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一、TCP/IP参考模型概述 1.1、TCP/IP参考模型的层次结构二、TCP/IP四层功能概述 2.1、主机到网络层 2.2、网络互连层 2.3、传输层 2.3、应用层 三、TCP/IP报文格式 3.1、IP报文格式3.2、TCP数据段格式3.3、UDP数据段格式3.4、套…总结TCP/IP四层模型
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一、TCP/IP参考模型概述 1.1、TCP/IP参考模型的层次结构二、TCP/IP四层功能概述 2.1、主机到网络层 2.2、网络互连层 2.3、传输层 2.3、应用层 三、TCP/IP报文格式 3.1、IP报文格式3.2、TCP数据段格式3.3、UDP数据段格式3.4、套接字
前言 在这里有一个问题有的书上说TCP/IP是四层有的却说是五层。其实这个问题我也上网查了一下资料。 tcp/ip是事实标准分4层。osi模型是国际标准分7层。讲课的时候一般把他们综合起来讲就说是5层。他把网络接口层分开为数据链路层和物理层了。 我们探讨一下为什么ISO七层模型不适用而大部分都是使用的是TCP/IP四层模型呀 OSI的七层协议体系结构的概念清楚理论也比较完整但它既复杂又不实用TCP/IP体系结构则不同它现在已经得到了非常广泛的应用TCP/IP是一个四层的体系结构 它包含应用层、运输层、网际层和网络接口层用网际层这个名字是强调这一层是为了解决不同网络的互连问题 不过从实质来讲TCP/IP只有最上面的三层因为最下面的网络接口层基本上和一般的通信链路的功能上没有多大差别 对于计算机网络来说这一层并没有什么特别新的具体的内容因此在学习计算机网络原理是往往采用折中的办法即综合OSI和TCP/IP的优点采用一种只有五层协议的体系结构 回到顶部(go to top)
一、TCP/IP参考模型概述
ISO制定的OSI参考模型的过于庞大、复杂招致了许多批评。与此对照由技术人员自己开发的TCP/IP协议栈获得了更为广泛的应用。如下图是TCP/IP参考模型和OSI参考模型的对比示意图。 1.1、TCP/IP参考模型的层次结构 TCP/IP协议栈是美国国防部高级研究计划局计算机网Advanced Research Projects Agency NetworkARPANET和其后继因特网使用的参考模型。ARPANET是由美国国防部U.SDepartment of DefenseDoD赞助的研究网络。 最初它只连接了美国境内的四所大学。随后的几年中它通过租用的电话线连接了数百所大学和政府部门。最终ARPANET发展成为全球规模最大的互连网络-因特网。最初的ARPANET于1990年永久性地关闭。 TCP/IP参考模型分为四个层次应用层、传输层、网络互连层和主机到网络层。如下图所示。 回到顶部(go to top)
二、TCP/IP四层功能概述 在TCP/IP参考模型中去掉了OSI参考模型中的会话层和表示层这两层的功能被合并到应用层实现。同时将OSI参考模型中的数据链路层和物理层合并为主机到网络层。下面分别介绍各层的主要功能。 2.1、主机到网络层 网络接入层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应。它负责监视数据在主机和网络之间的交换。事实上TCP/IP本身并未定义该层的协议而由参与互连的各网络使用自己的物理层和数据链路层协议 然后与TCP/IP的网络接入层进行连接。地址解析协议ARP工作在此层即OSI参考模型的数据链路层。 实际上TCP/IP参考模型没有真正描述这一层的实现只是要求能够提供给其上层-网络互连层一个访问接口以便在其上传递IP分组。由于这一层次未被定义所以其具体的实现方法将随着网络类型的不同而不同。 2.2、网络互连层 网络互连层是整个TCP/IP协议栈的核心。它的功能是把分组发往目标网络或主机。同时为了尽快地发送分组可能需要沿不同的路径同时进行分组传递。因此分组到达的顺序和发送的顺序可能不同这就需要上层必须对分组进行排序。 网络互连层定义了分组格式和协议即IP协议Internet Protocol。 网络互连层除了需要完成路由的功能外也可以完成将不同类型的网络异构网互连的任务。除此之外网络互连层还需要完成拥塞控制的功能。 2.3、传输层 在TCP/IP模型中传输层的功能是使源端主机和目标端主机上的对等实体可以进行会话。在传输层定义了两种服务质量不同的协议。即传输控制协议TCPtransmission control protocol和用户数据报协议UDPuser datagram protocol。 TCP协议是一个面向连接的、可靠的协议。它将一台主机发出的字节流无差错地发往互联网上的其他主机。在发送端它负责把上层传送下来的字节流分成报文段并传递给下层。 在接收端它负责把收到的报文进行重组后递交给上层。TCP协议还要处理端到端的流量控制以避免缓慢接收的接收方没有足够的缓冲区接收发送方发送的大量数据。 UDP协议是一个不可靠的、无连接协议主要适用于不需要对报文进行排序和流量控制的场合。 2.3、应用层 TCP/IP模型将OSI参考模型中的会话层和表示层的功能合并到应用层实现。 应用层面向不同的网络应用引入了不同的应用层协议。其中有基于TCP协议的如文件传输协议File Transfer ProtocolFTP、虚拟终端协议TELNET、超文本链接协议Hyper Text Transfer ProtocolHTTP也有基于UDP协议的。
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三、TCP/IP报文格式 3.1、IP报文格式 IP协议是TCP/IP协议族中最为核心的协议。它提供不可靠、无连接的服务也即依赖其他层的协议进行差错控制。 在局域网环境IP协议往往被封装在以太网帧中传送。而所有的TCP、UDP、ICMP、IGMP数据都被封装在IP数据报中传送。如下图所示 TCP/IP报文封装 IP头部报头格式RFC 791 分析 1版本Version字段占4比特。用来表明IP协议实现的版本号当前一般为IPv4即0100。 2报头长度Internet Header LengthIHL字段占4比特。是头部占32比特的数字包括可选项。普通IP数据报没有任何选项该字段的值是5即160比特20字节。此字段最大值为60字节。 3服务类型Type of Service TOS字段占8比特。其中前3比特为优先权子字段Precedence现已被忽略。第8比特保留未用。第4至第7比特分别代表延迟、吞吐量、可靠性和花费。 当它们取值为1时分别代表要求最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。这4比特的服务类型中只能置其中1比特为1。可以全为0若全为0则表示一般服务。服务类型字段声明了数据报被网络系统传输时可以被怎样处理。 例如TELNET协议可能要求有最小的延迟FTP协议数据可能要求有最大吞吐量SNMP协议可能要求有最高可靠性NNTPNetwork News Transfer Protocol网络新闻传输协议可能要求最小费用而ICMP协议可能无特殊要求4比特全为0。 实际上大部分主机会忽略这个字段但一些动态路由协议如OSPFOpen Shortest Path First Protocol、IS-ISIntermediate System to Intermediate System Protocol可以根据这些字段的值进行路由决策。 4总长度字段占16比特。指明整个数据报的长度以字节为单位。最大长度为65535字节。 5标志字段占16比特。用来唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发一份报文它的值会加1。 6标志位字段占3比特。标志一份数据报是否要求分段。 7段偏移字段占13比特。如果一份数据报要求分段的话此字段指明该段偏移距原始数据报开始的位置。 8生存期TTLTime to Live字段占8比特。用来设置数据报最多可以经过的路由器数。由发送数据的源主机设置通常为32、64、128等。每经过一个路由器其值减1直到0时该数据报被丢弃。 9协议字段占8比特。指明IP层所封装的上层协议类型如ICMP1、IGMP2 、TCP6、UDP17等。 10头部校验和字段占16比特。内容是根据IP头部计算得到的校验和码。计算方法是对头部中每个16比特进行二进制反码求和。和ICMP、IGMP、TCP、UDP不同IP不对头部后的数据进行校验。 11源IP地址、目标IP地址字段各占32比特。用来标明发送IP数据报文的源主机地址和接收IP报文的目标主机地址。 12可选项字段占32比特。用来定义一些任选项如记录路径、时间戳等。这些选项很少被使用同时并不是所有主机和路由器都支持这些选项。可选项字段的长度必须是32比特的整数倍如果不足必须填充0以达到此长度要求。 3.2、TCP数据段格式 TCP是一种可靠的、面向连接的字节流服务。源主机在传送数据前需要先和目标主机建立连接。然后在此连接上被编号的数据段按序收发。同时要求对每个数据段进行确认保证了可靠性。 如果在指定的时间内没有收到目标主机对所发数据段的确认源主机将再次发送该数据段。 TCP头部结构RFC 793、1323 分析 1源、目标端口号字段占16比特。TCP协议通过使用端口来标识源端和目标端的应用进程。端口号可以使用0到65535之间的任何数字。在收到服务请求时操作系统动态地为客户端的应用程序分配端口号。 在服务器端每种服务在众所周知的端口Well-Know Port为用户提供服务。 2顺序号字段占32比特。用来标识从TCP源端向TCP目标端发送的数据字节流它表示在这个报文段中的第一个数据字节。 3确认号字段占32比特。只有ACK标志为1时确认号字段才有效。它包含目标端所期望收到源端的下一个数据字节。 4头部长度字段占4比特。给出头部占32比特的数目。没有任何选项字段的TCP头部长度为20字节最多可以有60字节的TCP头部。 5标志位字段U、A、P、R、S、F占6比特。各比特的含义如下 URG紧急指针urgent pointer有效。 ACK确认序号有效。 PSH接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。 RST重建连接。 SYN发起一个连接。 FIN释放一个连接。 6窗口大小字段占16比特。此字段用来进行流量控制。单位为字节数这个值是本机期望一次接收的字节数。 7TCP校验和字段占16比特。对整个TCP报文段即TCP头部和TCP数据进行校验和计算并由目标端进行验证。 8紧急指针字段占16比特。它是一个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。 9选项字段占32比特。可能包括窗口扩大因子、时间戳等选项。 3.3、UDP数据段格式 UDP是一种不可靠的、无连接的数据报服务。源主机在传送数据前不需要和目标主机建立连接。数据被冠以源、目标端口号等UDP报头字段后直接发往目的主机。这时每个数据段的可靠性依靠上层协议来保证。在传送数据较少、较小的情况下UDP比TCP更加高效。 UDP头部结构RFC 793、1323 分析 1源、目标端口号字段占16比特。作用与TCP数据段中的端口号字段相同用来标识源端和目标端的应用进程。 2长度字段占16比特。标明UDP头部和UDP数据的总长度字节。 3校验和字段占16比特。用来对UDP头部和UDP数据进行校验。和TCP不同的是对UDP来说此字段是可选项而TCP数据段中的校验和字段是必须有的。 3.4、套接字 在每个TCP、UDP数据段中都包含源端口和目标端口字段。有时我们把一个IP地址和一个端口号合称为一个套接字Socket而一个套接字对Socket pair可以唯一地确定互连网络中每个TCP连接的双方客户IP地址、客户端口号、服务器IP地址、服务器端口号。 常见协议和对应的服务端口号 注意不同的应用层协议可能基于不同的传输层协议如FTP、TELNET、SMTP协议基于可靠的TCP协议。TFTP、SNMP、RIP基于不可靠的UDP协议。 同时有些应用层协议占用了两个不同的端口号如FTP的20、21端口SNMP的161、162端口。这些应用层协议在不同的端口提供不同的功能。如FTP的21端口用来侦听用户的连接请求而20端口用来传送用户的文件数据。 再如SNMP的161端口用于SNMP管理进程获取SNMP代理的数据而162端口用于SNMP代理主动向SNMP管理进程发送数据。 还有一些协议使用了传输层的不同协议提供的服务。如DNS协议同时使用了TCP 53端口和UDP 53端口。DNS协议在UDP的53端口提供域名解析服务在TCP的53端口提供DNS区域文件传输服务。
