TCP/IP網路通訊協定基礎知識集錦[轉]

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引言

本篇屬於TCP/IP協議的基礎知識，重點介紹了TCP/IP協議簇的內容、作用以及TCP、UDP、IP三種常見網路通訊協定相關的基礎知識。

 

內容

TCP/IP協議簇是由OSI七層模型發展而來的，之所以存在OSI互聯參考模型主要有以下幾點好處：

1、用於解決不同廠商的裝置互聯問題：即相容性考慮;

2、層次化結構獨立性強;可擴充性強;

3、統一標準可以方便學習;

TCP/IP模型

TCP/IP模型與OSI模型的相互關係如所示：

 

注釋

1、應用程式層：與OSI的應用程式層、展示層、會話層相對應，主要作用是向使用者應用提供訪問網路的介面;

2、傳輸層：也稱為主機到主機層，與OSI的傳輸層相對應，指定了控制網路層的協議，定義了資料的傳輸方式是TCP還是UDP，建立兩台裝置的端到端串連;傳輸層和資料連結層都定義了流控和差錯控制機制，區別是：資料連結層協議強調控制資料鏈路上的流量，即串連兩台裝置的物理介質流量，而傳輸層控制邏輯鏈路上的流量，即兩台裝置的端到端串連，這種邏輯串連可能跨越一連串資料鏈路;

3、網路層：定義了資料包格式和地址格式，主要的作用是IP編址和路由選擇。

4、接入層：包括資料連結層和物理層，資料連結層定義了如何訪問和共用介質，如何標識介質上的裝置即二層編址(MAC地址)以及在介質上發送資料之前如何完成資料成幀，常用的二層協議有：乙太網路、PPP、HDLC、框架轉送、ATM等;物理層定義了物理介質相關的協議即：電子/光學協議(電壓、光強、編碼、訊號波形)機械協議(尺寸、導線的金屬成分)功能性協議(描述做什麼)程式性協議(描述了如何做如：1表示電壓小於-3V)

TCP協議

解釋

傳輸控制通訊協定(TCP)：是一種可靠的，連線導向的服務。即：提供了一個類似於點到點的串連。

機制

1、使用序號對資料包進行標記;

2、使用確認、校正和定時器系統以及重傳機制提供可靠性;

3、滑動視窗機制調整資料包的流量：減少因接收方緩衝區滿而造成遺失資料包的可能。

報文

 

注釋

1、源連接埠和目的連接埠：長度各為16位，為封裝的資料指定了源和目的應用程式;應用程式的連接埠號碼加上應用程式所在主機的IP地址統稱為通訊端。在網路上通訊端唯一地標識了每一個應用程式。

(補充：常用連接埠號碼對應的服務：FTP:TCP21; TELNET:TCP23; SMTP:TCP25; BGP:TCP179; DNS:TCP/UDP53; TFTP:UDP69; SNMP:UDP161; RIP:UDP520;)

2、序號：欄位長度為32位，確定了發送方發送的資料流中被封裝的資料所在位置;

3、確認號：長度為32位，確定了源點下一次期望從目標接受的序號，隱含地確認了收到了該編號的上一個資料包;

4、前序長度：長度為4位，指定了以32位字為單位的前序長度。

5、保留：長度為4位，通常設定為0;

6、標記：8位，用於流和串連控制。從左至右依次是：CWR、ECE、URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN;

7、視窗大小：欄位長度16位，主要用於流量控制。視窗大小指明接收方接收緩衝區的大小;

8、校正和：長度為16位，對前序和被封裝資料進行校正;

9、緊急指標：僅當URG標記置位時使用。16位被添加到序號上用於指明緊急資料的結束;

10、可選項：用於指明TCP發送進程要求的選項，常用的可選項是最大段長度，用於通知接收者寄件者願意接收的最大段長度，為了保證報文的長度是32個八位組的倍數，使用0填充該欄位的剩餘部分。

UDP協議

解釋

使用者資料包通訊協定(UDP)：是一種無串連、儘力而為的資料轉寄服務。

優點

不花時間建立串連，直接發送資料，即開銷小，可以使發送小資料量的應用取得更好的效能優勢。

 

報文

 

注釋

1、源連接埠和目的連接埠：長度各為16位，為封裝的資料指定了源和目的應用程式

2、UDP長度：以八位組為單位的整個段長度;包含資料區段的總長度;

3、校正和：長度為16位，校正和是可選欄位，不使用時全部設定為0

IP協議

解釋

IP：最常見的網路層協議，是一種不可靠、儘力而為的轉寄，可結合四層和二層保證資料的可靠傳輸;

IP編址

1、IP地址長度為32位，點分十進位表示，用於標識裝置的邏輯地址;IPV4地址包括網路號和主機號兩部分，網路號部分唯一地標識了一條物理鏈路或邏輯鏈路，主機號部分唯一地標識了該鏈路上串連的具體裝置。這種層次化的地址設計方式有助於快速尋找、方便維護以及節約地址;

補充：子網路遮罩：網路位全為1，主機位全為0，由連續的1和連續的0組成

廣播位址：網路位不變，主機位全1.

網路號： 網路位不變，主機位全0。

2、IPV4地址分類：

A類：第一位固定是0， 1到126，子網路遮罩255.0.0.0

B類：前兩未固定為10，128到191，子網路遮罩255.255.0.0

C類：前三位固定為110，192到223，子網路遮罩255.255.255.0

D類地址：前四位固定為1110，224到239，組播地址，無子網路遮罩;

E類地址：前四位固定為11110，240到255，用於科研和保留。

特殊地址：不可用地址，包括：本地迴路位址：127.0.0.1;本地鏈路地址：169.254開頭，子網路遮罩是255.255.0.0;網路地址：即網路位不變，主機位全為0的地址;廣播位址：網路位不變，主機位全1，可以在三層裝置上傳輸;受限廣播位址：網路位和主機位全為1即255.255.255.255，終止於三層裝置(路由器)。

私人地址：從公有地址中抽出來某些地址作為私人地址，私人地址不會被分配，不能在網路中使用，若要在網路中通訊，必須結合NAT，進行私網地址到公網地址的轉換;

A類似有地址：10.0.0.0到10.255.255.255

B類私人地址：172.16.0.0到172.31.255.255

C類私人地址：192.168.0.0到192.168.255.0

3、子網劃分與子網匯總

子網劃分：超越主類網的可變長子網路遮罩劃分;使用方法：借位;

子網匯總：將多個網路地址匯總為一個網路地址;方法：取相同位，去不同位;

報文

 

注釋

1、版本：4位，0100表示IPV4，0110表示IPV6。

2、前序長度：4位，表示32位字長的IP前序長度。IP包最小長度為20位元組，最大可擴充為60位元組(15*4);

3、服務類型TOS：DSCP6位+ECN2位 6位DSCP最多能定義64個不同的服務類別，ECN=11表示擁塞顯示，在IP前序中的TOS欄位保留，一般用於QOS中設定報文的優先順序;

4、總長度：16位，使用IP資料包總長減去IP前序長度，就可以確定資料有效載荷的大小。IP資料包最大長度為65535;

5、標識符：長度為16位，通常與標記欄位和分區位移欄位一起用於資料包的分段。若資料包的原始長度超過資料包所要經過的資料鏈路的傳輸單元最大值，就需要進行資料包的分區處理，裝置會對分區的每片資料包的識別欄位上打上相同的標記，以便接收裝置可以識別出屬於一個資料包的分段;

6、標記：長度為3位，保留位、不分段位(DF)、更多分段位(MF);若DF=1表示路由器不能對資料包進行分段處理;MF=0表示最後一個被分區的報文;

7、分區位移：長度為13位，以8位組為單位，用於指明分段起始點相對於報文起始點的位移量，作用是使接收者可以按照正確的順序重組資料包;

8、存留時間(TTL)：8位，當資料包逐個沿路由器被傳輸時，TTL都會減1，當TTL=0時，路由器將會丟棄該資料包並向源點發送錯誤報表，這種方法可以防止資料包無止休地被傳輸，建議預設為64;可以通過traceroute命令來查看資料包傳輸過程中經過的路由器;

9、協議：8位，指定了資料包中的資訊類型。常用的協議號：1-ICMP;6-TCP;17-UDP;47-GRE;88-EIGRP;89-OSPF;

10、頭部校正和：16位，不包含被封裝的資料部分，由於TTL在傳輸過程中遞減，因此每台路由器必須重新計算校正和;

11、源地址和目的地址：32位的IP地址;

12、可選項：長度可變的欄位，包括源點產生的資訊和其他路由器加入的資訊，常用於測試，常見的可選欄位有：鬆散源路由選擇、嚴格源路由選擇、記錄路由、時間戳記;

13、填充項：通過在可選項欄位後面添加0來補夠32位，保證前序長度為32位的整數倍;

 

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