生成的信息封裝在UDP報(bào)文里面。這里的8000、8001等端口是騰訊已經(jīng)向UDP端口管理組織注冊(cè)過(guò)的，只有QQ協(xié)議能夠使用。注：QQ默認(rèn)采用UDP通訊方式，端口8000，8001。如果UDP的兩個(gè)端口不通，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到TCP80端口或者TCP443端口進(jìn)行通訊。QQ同時(shí)也支持HTTP代理模式及SOCK5代理模式。第四章、TCP/IP協(xié)議的使用交互過(guò)程：下面的過(guò)程就簡(jiǎn)單了：步驟五：UDP包調(diào)用IP協(xié)議程序，封裝成IP包；步驟六：IP包調(diào)用鏈路層程序——一般是以太網(wǎng)，封裝成以太幀；步驟七：以太幀被網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)送入物理層，經(jīng)過(guò)一系列物理過(guò)程形成電信號(hào)、光信號(hào)送到電腦外面。第四章、TCP/IP協(xié)議的使用下面讓我們回憶下輸入一段文字，直到這段文字被送出電腦的過(guò)程：1物理層2數(shù)據(jù)鏈路層4傳輸層3網(wǎng)絡(luò)層5會(huì)話(huà)層7應(yīng)用層6表示層“這是在夸獎(jiǎng)天秤座么？”“￥&#@%&……”QQ協(xié)議信息+

“￥&#@%&……”UDP頭+QQ協(xié)議信息+“￥&#@%&……”IP頭+UDP頭+QQ協(xié)議信息+“￥&#@%&……”Ethernet頭+IP頭+UDP頭+QQ協(xié)議信息+“￥&#@%&……”電脈沖信號(hào)第四章、TCP/IP協(xié)議的使用完了么？沒(méi)有！還需要在網(wǎng)絡(luò)上傳輸……提問(wèn)使用IP/UDP服務(wù)時(shí)，誰(shuí)來(lái)保證數(shù)據(jù)一定是妥妥的送到對(duì)方手中呢？？曾記否……