TCP/IP | 易学教程

课时一

一、计算机网络协议
负责在网络上建立通信通道和控制通过通道信息的规则
协议依赖于网络体系结构，由硬件和软件共同实现
二、计算机网络协议的组成
语意：信息的含义
语法：如何表征信息
定时：确定通信速度的匹配和时序
三、开放系统互联基本参考模型OSI
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
四、网络协议的概念
网络协议：计算机网络和分布系统中互相通信的对等实体之间交换信息时必须遵守的规则的集合
网络体系结构：指通信系统的整体的一个设计方法，也是计算机之间相互通信的层次、以及各层中的协议和层次之间的接口的集合，它为网络硬件、软件、协议、
存取控制和网络拓扑提供标准
SNA：IBM公司独立开发的适合于自己公司的网络体系结构 System Network Architecture
DNA：DEC公司独立开发的适合于自己的网络体系结构，Data Network Architecture
OSI/RM：由ISO(国际标准化组织)统一规定的参考模型，Open Standard Interconnection （开放互联系统参考模型）

课时二

OSI七层参考模型：（逻辑结构）
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
OSI七层参考模型的缺点：
OSI实现其来非常复杂，且运行效率低
OSI标准的制定周期太长，因而使得按OSI标准生产的设备无法及时进入市场
OSI的层次划分并不合理，有些功能在多个层次中重复出现
现在所使用的计算机网络并没有按照七层模型实现，四层模型：
应用层
传输层
网络层
数据链路层
网络分层体系结构
●网络中的任何一-个系统都是按照层次结构来组织的
●同一网络中,任意两个端系统必须具有相同的层次
●每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务
●通信只在对等层间进行(间接的、逻辑的、虚拟的)，非对等层之间不能互相“通信”
●实际的物理通信只在最底层完成
●Pn：第n层协议,即第n层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定

课时三

一、应用层
提供应用程序运行的环境，负责管理和执行应用程序
二、表示层
为数据在传输之前对加密、解密、压缩、解压缩及终端数据格式转换提供一套规则和约定
三、会话层
对对话的双方进行资格审查和验证的规则，同时规定发送时的双工模式
四、传输层
设计本层的两个主要目的：
1、传输层可以提供在不同系统之间的进程间数据交互的可靠服务，在网络内两个实体之间建立端到端的通信信道，用来传输信息或报文分组
本层提供两端点可靠、透明的数据传输
2、可以为会话层提供与网络类型无关的可靠信息传输机制，对话层遮蔽下层网络操作细节
五、网络层
负责建立、保持和终止通过中间设备的连接，同时负责通信子网内路径选择和拥挤控制
六、数据链路层
主要功能有如何将数据组装成帧，帧是本层的传输单位，如何处理数据在传输过程中的差错，如何调节发送速率使之与接收方匹配
在两个网络实体之间提供数据链路的建立、维持和释放管理
七、物理层
物理层包括设备之间物理连接的接口和用户设备与网络终端设备之间的传输规则
物理层的四个重要特性：
机械特性：规定了物理连接时对插头插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及排列方式
电气特性：规定了信号状态的电压、电流的识别，最大传输速率等
功能特性：规定了接口信号的来源、作用及与其它信号之间的关系
过程特性：规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤，这些控制步骤应用使得比特流传输得以顺利完成

课时四

数据传输过程：
1、应用层是应用程序访问网络服务的窗口
应用层到表示层：用户通过应用程序发送数据，数据会到达表示层，在表示层会被加上表示层的头信息
表示层到应用层：表示层的数据到应用层，现在表示层去掉表示层的头信息，然后发给应用层
2、表示层确定计算机之间交换数据的格式
表示层到会话层：表示层对数据加上头信息，并对数据进行编码，加密，压缩，然后发给会话层
会话层到表示层：会话层数据发给表示层，表示层对数据进行解码，解密，还原，剥掉头信息
3、会话层允许不同计算机上的两个应用程序建立，使用和结束会话连接
会话层到传输层：在会话层加上头信息，发给传输层
传输层到会话层：传输层剥掉头信息，发给会话层
4、传输层建立端对端的连接，提供可靠和不可靠的数据传输
传输层到网络层：传输层对数据进行分组，因为数据包如果过大，要想进行无差错传输，就要进行分组，每一个组的头部都加了传输层的头信息
网络层到传输层：将分组好的数据传给传输层，传输层将数据进行重组，保证其顺序，然后传输层剥掉头信息，将数据组进行组合发给会话层
基本功能：分割数据与重组数据，按端口号寻址，连接管理，差错控制和流量控制
5、网络层确定地址和最佳路径（逻辑寻址）
网络层到数据链路层：加头信息
数据链路层到网络层：剥掉头信息
6、数据链路层：数据成帧差错控制控制速率链路的建立维持释放负责从网络层向物理层发送数据帧
数据链路到物理层：加上头信息和尾信息，发送对应二进制数据给物理层。尾信息的作用：表示帧数据的结束标志，可以进行差错控制；
物理层到数据链路：发送给数据链路层一个帧数据，通过尾信息可判断数据是否有丢失
7、物理层光纤网线
通过光纤网线将数据传输到对端的物理层

课时五

计算机1向计算机2发送数据
发送端：
1、应用进程数据先传送到应用层，加上应用层的首部，成为应用层PDU（协议数据单元）
2、应用层PDU再传送到运输层，加上运输层的首部，成为运输层报文（省略表示层和会话层，归到了应用层）
3、运输层报文再传送到网络层，加上网络层首部，成为IP数据报（或分组）
4、IP数据包再传输到数据链路层，加上数据链路层首部和尾部，成为数据帧
5、数据帧再传送到物理层，物理层把比特流传送到物理媒体
6、物理层以电信号或光信号将数据传给接收端的物理层
接受端：
1、物理层将接收到的比特流上交给数据链路层
2、数据链路层将数据帧剥去帧首部和帧尾部，将数据部分上交给网络层
3、网络层剥去首部，将数据部分交给运输层
4、运输层剥去首部，将数据部分交给应用层
5、应用层剥去首部，将数据部分交给应用进程
数据接收成功！！

课时六

PDU：Protocol Data Unit（协议数据单元）：对等层之间传递的数据单位
TCP：传输控制协议
UDP：用户数据报协议
IP：互联网报文协议
ICMP：互联网控制报文协议
ARP：地址解析协议
RARP：反向地址解析协议

课时七

TCP/IP模型：
OSI7层参考模型过于复杂，划分不合理，因此出现了TCP/IP协议族来弥补这些缺点
TCP/IP概念层：
应用层（应用层，表示层，会话层）：各种服务及应用程序通过该层利用网络。常用协议：HTTP、FTP、SMTP
传输层：确认数据传输及进行纠错处理，常用协议：TCP、UDP
网络层：负责数据的传输，路径及地址选择。常用协议：IP、ARP(地址解析协议)
网络接口（数据链路层，物理层）：是针对不同物理网络的连接形式的协议。例如：Ethernet、FDDI、ATM
TCP/IP产生目的：解决一种计算机网络的通信问题
TCP/IP各层主要功能
TCP/IP的文件传输(FTP)封装

将一个文件从A地传输到B地流程：
数据到达应用层会被加上FTP头，表征这个文件传输要用到FTP应用程序
到达传输层之后加上了TCP头部
到达网络层后加上了IP头
（通过IP头得到IP地址就能找到对应的服务器，通过TCP头获得端口找到对应的应用进程）
数据链路层将数据分组，加上以太帧头（以太帧头存储了MAC地址）

课时八

TCP/IP:应用层(AL) 传输层(TL) 网络层(NL) 网络接口层(NIL)
OSI: 应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层
1.IEEE：Institute of Electracal and Electronics Engineers 电气与电子工程协会
2.IEEE802标准，这种标准主要涉及对象为0SI七层模型中的数据链路层和物理层，即TCP/IP协议的网络接口层(局域网标准)
3.上述思想把OSI数据链路层分为两部分：

LLC：逻辑链路层作用:连接的管理(建立连接，释放连接)，流量控制，按序传输，与高层接口，帧的可靠
LLC的四种操作类型：
a.不确认的无连接服务->广播
b.面向连接器的服务->传送很长的数据文件
c.带确认的无连接的服务->报警或控制信号
d.高速传送的服务

MAC：介质访问控制层作用：决定对传输介质的访问权，我们可以MAC决定对传输介质的访问控制分为三种方式
a.循环式:每个站点轮流得到发送数据的机会
b.预约式:在传输数据时需要预约资源
c.竞争式:按照先到先得的有原则发送数据，抢占网络传输资源

LLC、MAC目前已经被以太网取代

课时九

复习：
网络接口层：
MAC：介质访问控制层
作用：帧的封装以及拆封。物理介质的传输差错检测。寻址（通过mac地址）。决定对传输介质的访问权（循环式，预约式，竞争式）
LLC：逻辑链路控制层
作用：链路连接的管理。保证帧的可靠传输。帧的按序传输。流量控制
四种操作类型：
a.不确认的无连接服务
b.面向连接器的服务
c.带确认的无连接的服务
d.高速传送的服务
局域网标准：以太网。令牌环网
广域网：3P SLIP
网络层协议：
IP协议
ARP(地址解析协议)
RARP(反向地址解析协议)
ICM(互联网控制消息协议)
IP协议的主要功能：
寻址和路由
传递服务
不可靠，可靠性由上层协议提供
无连接
数据报分段和重组（IP数据包格式见图5.PNG）

课时十一

IP数据报结构：见6.PNG
首部+数据部分
首部包含：（共20个字节）
固定部分：
1.版本：IPV4 IPV6
2.首部长度：
3.服务类型：
4.总长度：65535
5.标识：
6.标志：
7.片偏移：
8.生存时间：限制数据包在网络中的生存时间，防止路由环路占用网络资源
9.协议：指出应该将数据部分交给哪个进程处理
10.首部检验和：校验首部是否被破坏
11.源地址：IP地址
12.目的地址：IP地址
可变部分：(40个字节)
选项字段，很少用

课时十二

ARP地址解析协议：
物理地址(又叫硬件地址、链路地址、MAC地址)：工作在网络接口层
本地范围唯一，用硬件实现(路由器，计算机bios芯片)，一般为48位
1C-B7-2C-A2-A6-87：前24位为厂家代码，后24位为序列号
逻辑地址(又称为IP地址)：工作在网络层
网络级：全局唯一，用软件实现，32位

课时十三

登录到一台服务器上的方法：
域名
IP地址
MAC地址(标识一台设备的三种方法)
三种方式的区别：
域名：应用层
IP地址：网络层
MAC地址：接口层
域名、IP地址都很容易被更改，而MAC地址是固定的，易管理和识别
原因：
1.IP地址容易被修改和变动，不能再网络上固定标识一台设备
2.MAC地址一般出厂时由厂家烧录到硬件中，不容易修改，在局域范围内容易定位唯一一台设备
3.从拓扑结构和分层上分析，IP地址属于网络层部分，主要功能是在广域网范围内路由寻址，选择最佳路由，而MAC地址在网络接口层
要形成适合于在网络媒体上传输的数据帧

课时十四

ARP：将计算机网络的IP地址转换为MAC物理地址

课时二十一

ICMP 互联网控制消息协议 (弥补IP协议的不足之处)
IP：路由寻址，寻找最佳路由，将报文发送到目的端
缺点：无差错报告和差错纠正功能
缺少一种为主机和管理查询得机制
ICMP有差错报告，但不具有纠正功能
ICMP是封装在IP报文中的
ICMP报文种类：
1.差错报告报文(ICMP总是把差错报文报告给原始数据源)
类型3：终点不可达(发送不到目的地)
类型4：源点抑制(发送端和接收端发送频率不一致，源快接受慢，会返回报文请求发慢一点)
类型11：超时(转圈)
类型12：参数问题
类型5：改变路由(路由重定向)
2.查询报文
类型8或0：回送请求或回答
类型13或14：时间戳请求或回答
类型17或18：地址码请求或回答
类型10或9：路由器查询通告
关于ICMP差错报文要点：
对于携带ICMP差错报文的数据包，不再产生ICMP差错报文
对于分片的数据报，如果不是第一个分片，则不产生ICMP差错报文
对于具有多播地址的数据包，不产生ICMP差错报文
对于具有特殊地址(127.0.0.0或0.0.0.0)的数据报，不产生ICMP差错报文
ICMP报文结构：
7.PNG

课时二十三

排错工具：
ping
traceroute(Linux) tracert(Windows)
ping -l 1024 www.baidu.com 发送1024个字节
ping www.baidu.com -t 一直ping 不停
ttl(生存时间)值与操作系统有关 64windows 54Linux
tracert可以解决ping的不足，它能定位到某一个具体的某一台设备

课时二十四

传输层作用:
分段及封装应用层送来的数据,提高传输的效率0
提供端到端的传输服务(通过端口实现不同进程的区分)
再发送主机与接受主机之间构建逻辑通信
包含协议:
TCP：传输控制协议
UDP：用户数据报文协议
两台主机进程间通信条件：
本地主机 IP
本地进程端口
远程主机 IP
远程进程端口
两台主机间通信条件：
本地主机 IP
远程主机 IP
端口范围：
熟知端口：0-1023
注册端口：1024-49151
动态端口：49152-65535
运输层协议和网络层协议的区别：
见图8.PNG