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tcp/ip详解

简介：OSI参考模型分七层：物理层，链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层

层间的数据称为：PDU（协议数据单元）；每层的PDU称为不同：链路层-帧(frame)，网络层-分组(packet)，传输层-数据报（segement)

网络数据交换方式：

电路交换：独占传输媒介，建立连接，传输数据，断开连接；如电话系统

分组交换：分组交换分：数据报分组交换和虚电路分组交换；数据报分组交换：分组数据会选择不同网络节点，不同路径会无序的到达目的；虚电路交换：建立连接后，分组数据会采用相同的传输路径到达目的：

不同网络设备转发的数据网络层次不同，当前层（不同网络的共同层）的下层可以不同，所以可以是不同的设备，即可以连接不同的设备

转发器/集线器：物理层

网桥/交换机： + 链路层

路由器： +网络层

网关： +会话层+表示层+传输层+应用层

网络协议通常分不同层次进行开发，每一层分别负责不同的通信功能。一个协议族，比如 T C P / I P，是一组不同层次上的多个协议的组合。 T C P / I P通常被认为是一个四层协议系统

每一层负责不同的功能：

1) 链路层，有时也称作数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。（对物理层比特流传输的加强，比特流和帧之间的转换，传输错误检测，流量控制）

数据链路层有三个目的：

为IP模块发送和 接收IP数据报。

为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答。

为RARP发送RARP请 求和接收RARP应答

ARP叫做地址解析协议，是用IP地址换MAC地址的一种协议，而RARP则叫做逆地址解析协议

2) 网络层，有时也称作互联网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。在T C P / I P协议族中，网络层协议包括 I P协议（网际协议），I C M P协议（I n t e r n e t互联网控制报文协议），以及I G M P协议（I n t e r n e t组管理协议）。

I C M P是I P协议的附属协议。I P层用它来与其他主机或路由器交换错误报文和其他重要信息。
第6章对I C M P的有关细节进行讨论。尽管I C M P主要被I P使用，但应用程序也有可能访问它。我
们将分析两个流行的诊断工具，P i n g和Tr a c e r o u t e（第7章和第8章），它们都使用了I C M P。
I G M P是I n t e r n e t组管理协议。它用来把一个U D P数据报多播到多个主机。

A R P（地址解析协议）和R A R P（逆地址解析协议）是某些网络接口（如以太网和令牌环
网）使用的特殊协议，用来转换 I P层和网络接口层使用的地址。

3 ) 运输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在 T C P / I P协议族中，有两个
互不相同的传输协议：T C P（传输控制协议）和U D P（用户数据报协议）。
T C P为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分
成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟
等。由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。
而另一方面，U D P则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组
从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。任何必需的可靠
性必须由应用层来提供。
这两种运输层协议分别在不同的应用程序中有不同的用途，这一点将在后面看到。
4 ) 应用层负责处理特定的应用程序细节。

二

网络层 I P提供的是一种不可靠的服务。也就是说，它只是尽可能快
地把分组从源结点送到目的结点，但是并不提供任何可靠性保证。而另一方面， T C P在不可
靠的I P层上提供了一个可靠的运输层。为了提供这种可靠的服务， T C P采用了超时重传、发
送和接收端到端的确认分组等机制。

三封装

当应用程序用T C P传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作
一串比特流送入网络。其中每一层对收到的数据都要增加一些首部信息（有时还要增加尾部
信息），该过程如图 1 - 7所示。T C P传给I P的数据单元称作 T C P报文段或简称为 T C P段（T C P
s e g m e n t）。I P传给网络接口层的数据单元称作 I P数据报(IP datagram)。通过以太网传输的比特
流称作帧(Fr a m e )。

I P和网络接口层之间传送的数据单元是分组（ p a c k e t）。
分组既可以是一个I P数据报，也可以是I P数据报的一个片（f r a g m e n t）。我们将在11 . 5节
讨论IP数据报分片的详细情况。

由于T C P、U D P、I C M P和I G M P都要向I P传送数据，因此I P必须在
生成的I P首部中加入某种标识，以表明数据属于哪一层。为此， I P在首部中存入一个长度为
8 b i t的数值，称作协议域。 1表示为I C M P协议，2表示为I G M P协议，6表示为T C P协议，1 7表
示为U D P协议。
类似地，许多应用程序都可以使用 T C P或U D P来传送数据。运输层协议在生成报文首部
时要存入一个应用程序的标识符。 T C P和U D P都用一个1 6 b i t的端口号来表示不同的应用程序。
T C P和U D P把源端口号和目的端口号分别存入报文首部中。
网络接口分别要发送和接收 I P、A R P和R A R P数据，因此也必须在以太网的帧首部中加入

某种形式的标识，以指明生成数据的网络层协议。为此，以太网的帧首部也有一个 16 bit的帧

类型域。

四分用

当目的主机收到一个以太网数据帧时，数据就开始从协议栈中由底向上升，同时去掉各
层协议加上的报文首部。每层协议盒都要去检查报文首部中的协议标识，以确定接收数据的
上层协议。这个过程称作分用（D e m u l t i p l e x i n g）

五链路层作用：

在T C P / I P协议族中，链路层主要有三个目的：（1）为I P模块发送和
接收I P数据报；（2）为A R P模块发送A R P请求和接收A R P应答；（3）为R A R P发送R A R P请
求和接收R A R P应答。T C P / I P支持多种不同的链路层协议，这取决于网络所使用的硬件，如以
太网、令牌环网、F D D I（光纤分布式数据接口）及R S-2 3 2串行线路等。