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），是一個網(wǎng)絡通訊模型，以及一整個網(wǎng)絡傳輸協(xié)議家族，為互聯(lián)網(wǎng)的基礎通訊架構。它常被通稱為TCP/IP協(xié)議族（TCP/IPProtocolSuite），簡稱TCP/IP。因為這個協(xié)議家族的兩個核心協(xié)議，包括TCP（傳輸控制協(xié)議）和IP（網(wǎng)際協(xié)議），為這個家族中最早通過的標準。由于在網(wǎng)絡通訊協(xié)議普遍采用分層的結構，當多個層次的協(xié)議共同工作時，類似計算機科學中的堆棧，因此又被稱為TCP/IP協(xié)議棧（TCP/IPProtocolStack）

。——維基百科，TCP/IP協(xié)議族學習完此課程，您將會：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的設計思想；3、認識TCP/IP協(xié)議族中核心的協(xié)議；4、明白一款網(wǎng)絡軟件與TCP/IP協(xié)議族有何關聯(lián)。目錄第一章、TCP/IP協(xié)議族簡介第二章、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)議族簡介什么是TCP/IP：TCP/IP是Internet核心技術TCP/IP是一個協(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)議族簡介TCP/IP被廣泛應用的原因：TCP/IP是最早出現(xiàn)的網(wǎng)絡協(xié)議之一，同時也是最早出現(xiàn)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，它的出現(xiàn)順應社會需求；DARPA為推廣TCP/IP，采用開放策略，以低價出售其使用權來鼓勵開發(fā)TCP/IP產品；TCP/IP與流行操作系統(tǒng)UNIX的結合也是其成功的一大源泉；與ISO/OSI相比，TCP/IP技術來自于實踐、簡單實用、效率高。第一章、TCP/IP協(xié)議族簡介TCP/IP協(xié)議體系結構：IP協(xié)議時TCP/IP協(xié)議族中的核心。與其配套使用的還有三個協(xié)議，分別是：地址轉換協(xié)議ARP；反向地址轉換協(xié)議RARP；Internet控制報文協(xié)議：ICMP。第一章、TCP/IP協(xié)議族簡介TCP/IP的工作原理：TCP/IP的工作原理：解釋如下兩個網(wǎng)絡只有對等層才能相互通訊；物理層相同，使用中繼器（轉發(fā)器）互連；物理層不同，鏈路層相同，使用交換機（橋設備）互連；物理層、鏈路層不同，網(wǎng)絡層相同，使用路由器互連；網(wǎng)絡協(xié)議完全不同，使用協(xié)議轉換器（網(wǎng)關）互連。第一章、TCP/IP協(xié)議族簡介高層協(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)絡地址的差異，使路由查找成為可能；第一章、TCP/IP協(xié)議族簡介IP協(xié)議提供了一種全球統(tǒng)一的報文格式，屏蔽了網(wǎng)絡鏈路層差異，使網(wǎng)絡互聯(lián)成為可能。第一章、TCP/IP協(xié)議族簡介第二章、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開放網(wǎng)絡模型：1983年，ISO發(fā)布了著名的ISO/IEC7498標準，它定義了網(wǎng)絡互聯(lián)的7層框架，也就是開放式系統(tǒng)互連參考模型；OSI將計算機網(wǎng)絡體系結構劃分為以下七層，標有1-7，第1層在底部；OSI參考模型并沒有提供一個可以實現(xiàn)的方法，而是描述了一些概念，用來協(xié)調進程間通信標準的制定。即OSI參考模型并不是一個標準，而是一個在制定標準時所使用的概念性框架。OSI模型數(shù)據(jù)單元層功能主機

層Data（數(shù)據(jù)）7.

應用層網(wǎng)絡進程到應用程序。6.

表示層數(shù)據(jù)表示形式，加密和解密，把機器相關的數(shù)據(jù)轉換成獨立于機器的數(shù)據(jù)。5.

會話層主機間通訊，管理應用程序之間的會話。Segments（數(shù)據(jù)段）4.

傳輸層在網(wǎng)絡的各個節(jié)點之間可靠地分發(fā)數(shù)據(jù)包。媒介

層Packet/Datagram（數(shù)據(jù)包/報文）3.

網(wǎng)絡層在網(wǎng)絡的各個節(jié)點之間進行地址分配、路由和（不一定可靠地）分發(fā)報文。Bit/Frame（數(shù)據(jù)幀）2.

數(shù)據(jù)鏈路層一個可靠的點對點數(shù)據(jù)直鏈。Bit（比特）1.

物理層一個（不一定可靠的）點對點數(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的對比：TCP/IP模型只有4層；TCP/IP不嚴格要求自己的鏈路層，它是完全開放的；既然如此，那對物理層還不關心也是理所當然的；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)絡層5會話層7應用層6表示層TCP/IP協(xié)議模型與OSI模型的對比：TCP/IP模型只有4層（1層為網(wǎng)絡接口層）或5層；TCP/IP不嚴格要求自己的鏈路層，它是完全開放的；既然如此，那對物理層還不關心也是理所當然的；TCP/IP模型也是與OSI模型相對匹配的。第二章、TCP/IP里的思想應用層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)絡上從源傳遞到目的地，網(wǎng)絡上所有設備需要“講”相同的“語言”；描述網(wǎng)絡通信中“語言”規(guī)范的一組規(guī)則就是協(xié)議。

例如：兩個人交談，必須使用相同的語言，如果你說漢語，他說阿拉伯語……@#&$％……第二章、TCP/IP里的思想為何要分層？用戶服務層的模塊設計可相對獨立于具體的通信線路和通信硬件接口的差別；而通信服務層的模塊設計又可相對獨立于具體用戶應用要求的不同。

例如：文件傳輸或電子郵件服務模塊的設計，不必關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：網(wǎng)絡層的IP協(xié)議提供不可靠、無連接的服務；傳輸層TCP協(xié)議提供面向連接的服務；傳輸層UDP協(xié)議提供無連接的服務。

使用IP/UDP服務時，誰來保證數(shù)據(jù)一定是妥妥的送到對方手中呢？？第一章、TCP/IP協(xié)議族簡介第二章、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)報能成功地到達目的地；無連接：IP并不維護任何關于后續(xù)數(shù)據(jù)報的狀態(tài)信息。每個數(shù)據(jù)報的處理是相互獨立的。

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地址到對應的硬件地址之間提供動態(tài)映射；目的主機ARP層收到ARP廣播后，識別出這是發(fā)送端在尋問它的IP地址，于是發(fā)送一個包含IP地址及對應的硬件地址ARP應答。第三章、TCP/IP核心協(xié)議之ICMP協(xié)議：11種類型；報文格式與類型相關；Ping和Traceroute即采用了類型0和8來實現(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。第三章、TCP/IP核心協(xié)議之TCP協(xié)議：面向連接：兩個使用TCP的應用在彼此交換數(shù)據(jù)之前必須先建立一個TCP連接——三次握手；可靠的：需要確認對方已經收到發(fā)出的報文；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)議簡介：最常用的是Ethernet協(xié)議，在RFC894中定義（IEEE802.3也稱之為Ethernet）；ADSL上網(wǎng)使用的是PPPoE協(xié)議；通過移動廣域網(wǎng)（RAN）、無線局域網(wǎng)（WLAN）上網(wǎng)，使用的是遵守相應協(xié)議的鏈路層，比如WCDMA、802.11b/g/n。第三章、TCP/IP核心協(xié)議應用層協(xié)議：應用層協(xié)議目前有上千種，種類繁多；目前最常用的應用層協(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)議也是最常見的應用層協(xié)議，不過它總是被認為是IP層的。第一章、TCP/IP協(xié)議族簡介第二章、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)進協(xié)議棧的封裝過程：以QQ通信為例，看看封裝過程中協(xié)議棧是如何運轉的。順便理解下什么是表示層、會話層。第四章、TCP/IP協(xié)議的使用交互過程：準備條件：應用程序間的連接，即我的QQ已經做好與對方互動的準備。步驟一：QQ對話框獲取“這是在夸獎天秤座么？”這句話；第四章、TCP/IP協(xié)議的使用第四章、TCP/IP協(xié)議的使用交互過程：步驟二：將“這是在夸獎天秤座么？”識別成計算機的QQ程序認識的語言“D5E2CAC7D4DABFE4BDB1CCECB3D3D7F9C3B4A3BF”。這還沒完，QQ程序會將這段字符再用xx算法進行加密，加密完成后，這段話就完全變成了不可識別的無規(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)議的使用交互過程：步驟三：上面的“0”“1”代碼現(xiàn)在想的就是趕緊到達對方解密。但QQ會話使用什么來標識呢？——QQ號。QQ通過QQ號標識一個用戶，在傳輸數(shù)據(jù)時，就采用了自己的一套QQ號間建立連接的標準來與對方QQ號建立連接（實際上呈現(xiàn)出來就是在前面的基礎上加上自己和對方的識別信息、同時將操作碼等其他信息附著上）。——這就是所謂的OSI的會話層。我們可以理解為程序間的遠程交流。第四章、TCP/IP協(xié)議的使用交互過程：步驟四：完成了如上過程，QQ就會調用TCP/IP協(xié)議棧，將前面生成的信息封裝在UDP報文里面。這里的8000、8001等端口是騰訊已經向UDP端口管理組織注冊過的，只有QQ協(xié)議能夠使用。注：QQ默認采用UDP通訊方式，端口8000，8001。如果UDP的兩個端口不通，會自動轉換到TCP80端口或者TCP443端口進行通訊。QQ同時也支持HTTP代理模式及SOCK5代理模式。第四章、TCP/IP協(xié)議的使用交互過程：下面的過程就簡單了：步驟五：UDP包調用IP協(xié)議程序，封裝成IP包；步驟六：IP包調用鏈路層程序——一般是以太網(wǎng)，封裝成以太幀；步驟七：以太幀被網(wǎng)絡驅動送入物理層，經過一系列物理過程形成電信號、光信號送到電腦外面。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程：1物理層2數(shù)據(jù)鏈路層4傳輸層3網(wǎng)絡層5會話層7應用層6表示層“這是在夸獎天秤座么？”“￥&#@%&……”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+“￥&#@%&……”電脈沖信號第四章、TCP/IP協(xié)議的使用完了么？沒有！還需要在網(wǎng)絡上傳輸……提問使用IP/UDP服務時，誰來保證數(shù)據(jù)一定是妥妥的送到對方手中呢？？曾記否……