TCP/IP协议族简介

OSI网络分层介绍

　　网络结构的标准模型是OSI模型，由国际互联网标准化组织定义的网络分层模型。虽然目前没有完全按照这种模型实现的网络协议栈，但是学习这个模型对于我们理解网络协议还是很有帮助的。

1.OSI网络分层模型

　　7层，同一层是对等层，对等层之间规则是一致的。

　 什么是协议栈？一个网络上运行的网络规则。通过协议栈的不同层可以划分为不同层。

2.OSI的七层网络结构

物理层：物理特性（机械特性，功能特性，电器特性），传输单位是比特，网卡在物理层
数据链路层:可靠数据传输，物理寻址，数据成帧，数据的检测重发，流量控制以及链路控制
网络层：一个主机到另一个主机，有流量控制，拥塞控制等。数据单位为包。
传输层：分段，用来保证上一层的会话层能够传输到另一方的会话层。
会话层:建立，终止，会话过程。主要功能是提供请求者和提供者之间的通信。
表示层:对数据进行处理，包括压缩，加密，以及格式的转换
应用层：为应用程序提供访问网络服务的接口。或者为用户提供常用的应用，比如电子邮件应用，网络浏览器，QQ这些。。。。。

下三层（物理层，数据链路层，网络层）是通信子网层，为上层提供通信服务。需要注意，OSI并不是一个网络的结构，他只是告诉我们每一层应该做什么。ISO为每一层都定义了标准，每个标准都有自己的内部标准定义。

3.OSI参考模型中的数据传输

应用程序调用应用层接口然后进入应用层
应用层加上报头形成对应的协议数据单元，然后传递给下一层
表示层不关系传来的内容，对数据进行处理然后再加上表示层的报头。传给下一层
与上面类似，往下依次加上报头。在数据链路层则不同，需要加上帧头帧尾，打包成一个数据帧，然后再传给物理层。尾部是数据的校验和，用于判断数据是不是正确发送。
物理层将上面传输过来的数据发送出去。

主机B和主机A相反，是一个解封的过程，一次经过物，数，网，传，会，表，应，将主机B发送的数据接收和解包，最后传递给应用程序。

主机B物理层接收数据，送给数据链路层
数据链路层进行校验，如果没有出错就发给上一层网络层。
与上面类似，依次去掉头部传递给上一层，最后到达B的应用程序中。

TCP/IP 协议栈

　　上一节对ISO/OSI7层模型做了简单介绍，由于ISO指定的OSI参考模型过于庞大和复杂，在实现的时候造成了很大困难，所以招到了很多批评。在实际中，TCP/IP协议栈获得了更加广泛的应用。主流的操作系统基本上都采用TCP/IP协议栈。

1.TCP/IP协议栈参考模型

　　从上到下分4个层次：应用层，传输层，网络互联层，和主机到网络层。

主机到网络：TCP/IP并没有给出具体实现，仅仅规定了给上一层的网络互联层提供的访问接口，可以传输IP数据包，具体实现随网络类型的不同而不同。
网络互联层：是TCP/IP协议栈的核心。将数据进行分组并发到目的主机或者网络。有时候为了尽快发送分组，一个数据包的分组可能要经过不同的路径进行传递。这样会造成分组到主机的顺序不是原来发送的顺序，这就需要在这一层对分组进行排序。这一层定义了数据包的分组格式和协议，采用的是IP协议，因此网络互联层经常被称为IP层。这一层的功能主要由路由，网际互联和拥塞控制等。
传输层：提供源主机和目标主机上的对等层之间可以进行对话的机制。定义了两种协议，TCP和UDP。TCP是面向连接，可靠的协议。提供了窗口控制，超时重发等方法，将数据发送到互联网上的其他主机。UDP是不可靠的，无连接的协议，使用与不怕数据丢失，不需要对报文进行排序，流量控制的场景。
应用层：将OSI的会话层和表示层取消，功能被合并到应用层，基于TCP协议的有（FTP文件传输协议，HTTP超文本传输协议），基于UDP的协议有简化的FTP协议，网络管理协议SNMP，域名服务DNS,网络文件共享NFS和SAMBA等。还有两种方式均有实现的协议，比如P2P协议。

TCP/IP参考模型的层次结构：

此图的IP层中有网际控制报文协议(ICMP)和地址识别协议（ARP），并不是IP层的一部分，而是和IP层一起工作。ICMP是用来报告网络上的某些出错信息。ARP在IP和数据链路层之间，它是在32位IP地址和48位局域网地址之间执行翻译的协议。

2.主机到网络层协议

　　对应与OSI的数据链路层，有上图可以看出本层主要为IP协议和ARP协议提供服务，发送和接收网络数据报。

　　TCP/IP技术主要基于以太网标准。采用的是一种带冲突检测的载波侦听多路接入的方法进行传输（CSMA/CD）；

　　以太网的封包格式（在IP数据的基础上增加了14个字节）：

数据段的长度有一个最大值，以太网为1500，这个特性我MTU（最大传输单元）,如果比这个值大，在IP层数据要进行分片，使得每个片都小于等于MTU.

CRC用于校验，保证数据传输的正确性，通常由硬件实现，例如网卡设备实现网络数据的CRC校验。

3.IP协议

　　IP协议是TCP/IP协议中最为重要的协议。为TCP，UDP,ICMP提供传输的通路。IP层能够提供子网的互联，使不同子网之间能传输数据。IP层的作用：

发现正确的目的主机地址
把数据从一个主机传输到另一个主机
路由选择：选择数据在互联网上的传送路径
数据报文分段，当大于MTU时，将数据进行分段发送

IP数据如图所示，头部长度最短为20个字节。

版本 ip协议的版本号，如果为IPV4此字段值为4，如果为IPV6此字段为6
首部长度除去数据的整个头部的数据长度，32位为单元进行计算，因为首部长度为20个字节，160位，160、/3=5，所以这个字段最小值是5。
服务类型　　8位如图所示

优先权现在已经忽略，剩下的分为为最小延迟（D），最大吞吐量(T),最高可靠性(R),最小费用(F).这4个位中最多只用一个位置1，如果全为0，表示为一般服务。

D值为1表示请求低时延

T值为1表示请求高吞吐量、

R值为1表示请求高可靠性

F值为1表示请求低费用

这个主要用在如果有两个路由方式可以选择的时候，路由器读取这些字段，判断用那种方式。

总长度　　总长度为16位，表示以字节为单位的数据报文长度。包含IP的头部和数据部分。以16为单位进行计算。理论上，本字段为16位，2^16-1最大可达到65535个字节的长度。
标识和片偏移 IP每发一份数据报文就会填写一个标识表示此数据包。片偏移表示数据在原数据报文中的偏移地址。
生存时间TTL TTL字段的值表示数据报文最多可以经过的路由器数量。一般为32或者64，经过一个路由器TTL减1.
协议类型 8位，表示IP上承载的是什么高级协议。
校验和 16位长度的数值，使用循环冗余校验，作用是包装IP帧的完整性。
IP选项 IP选项字段是一个32位的字段，用来表示IP数据段使正常数据还是用作网络控制的数据。
源地址和目的地址源地址表示发送数据的主机或者设备的IP地址，目的地址为接收数据的主机IP地址。

4.网际控制报文协议（ICMP）

用于传递差错信息，时间，回显，网络信息等报文控制数据

ICMP协议格式

ICMP报文的数据格式

类型，表示不同类型的ICMP报文（分类）
代码段用于对类型字段ICMP报文的详细规定（更详细划分）
校验和用于校验

举例：目标不可达的报文格式

类型字段的值设为3，代码字段根据实际情况进行设置。第4-7个字节作为保留字，全部设置为0.

5.传输控制协议（TCP）

　　在原有IP协议的基础上，增加了确认重发，滑动窗口和复用/解复用等机制，提供可靠，面向连接的字节流服务。

优点：

有序
面向连接
可靠，如果有误不发送确认应答，发送方超时后会自动重发
缓冲传输
全双工
流量控制（滑动窗口）

TCP数据在IP报文中的位置

TCP报文的数据格式

源端口号和目的端口号：

表示发送端和接收端的端口，用于确认发送端和接收端的应用程序。

序列号：表示分配给TCP包的编号。依次加1
确认号：接收成功确认号加1，并返回回来，发送方再次发送的时候从确认号开始
头部长度：TCP头部的长度，以32位为单位
保留位：没有使用
控制位：可以多个位一起设置

窗口尺寸：表示本机上TCP协议可以接受的以字节为单位的数目
校验和：用于检测传输数据的正误
紧急指针：16b。只有设置了URG位才有效，它指出了紧接紧急数据的字节的顺序编号。
选项：经常使用的最大分段长度MSS。指明当前主机所能接收的最大报文长度。

三次握手：

四次握手释放连接

tcp的封装和解封装

如图所示