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1、TCP&IP协议介绍中兴通讯固网业务用服部推荐精选修改记录文档编号版本号拟制人/修改人审核人拟制/修改日期更改原因主要更改内容要点无V200801张磊马光辉2008-6-42008年专题文档光盘编写根据以往资料修改推荐精选目录第1章 TCP/IP协议簇简介11.1 TCP/IP与OSI参考模型比较11.2 OSI-TCP/IP模型对比及各协议所处层次21.3 TCP/IP封装过程3第2章 各层功能介绍42.1 应用层42.2 传输层52.2.1 传输层的功能52.2.2 端口号62.2.3 TCP传输控制协议72.2.4 TCP端口号82.2.5 TCP序号和确认号综述92.2.6 TCP三次
2、握手/建立连接102.2.7 TCP四次握手/终止连接112.2.8 基本概念窗口控制112.2.9 UDP用户报文协议122.3 网络层132.3.1 IP数据包格式142.3.2 协议类型字段162.3.3 ICMP162.3.4 ARP工作机制172.3.5 RARP工作机制182.4 网络接口层19第3章 IPV4地址介绍203.1 IPv4地址203.2 IPv4地址分类213.3 保留的IP地址223.4 可用主机地址数量计算233.5 没有子网的编址243.6 带子网划分的编址243.6.1 子网掩码253.6.2 变长子网掩码VLSM26附录A.地址计算示例27推荐精选附录B.
3、TCP/IP中的协议28推荐精选第1章 TCP/IP协议簇简介摘要：TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的7层抽象的参考模型，其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。而TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。本章将对这两种参考模型进行比较介绍。1.1 TCP/IP与OSI参考模型比较图 11 TCP/IP与OSI参考模型比较早在TCP/IP协议出现之前，国际标准化组织（ISO）就提出了开放系统互连（OSI）网络模型，为网络的设计、开发、编程、维护提
4、供了便利的分而治之的思想，其先进性、科学性、实用性是不言而喻的。TCP/IP协议不是单纯的两个协议，是一组不同层次上的多个协议的组合，常称为TCP/IP协议簇或者互联网协议簇。TCP/IP也是互联网的事实上的标准，为实现整个网络的互联提供指导。TCP/IP层次组合很难用OSI的七层模型来套用，它是OSI模型的浓缩，将原来的七层模型合并为四层协议的体系结构，自顶向下分别是应用层、传输层、网络层和链路层，没有OSI参考模型的会话层和表示层，一般认为TCP/IP的会话和表示功能是在传输层或应用层上完成的。推荐精选1.2 OSI-TCP/IP模型对比及各协议所处层次图 12 TCP/IP模型各层中对应
5、协议TCP/IP不是一个单独的协议，而是一个协议簇，是一组不同层次上的多个协议的组合。上面给出了OSI与TCP/IP模型对比、TCP/IP不同层次的协议。网络接口层：有时也称作数据链路层或链路层，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。在TCP/IP协议簇中，链路层的协议比较多，它决定了网络形态，但很多都不是专门为TCP/IP设计的。常用的链路层协议包括：以太网协议、PPP协议、帧中继协议、ATM等。网络层：IP层有时也称作互连网层，处理分组在网络中的活动，在底层通信网络的基础上，完成路由、寻径功能，提供主机到主机的连
6、接。IP是尽力传送的、不可靠的协议。在TCP/IP协议簇中，网络层协议包括IP协议（网际协议），ICMP协议（Internet互连网控制报文协议），ARP/RARP（地址解析/反向地址解析协议），以及IGMP协议（Internet组管理协议）。传输层：主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在TCP/IP协议簇中，有两个不同的传输协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议），它们分别承载不同的应用。TCP协议提供可靠的服务，UDP协议提供不可靠但是高效的服务。应用层：这一层负责具体的应用，比如HTTP访问、FTP文件传输、SMTP/POP3邮件处理等等。几乎各种不同的TCP/IP
7、实现都会提供下面这些通用的应用程序：远程登录（Telnet）、文件传输协议（FTP）、简单邮件传输协议（SMTP）、简单网络管理协议（SNMP）。严格来讲，分层模型的动机就是将各层的功能尽量独立，每层的功能对另一层来说是透明的，只对通信的另一端负责，为编程和诊断提供良好的层次隔离，然而实际情况并非如此，首先软件编程上完全按照分层模型来做编程效率会降低，与其分层，不如按功能实现来模块化。其次，对于许多功能实现来说，必须实现两层子间的交互，这又违背了当初的出发点，比如链路层在成帧时需要接收端的物理地址，该地址必须由网络层处理推荐精选ARP地址解析才行，简单地将ARP放在那一层都有些牵强。所以说，分
8、层模型对于理解网络的抽象性是有益处的，它有助于指导网络入门，但并不是网络的精髓，只有结合具体的系统分析才有实际意义。1.3 TCP/IP封装过程图 13 TCP/IP封装过程在发送端，数据由应用产生，它被封装在传输层的段中，该段再封装到网络层报文包中，网络层报文包再封装到数据链路帧，以便在所选的介质上传送。当接收端系统接收到数据时，是解封装过程。当数据沿着协议栈向上传递时，首先检查帧的格式，决定网络类型，去掉帧的格式，检查内含的报文包，决定传输协议。数据由某个传输层处理，最后数据递交给正确的应用程序。推荐精选第2章 各层功能介绍摘要：根据上一章节的介绍，TCP/IP协议将OSI模型的七层结构划
9、分成了四层结构，并且进行了新的定义和描述，本章将对各层功能进行详细的介绍。2.1 应用层图 21 应用层包含的应用进程在应用层包含了不同类型的应用进程，它是应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、网络远程访问协议（telnet）、文件传输协议（FTP）等。推荐精选2.2 传输层图 22 传输层包含的协议在传输层，主要包含TCP和UDP两个协议，其中UDP是不可靠的无连接的协议。利用UDP的应用层协议有TFTP和SNMP等。TCP是可靠的，面向连接的协议，利用TCP的应用层协议有TELNET、FTP等。2.2.1 传输层的功能图 23 传输层的功能传输层主要为两台主机上的应用程序提供
10、端到端的通信服务。在TCP/IP协议族中，有两个不同的传输协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。TCP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数据块（数据段）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间等。由于传输层提供了高可靠性的端到端的通信服务，因此应用层可以忽略掉所有这些细节。推荐精选而另一方面，UDP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。这两种传输层协议分别在不同的网络环境与应用场合中有不
11、同的用途。2.2.2 端口号图 24 不同应用程序对应的端口号TCP和UDP采用16 bit的端口号来识别不同的应用程序。网络服务一般都是通过知名端口号来识别的。例如，对于每个TCP/IP实现来说，FTP服务的TCP端口号都是21，每个Telnet服务的TCP端口号都是23，每个TFTP(简单文件传送协议)服务的UDP端口号都是69。任何TCP/IP实现所提供的服务都使用知名的11023之间的端口号。这些知名端口号由Internet号码分配机构（Internet Assigned Numbers Authority，IANA）来管理。现在IANA管理11023之间所有的端口号。大多数TCP/I
12、P实现给临时端口分配10245000之间的端口号。大于5000的端口号是为其他服务（Internet上并不常用的服务）预留的。如果仔细检查这些标准的简单服务以及其他标准的TCP/IP服务（如Telnet、FTP、SMTP等）的端口号时，我们发现它们都是奇数。这是因为这些端口号都是从NCP端口号派生出来的（NCP，即网络控制协议，是ARPANET的传输层协议，是TCP的前身）。NCP是单工的，不是全双工的，因此每个应用程序需要两个连接，需预留一对奇数和偶数端口号。当TCP和UDP成为标准的传输层协议时，每个应用程序只需要一个端口号，因此就使用了NCP中的奇数。推荐精选2.2.3 TCP传输控制协
13、议图 25 TCP传输控制协议TCP首部的数据格式，如果不计任选字段，它通常是20个字节。每个TCP段都包含源端和目的端的端口号，用于寻找发端和收端应用进程。这两个值加上IP首部中的源端IP地址和目的端IP地址唯一确定一个TCP连接。序号用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的的第一个数据字节。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动，则TCP用序号对每个字节进行计数。序号是32bit的无符号数。当建立一个新的连接时，SYN标志变1。序号字段包含由这个主机选择的该连接的初始序号ISN（Initial Sequence Number）。因为SYN标志消耗了一个序
14、号，该主机要发送数据的第一个字节序号为这个ISN加1。确认序号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。只有ACK标志为1时确认序号字段才有效。发送ACK无需任何额外代价，因为32bit的确认序号字段和ACK标志一样，总是TCP首部的一部分。因此，我们看到一旦一个连接建立起来，这个字段总是被设置，ACK标志也总是被设置为1。TCP为应用层提供全双工服务。这意味数据能在两个方向上独立地进行传输。因此，连接的每一端必须保持每个方向上的传输数据序号。在TCP首部中有6个code bits中的多个可同时被设置为1，含义如下：l URG紧急指针（urgent
15、 pointer）有效。l ACK确认序号有效。推荐精选l PSH接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。l RST重建连接。l SYN同步序号用来发起一个连接。l FIN发端完成发送任务。TCP的流量控制由连接的每一端通过声明的窗口大小来提供。窗口大小为字节数，窗口大小是一个16 bit字段，因而窗口大小最大为65535字节。检验和覆盖了整个的TCP报文段：包括了TCP首部和TCP数据。这是一个强制性的字段，一定是由发端计算和存储，并由收端进行验证。只有当URG标志置1时紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量，和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。TCP的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。最常见的可选字段是最长报文大小，又称为MSS (Maximum Segment Size)。每个连接方通常都在通信的第一个报文段（为建立连接而设置SYN标
