解密TCP/IP模型：网络通信的全景指南

一、网络参考模型

• OSI参考模型
• TCP/IP参考模型

1. 应用层（数据）：为应用程序提供网络服务
2. 传输层（段）：建立端到端的连接
3. 网络层（包）：IP寻址和路由选择
4. 数据链路层（帧）：将数据封装成帧，提供点到点、点到多点的连接
5. 物理层（比特）：定义接口规格

上层依赖下层提供服务。

对等通信：发送方通过哪一层什么协议发送的数据报文，接收方也同样再哪一层及协议处理数据报文。

 

二、TCP/IP每一层详解

（1）应用层

        作用：为应用程序提供服务

        主要协议：FTP（21），DNS（53），Telnet（23），HTTP（80），SNMP（161），SMTP（25）

        DNS域名解析协议，对应IP与域名的映射关系，查询方式：递归查询和迭代查询

（2）传输层

        作用：提供端到端的连接

        主要协议：

                        TCP：面向连接，可靠的，有序的，流量控制

                        基于TCP的协议：FTP(21),SMTP(25),Telnet(23),HTTP(80)

                        UDP：无连接，不可靠，无序，无流量控制                

                        基于UDP的协议：TFTP(69),SNMP(161)

UDP报文（8Byte）：内容包括：源端口号，目的端口号，头部长度，首部校验和

TCP报文（20Byte）：内容包括：源端口，目的端口，序列号，确认号，首部长度，保留位，控制位，窗口大小，首部校验和，紧急指针，选项

                基于TCP的应用在传输数据之前必须要先进行TCP三次握手，结束后四次挥手

       端口号范围：【1】知名端口号：0——1023

                            【2】注册端口号：1024——49151

                            【3】动态端口号：49152——65535

        序列号：保证数据传输的有序性

        确认号：对收到的数据进行确认

        控制位： 【*】ACK:置为1表示确认收到数据

                        【*】SYN：置为1表示请求建立连接

                        【*】FIN：置为1表示请求断开连接

                        【*】PSH：置为1表示加快传输

                        【*】URG：紧急位        

                        【*】RST：复位，重置连接

                                          复位的原因：服务器端口没打开；服务器响应太慢，用户终止连接；网络攻击

        窗口大小：表示接受方的接收能力；加快传输速率，进行流量控制

        选项字段：MSS：TCP数据包每次能够传输的最大数据分段

                        MSS（最大段大小）=MTU（最大传输单元）-TCP头部-IP头部

                        MSS最大为1500-20-20=1460Byte

        首部校验和：差错检测，确保传输的可靠性

三次握手：

        过程：PC1：SYN置1，seq-number=x←

                  PC2：ACK置1，SYN置1,seq-number=y，ack- number=x+1←

                  PC1：ACK置1，seq-number=x+1，ack-number=y+1→

三次握手状态机：

                closed：初始状态，连接为建立

                SYN__SENT：待建立连接

                SYN__RCVD:请求建立连接，待回应

                Estableshed：已建立连接

四次挥手：

     过程：PC1：FIN置为1，seq-number=x→                                                           

                PC2：ACK置1，ack-number=x+1←

                PC2：FIN置1，seq-number=y←

                PC1：ACK置1，ack-number=y+1→

（3）网络层

        作用；IP寻址，路由选择

        常见协议：IP,IPX,ICMP,IGMP

        IP头部：版本、头部长度、服务类型、总长度、标识、标志、片偏移、生存时间TTL、协议、首部校验和、源IP地址、目的IP地址、选项字段

ICMP协议：协议号为1、辅助IP工作、作用：检测网络通信故障和路由追踪

        Ping和tracert都是基于ICMP协议

        Ping：作用：测试连通性，测试网络性能

        tracert：作用：探测跟踪路由

           tracert工作原理：源主机发送3个请求包，TTL=1，第一个路由器接收到之后，TTL=0，被迫回应给源主机一个超时信息，源主机就会获得经过第一个路由器的时间和IP地址，再发送3个请求包,TTL=1+1，以此类推，直到目标主机应答终止

（4）数据链路层

        作用：将数据报文封装成帧，提供点到点，点到多点的连接

        常见协议：以太网，PPP，PPPOE，IEEE802.2，IEEE802.3

        以太帧头部：内容：目的MAC，源MAC，TYPE，尾部

（5）物理层

                定义接口、线缆标准

三、数据通信过程

        在浏览器上输入www.baidu.com，主机判断目标地址为域名格式，需要转换成IP地址才能通信，主机会向DNS服务器查询WEB服务器地址。主机先看DNS服务器是否与自己在同一网段，如果不在，向网关发送ARP请求，获取网关MAC地址，发送DNS查询到DNS服务器，DNS返回域名对应的IP地址，主机发送http请求到WEB服务器。