TCP/IP四层模型各层主要协议详述

1、一张表理清 OSI七层和TCP/IP四层的关系

2、TCP/IP模型

（1）物理层

物理层规定:为传输数据所需要的物理链路创建、维持、拆除，而提供具有机械的，电子的，功能的和规范的特性，确保原始的数据可在各种物理媒体上传输，为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。

（2）数据链路层

主要提供链路控制（同步，异步，二进制，HDLC），差错控制（重发机制），流量控制（窗口机制）

（3）网络层

提供阻塞控制，路由选择（静态路由，动态路由）等

1）IP：网际协议。IP协议提供不可靠、无连接的传送服务。IP协议的主要功能有：无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。IP地址是重要概念

2）ARP：地址解析协议。基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。以太网中的数据帧从一个主机到达网内的另一台主机是根据48位的以太网地址（硬件地址）来确定接口的，而不是根据32位的IP地址。内核必须知道目的端的硬件地址才能发送数据。P2P的连接是不需要ARP的。

3）RARP：反向地址转换协议。允许局域网的物理机器从网关服务器的 ARP 表或者缓存上请求其 IP 地址。局域网网关路由器中存有一个表以映射MAC和与其对应的 IP 地址。当设置一台新的机器时，其 RARP 客户机程序需要向路由器上的 RARP 服务器请求相应的 IP 地址。假设在路由表中已经设置了一个记录，RARP 服务器将会返回 IP 地址给机器。

4）IGMP：组播协议包括组成员管理协议和组播路由协议。组成员管理协议用于管理组播组成员的加入和离开，组播路由协议负责在路由器之间交互信息来建立组播树。IGMP属于前者，是组播路由器用来维护组播组成员信息的协议，运行于主机和和组播路由器之间。IGMP 信息封装在IP报文中，其IP的协议号为2。

5）ICMP：Internet控制报文协议。用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。

6) BGP :边界网关协议。处理像因特网大小的网络和不相关路由域间的多路连接。

7）RIP：路由信息协议。是一种分布式的基于距离矢量的路由选择协议。

（4）传输层

提供分割与重组数据，按端口号寻址，连接管理差错控制和流量控制,纠错的功能。传输层要向会话层提供通信服务的可靠性，避免报文的出错、丢失、延迟时间紊乱、重复、乱序等差错。

1）TCP: 一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

2) UDP: 用户数据报协议，一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。

（5）应用层

1）HTTP：超文本传输协议，基于TCP，是用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议。它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。

2）SMTP：简单邮件传输协议,是一组用于由源地址到目的地址传送邮件的规则，由它来控制信件的中转方式。

3）SNMP：简单网络管理协议，由一组网络管理的标准组成，包含一个应用层协议、数据库模型和一组资源对象。

4）FTP：文件传输协议，用于Internet上的控制文件的双向传输。同时也是一个应用程序。

5）Telnet：是Internet远程登陆服务的标准协议和主要方式。为用户提供了在本地计算机上完成远程主机工作的能力。在终端使用者的电脑上使用telnet程序，用它连接到服务器。

6）SSH：安全外壳协议，为建立在应用层和传输层基础上的安全协议。SSH 是目前较可靠，专为远程登录会话和其他网络服务提供安全性的协议。

7）NFS：网络文件系统，是FreeBSD支持的文件系统中的一种，允许网络中的计算机之间通过TCP/IP网络共享资源。

3、具体协议与TCP、UDP的归属

随手画的有点丑，凑合看看~

4、数据包及协议首部说明：

IP层传输单位是IP分组，属于点到点的传输；TCP层传输单位是TCP段，属于端到端的传输

①UPD首部

UPD首部格式如下：

UDP 是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。

UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，同时也不使用拥塞控制。

UDP 是面向报文的。UDP 没有拥塞控制，很适合多媒体通信的要求。

UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。

UDP 的首部开销小，只有 8 个字节

端口号：用来表示发送和接受进程。

长度：UDP长度字段指的是UDP首部和UDP数据的字节长度。该字段的最小值为 8字节（发送一份0字节的UDP数据报是 O K）。

检验和：UDP检验和是一个端到端的检验和。它由发送端计算，然后由接收端验证。其目的是为了发现UDP首部和数据在发送端到接收端之间发生的任何改动

②TCP报文段首部

TCP报文段首部的前20个字节是固定的，后面的字节是根据需要增加的。首部格式如下：

TCP 提供可靠交付的服务，保证数据无差错、不丢失、不重复、按序到达。

TCP 提供全双工通信。

TCP虽然是面向字节流的，但TCP传送的数据单元却是报文段。一个TCP 报文段分为首部和数据两部分

1、第一个4字节：
（1）源端口，16位；发送数据的源进程端口
（2）目的端口，16位；接收数据的进程端口
2、第二个4字节与第三个4字节
（1）序号，32位；代表当前TCP数据段第一个字节占整个字节流的相对位置；
（2）确认号，32位；代表接收端希望接收的数据序号，为上次接收到数据报的序号+1，当ACK标志位为1时才生效。
3、第四个4字节：
（1）数据偏移，4位；实际代表TCP首部长度，最大为60字节。
（2）6个标志位，每个标志位1位；
SYN，为同步标志，用于数据同步；
ACK，为确认序号，ACK=1时确认号才有效；
FIN，为结束序号，用于发送端提出断开连接；
URG，为紧急序号，URG=1是紧急指针有效；
PSH，指示接收方立即将数据提交给应用层，而不是等待缓冲区满；
RST，重置连接。
（3）窗口值，16位；标识接收方可接受的数据字节数。
4、第五个4字节
（1）校验和，16位；用于检验数据完整性。
（2）紧急指针，16位；只有当URG标识位为1时，紧急指针才有效。紧急指针的值与序号的相加值为紧急数据的最后一个字节位置。用于发送紧急数据。

③IP报文

IP报文是在网络层传输的数据单元，也叫IP数据报。IP报文格式如下图

1、第一个4字节：

（1）版本号，4位；用于标识IP协议版本，IPv4是0100，IPv6是0110，也就是二进制的4和6。
（2）首部长度（Internet Header Length），4位；用于标识首部的长度，单位为4字节，所以首部长度最大值为：(2^4 - 1) * 4 = 60字节，但一般只推荐使用20字节的固定长度。
（3）服务类型（Type Of Service），8位；用于标识IP包的优先级，但现在并未使用。
（4）总长度（Total Length），16位；标识IP数据报的总长度，最大为：2^16 -1 = 65535字节。
2、第二个四字节：

（1）标识（Identification），16位；用于标识IP数据报，如果因为数据链路层帧数据段长度限制（也就是MTU，支持的最大传输单元），IP数据报需要进行分片发送，则每个分片的IP数据报标识都是一致的。
（2）标志（Flag），3位，但目前只有2位有意义；最低位为MF，MF=1代表后面还有分片的数据报，MF=0代表当前数据报已是最后的数据报。次低位为DF，DF=1代表不能分片，DF=0代表可以分片。
（3）片偏移（Fragment Offset），13位；代表某个分片在原始数据中的相对位置。
3、第三个四字节：

（1）生存时间（TTL），8位；以前代表IP数据报最大的生存时间，现在标识IP数据报可以经过的路由器数。
（2）协议（Protocol），8位；代表上层传输层协议的类型，1代表ICMP，2代表IGMP，6代表TCP，17代表UDP。
（3）校验和（Header Checksum），16位；用于验证数据完整性，计算方法为，首先将校验和位置零，然后将每16位二进制反码求和即为校验和，最后写入校验和位置。
4、第四个四字节：源IP地址

5、第五个四字节：目的IP地址