物理层：在物理媒体上传输原始的数据比特流。

   数据链路层：将数据分成一个个数据帧，以数据帧为单位传输。有应有答，遇错重发。

   网络层：将数据分成一定长度的分组，将分组穿过通信子网，从信源选择路径后传到信宿。

传输层：提供不具体网络的高效、经济、透明的端到端数据传输服务。

   会话层：进程间的对话也称为会话，会话层管理不同主机上各进程间的对话。

   表示层：为应用层进程提供格式化的表示和转换数据服务。

   应用层：提供应用程序访问OSI环境的手段。

OSI网络体系结构各层协议：

（1）应用层：TELNET、FTP、TFTP、SMTP、SNMP、HTTP、BOOTP、DHCP、DNS
（2）表示层：
                         文本：ASCII，EBCDIC
                         图形：TIFF，JPEG，GIF，PICT
                         声音：MIDI，MPEG，QUICKTIME

（3）会话层：NFS、SQL、RPC 、X-WINDOWS、ASP（APPTALK会话协议）、SCP
（4）传输层：TCP、UDP、SPX
（5）网络层：IP、IPX、ICMP、RIP、OSPF(Open Shortest Path First开放式最短路径优先)
（6）数据链路层：SDLC、HDLC、PPP、STP（Spanning Tree Protocol）、帧中继
（7）物理层：EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45

TCP/IP四层模型

1.链路层（数据链路层/网络接口层）：包括操作系统中的设备驱动程序、计算机中对应的网络接口卡

2.网络层（互联网层）：处理分组在网络中的活动，比如分组的选路。

3.运输层：主要为两台主机上的应用提供端到端的通信。

4.应用层：负责处理特定的应用程序细节。

TCP/IP协议族的分层

假设在一个局域网(LAN)如以太网中有两台主机，二者运行FTP协议：

基本概念（对等通信、封装、分用、端口）

对等通信、

对等通信peer-to-peer communication，为了使数据分组从源传送到目的地，

源端OSI模型的每一层都必须与目的端的对等层进行通信，这种通信方式称为对等层通信。(网络层只能跟网络层通信)

在这一过程中，每一层的协议在对等层之间交换信息，该信息成为协议数据单元（PDU）。

每一层都利用下层提供的服务与对等层通信。（在HostA与HostB之间）

封装、

TCP/IP协议族的上层协议是通过封装来使用下层服务的。

应用程序数据在发送到物理网络之前，将沿着协议族从上往下依次封装。

每层协议都将在上层协议的基础上加上自己的头部信息（以太网还包括尾部信息），以实现改成的功能，这个过程就是封装。

经过TCP封装后的数据成为TCP报文段（TCP message segment）

经过UDP封装后的数据称为UDP数据报。

经过IP封装后的数据称为IP数据报。

经过数据链路层封装的数据称为帧（frame）。

分用、(解封)

当帧到达目的主机时，将沿着TCP/IP协议族从下往上依次传递。

各层协议依次处理帧中本层负责的头部数据，以获取所需的信息，并最终将处理后的数据交给目标应用程序。这个过程称为分用。

分用是靠头部信息中的类型字段实现的。

端口

是设备与外界通讯交流的出口。端口可分为虚拟端口和物理端口，

虚拟端口指计算机内部或交换机路由器内的端口，不可见。例如计算机中的80端口、21端口、23端口等。

物理端口又称为接口，是可见端口，计算机背板的RJ45网口，交换机路由器集线器等RJ45端口。

端口类型

1.周知端口（Well Known Ports）

周知端口是众所周知的端口号，范围从0到1023，其中80端口分配给WWW服务，21端口分配给FTP服务等。

2.注册端口

端口1024到49151，分配给用户进程或应用程序。这些进程主要是用户选择安装的一些应用程序，而不是已经分配好了公认端口的常用程序

3.动态端口（Dynamic Ports）

动态端口的范围是从49152到65535。之所以称为动态端口，是因为它一般不固定分配某种服务，而是动态分配。

TCPIP基础（二）

最大传输单元（MTU）/路径MTU

最大传输单元（Maximum transmission unit），以太网MTU为1500。

以太网和8 0 2 . 3对数据帧的长度都有一个限制，其最大值分别是1500和1492字节。链路层的这个特性称作MTU，最大传输单元。不同类型的网络大多数都有一个上限。

如果I P层有一个数据报要传，而且数据的长度比链路层的MTU还大，那么IP层就需要进行分片，把数据报分成若干片

路径MTU

两台主机之间的通信要通过多个网络，那么每个网络的链路层就可能有不同的MTU。

两台通信主机路径中的最小MTU。它被称作路径MTU。

以太网帧格式

地址解析： IP地址转换为MAC地址（物理地址）地址解析协议： ARP协议

MAC地址转换为IP地址反向地址解析协议: RARP协议

以太网帧数据格式（类型）： 1）数据报 2） ARP协议数据报 3） RARP协议数据报

ICMP

ICMP是（Internet Control Message Protocol）Internet控制报文协议。它是TCP/IP协议簇的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。

出现原因：在IP通信中，经常有数据包到达不了对方的情况。

主要用途：差错通知和信息查询。

ICMP协议的功能主要有：

1. 确认IP包是否成功到达目标地址

2. 通知在发送过程中IP包被丢弃的原因

ping 就是将数据封装成ICMP协议实现的

ICMP报文包含在IP数据报中，IP报头在ICMP报文的最前面。

ICMP报头如下图所示

ARP-地址解析协议

主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；

收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源

数据在网络中传输过程（ping的过程）

DNS服务器：将主机名转换为IP地址

RARP- 反向地址解析协议

具有本地磁盘的系统引导时，一般是从磁盘上的配置文件中读取IP地址。但是无盘机，如X终端或无盘工作站，则需要RARP方法来获得IP地址。因此 RARP协议目前已很少使用。

TCPIP基础（三）

IP数据报格式

网际校验和

网际校验和，英文全称（Internet Checksum）发送方对要发送的数据划分为许多16位字序列（如果数据的字节数为奇数，则在末尾补一字节0凑成偶数。）对这些序列反码求和，便得到校验和

如果数据在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算校验和的结果应该为全1。如果结果不是全1（即校验和错误）。

计算如下：

IP首部(不含校验和)反码+0x1111 = 发送端校验和

IP首部(不含校验和)反码+发送端校验和反码=接收端校验和

IP首部 = IP首部(不含校验和) + 发送端校验和

路由

路由一般根据三个规则：1、搜索匹配的主机地址 2、搜索网络地址 3、搜索默认表项

TCPIP基础（四）

TCP特点

(1)、基于字节流

TCP传输的单位是段，基于字节流意味着对段的边界不做任何假定，TCP没有提供边界处理，所以需要处理粘包问题。

(2)、面向连接

需要建立连接

(3)、可靠传输

网际校验和

(4)、缓冲传输

缓存数据，找到合适时机发送，提高效率

(5)、全双工

(6)、流量控制

滑动窗口机制

TCP报文格式

源端口号与目的端口号  源端口号和目的端口号，加上IP首部的源IP地址和目的IP地址唯一确定一个TCP连接。

序号  序号表示在这个报文段中的第一个数据字节序号。

确认号  仅当ACK标志为1时有效。确认号表示期望收到的下一个字节的序号。

头部长度  4位，TCP头部最多60个字节

保留位  6位，必须为0

6个标志位

URG－紧急指针有效

ACK－确认序号有效

PSH－接收方应尽快将这个报文段交给应用层

RST－连接重置

SYN－同步序号用来发起一个连接

FIN－表示将要终止一个连接

窗口大小 通过窗口大小来达到流量控制。

校验和 对tcp头与数据进行校验。

紧急指针  是一个正的偏移量，与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。

选项与填充（选项为4字节整数倍，否则用0填充）最常见的可选字段是最长报文大小MSS（Maximum Segment Size），每个连接方通常都在通信的第一个报文段中指明这个选项。它指明本端所能接收的最大长度的报文段。该选项如果不设置，默认为536（20+20+536=576字节的IP数据报）

连接建立三次握手

连接终止四次握手

TCP如何保证可靠性

不可靠主要包括：差错(校验和)、丢包(超时重传)、失序、重复

应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块，称为段传递给IP层。

当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。

当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒。

TCP将保持它首部和数据的校验和。这是一个端到端的校验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的校验和有差错，TCP将丢弃这个报文段并且不确认（导致对方超时重传）

TCP承载于IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失序。TCP将对收到的数据进行重新排序。

IP数据报会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据。

TCP还能提供流量控制。TCP连接的每一方都有一定大小的缓冲空间。

TCPIP基础（五）

滑动窗口协议

滑动窗口概念不仅存在于数据链路层，也存在于传输层，两者有不同的协议，但基本原理是相近的。

其中一个重要区别是，一个是针对于帧的传送，另一个是字节数据的传送。

滑动窗口主要实现了流量的控制。

在TCP连接建立的过程中，TCP中一个字段包含了窗口的大小，还包含了一个MSS大小（防止ip层数据分片）。

滑动窗口协议的基本原理就是在任意时刻，发送方都维持了一个连续的允许发送的帧的序号，称为发送窗口；

同时，接收方也维持了一个连续的允许接收的帧的序号，称为接收窗口。

发送窗口和接收窗口的序号的上下界不一定要一样，甚至大小也可以不同。不同的滑动窗口协议窗口大小一般不同。

发送方窗口内的序列号代表了那些已经被发送，但是还没有被确认的帧，或者是那些可以被发送的帧。

如上图，

序号为1、2、3的数据已经发送并且已经得到确认，所以滑动窗口开始于序号为4的数据。在这个滑动窗口中序号4-7是已经发送未被确认的数据，8-12是可以发送的数据。如果4-7得到确认，那么滑动窗口会往前移动4个数据单位。

对于接收方，接收方维护一个接收窗口，第一个序号4号表示期望收到的字节序号，如果收到一个数据不是4号但是在接收窗口之内，接收窗口将不会对这个数据确认，如果在接收窗口之外，就会丢弃这个数据。如果收到的数据是4号，接收窗口会对4号数据确认，并将窗口移动一个位置。实际上接收窗口会使用延迟确认机制。在收到连续多个数据才会进行确认，提高确认效率。

UDP特点及报文格式

UDP无连接，不可靠的协议，但是一般情况下UDP更加高效。

可以看出，UDP的头部只有8个字节，数据格式比较简单，在传输过程中效率可能会更高一点。

（一）TCP/IP基础

TCPIP基础（一）

ISO/OSI参考模型