数据系列_技术原理分册_第1章_TCPIP协议概述

第1章TCP/IP概述1.1 参考模型概述TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写，中文译名为传输控制协议/互联网络协议）协议是Internet最基本的协议，简单地说，就是由底层的IP协议和TCP 协议组成的。

TCP/IP协议的开发工作始于70年代，是用于互联网的第一套协议。

开放式系统互联模型（OSI）是1984年由国际标准化组织（ISO）提出的一个参考模型。

作为一个概念性框架，它是不同制造商的设备和应用软件在网络中进行通信的标准。

现在此模型已成为计算机间和网络间进行通信的主要结构模型。

1.1.1 OSI参考模型和网络基本概念目前使用的大多数网络通信协议的结构都是基于OSI模型的。

OSI将通信过程定义为七层，即将连网计算机间传输信息的任务划分为七个更小、更易于处理的任务组。

每一个任务或任务组则被分配到各个OSI层。

每一层都是独立存在的，因此分配到各层的任务能够独立地执行。

这样使得变更其中某层提供的方案时不影响其他层。

OSI七层模型的每一层都具有清晰的特征。

基本来说，第七至第四层处理数据源和数据目的地之间的端到端通信，而第三至第一层处理网络设备间的通信。

另外，OSI模型的七层也可以划分为两组：上层（层7、层6和层5）和下层（层4、层3、层2和层1）。

OSI模型的上层处理应用程序问题，并且通常只应用在软件上。

最高层，即应用层是与终端用户最接近的。

OSI模型的下层是处理数据传输的。

物理层和数据链路层应用在硬件和软件上。

最底层，即物理层是与物理网络媒介最接近的，并且负责在媒介上发送数据。

各层的具体描述如下图1-1所示：图1-1 OSI参考模型第七层：应用层定义了用于在网络中进行通信和数据传输的接口－用户程式；提供标准服务，比如虚拟终端、文件以及任务的传输和处理；第六层：表示层掩盖不同系统间的数据格式的不同性；指定独立结构的数据传输格式；数据的编码和解码；加密和解密；压缩和解压缩；第五层：会话层管理用户会话和对话；控制用户间逻辑连接的建立和挂断；报告上一层发生的错误；第四层：传输层管理网络中端到端的信息传送；通过错误纠正和流控制机制提供可靠且有序的数据包传送；提供面向无连接的数据包的传送；第三层：网络层定义网络设备间如何传输数据；根据唯一的网络设备地址路由数据包；提供流和拥塞控制以防止网络资源的损耗；第二层：数据链路层定义操作通信连接的程序；封装数据包为数据帧；监测和纠正数据包传输错误；第一层：物理层定义通过网络设备发送数据的物理方式；作为网络媒介和设备间的接口；定义光学、电气以及机械特性。

通过OSI层，信息可以从一台计算机的软件应用程序传输到另一台的应用程序上。

例如，计算机A上的应用程序要将信息发送到计算机B的应用程序，则计算机A中的应用程序需要将信息先发送到其应用层（第七层），然后此层将信息发送到表示层（第六层），表示层将数据转送到会话层（第五层），如此继续，直至物理层（第一层）。

在物理层，数据被放置在物理网络媒介中并被发送至计算机B。

计算机B的物理层接收来自物理媒介的数据，然后将信息向上发送至数据链路层（第二层），数据链路层再转送给网络层，依次继续直到信息到达计算机B的应用层。

最后，计算机B的应用层再将信息传送给应用程序接收端，从而完成通信过程。

下面图示1-2说明了这一过程。

图1-2 计算机网络中的通信图解OSI的七层运用各种各样的控制信息来和其他计算机系统的对应层进行通信。

这些控制信息包含特殊的请求和说明，它们在对应的OSI层间进行交换。

每一层数据的头和尾是两个携带控制信息的基本形式。

对于从上一层传送下来的数据，附加在前面的控制信息称为头，附加在后面的控制信息称为尾。

然而，在对来自上一层数据增加协议头和协议尾，对一个OSI层来说并不是必需的。

当数据在各层间传送时，每一层都可以在数据上增加头和尾，而这些数据已经包含了上一层增加的头和尾。

协议头包含了有关层与层间的通信信息。

头、尾以及数据是相关联的概念，它们取决于分析信息单元的协议层。

例如，传输层头包含了只有传输层可以看到的信息，传输层下面的其他层只将此头作为数据的一部分传递。

对于网络层，一个信息单元由第三层的头和数据组成。

对于数据链路层，经网络层向下传递的所有信息即第三层头和数据都被看作是数据。

换句话说，在给定的某一OSI层，信息单元的数据部分包含来自于所有上层的头和尾以及数据，这称之为封装。

例如，如果计算机A要将应用程序中的某数据发送至计算机B，数据首先传送至应用层。

计算机A的应用层通过在数据上添加协议头来和计算机B的应用层通信。

所形成的信息单元包含协议头、数据、可能还有协议尾，被发送至表示层，表示层再添加为计算机B 的表示层所理解的控制信息的协议头。

信息单元的大小随着每一层协议头和协议尾的添加而增加，这些协议头和协议尾包含了计算机B的对应层要使用的控制信息。

在物理层，整个信息单元通过网络介质传输。

计算机B中的物理层收到信息单元并将其传送至数据链路层；然后B中的数据链路层读取计算机A的数据链路层添加的协议头中的控制信息；然后去除协议头和协议尾，剩余部分被传送至网络层。

每一层执行相同的动作：从对应层读取协议头和协议尾，并去除，再将剩余信息发送至上一层。

应用层执行完这些动作后，数据就被传送至计算机B中的应用程序，这些数据和计算机A的应用程序所发送的完全相同。

1.1.2 TCP/IP协议族网络协议通常分不同层次进行开发，每一层分别负责不同的通信功能。

TCP/IP协议族是一组不同层次上的多个协议的组合。

TCP/IP通常被认为是一个四层协议系统，如图1-3所示：图每一层负责不同的功能：链路层：有时也称作数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。

它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。

⏹网络层：有时也称作互联网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。

在TCP/IP协议族中，网络层协议包括IP协议（网际协议），ICMP协议（Internet互联网控制报文协议），以及IGMP协议（Internet组管理协议）。

⏹传输层：主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。

在TCP/IP协议族中，有两个互不相同的传输协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。

TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。

它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。

由于传输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。

而另一方面，UDP则为应用层提供一种非常简单的服务。

它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。

任何必需的可靠性必须由应用层来提供。

⏹应用层：负责处理特定的应用程序细节。

几乎各种不同的TCP/IP实现都会提供下面这些通用的应用程序：Telnet远程登录、FTP文件传输协议、SMTP简单邮件传送协议、SNMP简单网络管理协议。

1.2 IP地址概述在Internet上连接的所有计算机，从大型机到微型计算机都是以独立的身份出现，我们称它为主机。

为了实现各主机间的通信，每台主机都必须有一个唯一的网络地址。

就好像每一个住宅都有唯一的门牌一样，才不至于在传输数据时出现混乱。

Internet的网络地址是指连入Internet网络的计算机的地址编号。

所以，在Internet网络中，网络地址唯一地标识一台计算机。

我们都已经知道，Internet是由几千万台计算机互相连接而成的。

而我们要确认网络上的每一台计算机，靠的就是能唯一标识该计算机的网络地址，这个地址就叫做IP（Internet Protocol的简写）地址，即用Internet协议语言表示的地址。

1.2.1 IP地址计算与规划目前，在Internet里，IP地址是一个32位的二进制地址，为了便于记忆，将它们分为4组，每组8位，由小数点分开，用四个字节来表示，而且，用点分开的每个字节的数值范围是0~255，如202.116.0.1，这种书写方法叫做点数表示法。

IP地址可确认网络中的任何一个网络和计算机，而要识别其他网络或其中的计算机，则是根据这些IP地址的分类来确定的。

一般将IP地址按节点计算机所在网络规模的大小分为A，B，C三类，默认的网络掩码是根据IP地址中的第一个字段确定的。

⏹A类地址A类地址的表示范围为：0.0.0.0~126.255.255.255，默认网络掩码为：255.0.0.0；A类地址分配给规模特别大的网络使用。

A类网络用第一组数字表示网络本身的地址，后面三组数字作为连接于网络上的主机的地址。

分配给具有大量主机（直接个人用户）而局域网络个数较少的大型网络。

例如IBM公司的网络。

⏹B类地址B类地址的表示范围为：128.0.0.0~191.255.255.255，默认网络掩码为：255.255.0.0；B 类地址分配给一般的中型网络。

B类网络用第一、二组数字表示网络的地址，后面两组数字代表网络上的主机地址。

⏹C类地址C类地址的表示范围为：192.0.0.0~223.255.255.255，默认网络掩码为：255.255.255.0；C类地址分配给小型网络，如一般的局域网和校园网，它可连接的主机数量是最少的，采用把所属的用户分为若干的网段进行管理。

C类网络用前三组数字表示网络的地址，最后一组数字作为网络上的主机地址。

实际上，还存在着D类地址和E类地址。

但这两类地址用途比较特殊，在这里只是简单介绍一下：D类地址称为广播地址，供特殊协议向选定的节点发送信息时用。

E类地址保留给将来使用。

连接到Internet上的每台计算机，不论其IP地址属于哪类都与网络中的其他计算机处于平等地位，因为只有IP地址才是区别计算机的唯一标识。

所以，以上IP地址的分类只适用于网络分类。

在Internet中，一台计算机可以有一个或多个IP地址，就像一个人可以有多个通信地址一样，但两台或多台计算机却不能共用一个IP地址。

如果有两台计算机的IP地址相同，则会引起异常现象，无论哪台计算机都将无法正常工作。

顺便提一下几类特殊的IP地址：⏹广播地址：目的端为给定网络上的所有主机⏹单播地址：目的端为指定网络上的单个主机地址⏹组播地址：目的端为同一组内的所有主机地址⏹环回地址：127.0.0.1在环回测试和广播测试时会使用1.2.2 子网的划分若用户不上Internet，那一定不会烦恼IP Address的问题，因为可以任意使用所有的IP Address，不管是A Class或是B Class，这个时候不会想到要用Sub Net，但若是上Internet 那IP Address便弥足珍贵了，目前全球IP Address已经愈来愈少了，而所申请的IP Address 目前也趋保守，而且只有经申请的IP Address能在Internet使用。