TCPIP协议族思想解析

TCP/IP协议族思想解析（V1.00）李海刚，2014-10-16新建互联网协议族（InternetProtocolSuite），是一个网络通讯模型，以及一整个网络传输协议家族，为互联网的基础通讯架构。它常被通称为TCP/IP协议族（TCP/IPProtocolSuite），简称TCP/IP。因为这个协议家族的两个核心协议，包括TCP（传输控制协议）和IP（网际协议），为这个家族中最早通过的标准。由于在网络通讯协议普遍采用分层的结构，当多个层次的协议共同工作时，类似计算机科学中的堆栈，因此又被称为TCP/IP协议栈（TCP/IPProtocolStack）

。——维基百科，TCP/IP协议族学习完此课程，您将会：1、了解TCP/IP协议栈与OSI参考模型的区别与联系；2、理解TCP/IP的设计思想；3、认识TCP/IP协议族中核心的协议；4、明白一款网络软件与TCP/IP协议族有何关联。目录第一章、TCP/IP协议族简介第二章、TCP/IP里的思想第三章、TCP/IP核心协议第四章、TCP/IP协议的使用第一章、TCP/IP协议族简介什么是TCP/IP：TCP/IP是Internet核心技术TCP/IP是一个协议族HTTP、TELNET、FTP、STMP、SNMP……RIP、OSPF、BGP、ISIS……TCP、UDP……IP、IGMP、ARP、ICMP……IP是TCP/IP的核心协议第一章、TCP/IP协议族简介TCP/IP被广泛应用的原因：TCP/IP是最早出现的网络协议之一，同时也是最早出现的互联网协议，它的出现顺应社会需求；DARPA为推广TCP/IP，采用开放策略，以低价出售其使用权来鼓励开发TCP/IP产品；TCP/IP与流行操作系统UNIX的结合也是其成功的一大源泉；与ISO/OSI相比，TCP/IP技术来自于实践、简单实用、效率高。第一章、TCP/IP协议族简介TCP/IP协议体系结构：IP协议时TCP/IP协议族中的核心。与其配套使用的还有三个协议，分别是：地址转换协议ARP；反向地址转换协议RARP；Internet控制报文协议：ICMP。第一章、TCP/IP协议族简介TCP/IP的工作原理：TCP/IP的工作原理：解释如下两个网络只有对等层才能相互通讯；物理层相同，使用中继器（转发器）互连；物理层不同，链路层相同，使用交换机（桥设备）互连；物理层、链路层不同，网络层相同，使用路由器互连；网络协议完全不同，使用协议转换器（网关）互连。第一章、TCP/IP协议族简介高层协议TCP/IP以太网令牌环X.25FRATMPPPTCP/IP在全球网络中的作用：IP协议提供了一种全球统一的编址方式，屏蔽了物理网络地址的差异，使路由查找成为可能；第一章、TCP/IP协议族简介IP协议提供了一种全球统一的报文格式，屏蔽了网络链路层差异，使网络互联成为可能。第一章、TCP/IP协议族简介第二章、TCP/IP里的思想第三章、TCP/IP核心协议第四章、TCP/IP的使用目录第二章、TCP/IP里的思想OSI开放网络模型：1983年，ISO发布了著名的ISO/IEC7498标准，它定义了网络互联的7层框架，也就是开放式系统互连参考模型；OSI将计算机网络体系结构划分为以下七层，标有1-7，第1层在底部；OSI参考模型并没有提供一个可以实现的方法，而是描述了一些概念，用来协调进程间通信标准的制定。即OSI参考模型并不是一个标准，而是一个在制定标准时所使用的概念性框架。OSI模型数据单元层功能主机

层Data（数据）7.

应用层网络进程到应用程序。6.

表示层数据表示形式，加密和解密，把机器相关的数据转换成独立于机器的数据。5.

会话层主机间通讯，管理应用程序之间的会话。Segments（数据段）4.

传输层在网络的各个节点之间可靠地分发数据包。媒介

层Packet/Datagram（数据包/报文）3.

网络层在网络的各个节点之间进行地址分配、路由和（不一定可靠地）分发报文。Bit/Frame（数据帧）2.

数据链路层一个可靠的点对点数据直链。Bit（比特）1.

物理层一个（不一定可靠的）点对点数据直链。第二章、TCP/IP里的思想第二章、TCP/IP里的思想TCP/IP协议模型与OSI的对比：TCP/IP模型只有4层；TCP/IP不严格要求自己的链路层，它是完全开放的；既然如此，那对物理层还不关心也是理所当然的；TCP/IP也是符合OSI要求的。1物理层2数据链路层4传输层3网络层5会话层7应用层6表示层TCP/IP协议模型与OSI模型的对比：TCP/IP模型只有4层（1层为网络接口层）或5层；TCP/IP不严格要求自己的链路层，它是完全开放的；既然如此，那对物理层还不关心也是理所当然的；TCP/IP模型也是与OSI模型相对匹配的。第二章、TCP/IP里的思想应用层5第二章、TCP/IP里的思想什么是协议？为了使数据可以在网络上从源传递到目的地，网络上所有设备需要“讲”相同的“语言”；描述网络通信中“语言”规范的一组规则就是协议。

例如：两个人交谈，必须使用相同的语言，如果你说汉语，他说阿拉伯语……@#&$％……第二章、TCP/IP里的思想为何要分层？用户服务层的模块设计可相对独立于具体的通信线路和通信硬件接口的差别；而通信服务层的模块设计又可相对独立于具体用户应用要求的不同。

例如：文件传输或电子邮件服务模块的设计，不必关心底层通信线路是光纤还是双绞线第二章、TCP/IP里的思想TCP/IP提供不同的服务：网络层的IP协议提供不可靠、无连接的服务；传输层TCP协议提供面向连接的服务；传输层UDP协议提供无连接的服务。

使用IP/UDP服务时，谁来保证数据一定是妥妥的送到对方手中呢？？第一章、TCP/IP协议族简介第二章、TCP/IP里的思想第三章、TCP/IP核心协议第四章、TCP/IP的使用目录第三章、TCP/IP核心协议TCP/IP协议族中的核心协议：网络层：IP、ARP、ICMP；传输层：UDP、TCP。

第三章、TCP/IP核心协议之IP协议：不可靠：是它不能保证IP数据报能成功地到达目的地；无连接：IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息。每个数据报的处理是相互独立的。

第三章、TCP/IP核心协议第三章、TCP/IP核心协议之ARP协议：ARP为IP地址到对应的硬件地址之间提供动态映射；目的主机ARP层收到ARP广播后，识别出这是发送端在寻问它的IP地址，于是发送一个包含IP地址及对应的硬件地址ARP应答。第三章、TCP/IP核心协议之ICMP协议：11种类型；报文格式与类型相关；Ping和Traceroute即采用了类型0和8来实现。第三章、TCP/IP核心协议第三章、TCP/IP核心协议之UDP协议：不可靠：它把应用程序传给IP层的数据发送出去，并不保证是否到达。第三章、TCP/IP核心协议之TCP协议：面向连接：两个使用TCP的应用在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接——三次握手；可靠的：需要确认对方已经收到发出的报文；丰富的流控手段。第三章、TCP/IP核心协议第三章、TCP/IP核心协议链路层协议简介：最常用的是Ethernet协议，在RFC894中定义（IEEE802.3也称之为Ethernet）；ADSL上网使用的是PPPoE协议；通过移动广域网（RAN）、无线局域网（WLAN）上网，使用的是遵守相应协议的链路层，比如WCDMA、802.11b/g/n。第三章、TCP/IP核心协议应用层协议：应用层协议目前有上千种，种类繁多；目前最常用的应用层协议主要是微信使用的HTTP、QQ使用的QQ协议、BitTorrent协议（P2P下载使用的一种）、RTMP流媒体视频协议等；传统的SNMP网管协议、STMP邮件协议、FTP文件传输协议、DNS域名解析协议等也依然在暗处默默发挥着作用；路由协议也是最常见的应用层协议，不过它总是被认为是IP层的。第一章、TCP/IP协议族简介第二章、TCP/IP里的思想第三章、TCP/IP核心协议第四章、TCP/IP的使用目录第四章、TCP/IP协议的使用数据进协议栈的封装过程：以QQ通信为例，看看封装过程中协议栈是如何运转的。顺便理解下什么是表示层、会话层。第四章、TCP/IP协议的使用交互过程：准备条件：应用程序间的连接，即我的QQ已经做好与对方互动的准备。步骤一：QQ对话框获取“这是在夸奖天秤座么？”这句话；第四章、TCP/IP协议的使用第四章、TCP/IP协议的使用交互过程：步骤二：将“这是在夸奖天秤座么？”识别成计算机的QQ程序认识的语言“D5E2CAC7D4DABFE4BDB1CCECB3D3D7F9C3B4A3BF”。这还没完，QQ程序会将这段字符再用xx算法进行加密，加密完成后，这段话就完全变成了不可识别的无规律“0”“1”字串了。——这就是所谓的OSI的表示层。注：目前QQ使用的GBK还是BIG5字符集尚不清楚，此处仅以GBK为例。第四章、TCP/IP协议的使用交互过程：步骤三：上面的“0”“1”代码现在想的就是赶紧到达对方解密。但QQ会话使用什么来标识呢？——QQ号。QQ通过QQ号标识一个用户，在传输数据时，就采用了自己的一套QQ号间建立连接的标准来与对方QQ号建立连接（实际上呈现出来就是在前面的基础上加上自己和对方的识别信息、同时将操作码等其他信息附着上）。——这就是所谓的OSI的会话层。我们可以理解为程序间的远程交流。第四章、TCP/IP协议的使用交互过程：步骤四：完成了如上过程，QQ就会调用TCP/IP协议栈，将前面生成的信息封装在UDP报文里面。这里的8000、8001等端口是腾讯已经向UDP端口管理组织注册过的，只有QQ协议能够使用。注：QQ默认采用UDP通讯方式，端口8000，8001。如果UDP的两个端口不通，会自动转换到TCP80端口或者TCP443端口进行通讯。QQ同时也支持HTTP代理模式及SOCK5代理模式。第四章、TCP/IP协议的使用交互过程：下面的过程就简单了：步骤五：UDP包调用IP协议程序，封装成IP包；步骤六：IP包调用链路层程序——一般是以太网，封装成以太帧；步骤七：以太帧被网络驱动送入物理层，经过一系列物理过程形成电信号、光信号送到电脑外面。第四章、TCP/IP协议的使用下面让我们回忆下输入一段文字，直到这段文字被送出电脑的过程：1物理层2数据链路层4传输层3网络层5会话层7应用层6表示层“这是在夸奖天秤座么？”“￥&#@%&……”QQ协议信息+

“￥&#@%&……”UDP头+QQ协议信息+“￥&#@%&……”IP头+UDP头+QQ协议信息+“￥&#@%&……”Ethernet头+IP头+UDP头+QQ协议信息+“￥&#@%&……”电脉冲信号第四章、TCP/IP协议的使用完了么？没有！还需要在网络上传输……提问使用IP/UDP服务时，谁来保证数据一定是妥妥的送到对方手中呢？？曾记否……