原创 TCP/IP传输协议概述

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TCP/IP网络是如何通讯的

在使用TCP/IP协议通信的网络中，可以形象地理解为有两个信封，TCP和IP就是信封。待传递的信息被划分成若干段，每一段塞入一个TCP信封，并在该信封面上记录有分段号的信息，再将 TCP信封塞入IP大信封，发送上网。在接收端，一个TCP软件包接收信封，抽出数据，按发送前的顺序将信息还原，并加以校验，若发现差错，TCP将会要求重发。因此，TCP/IP在网络中几乎可以无差错地传送数据。

但是这些信是如何到达目的地的呢?

我们来打个比方：以下图为例，小K住在村1的H1中，村里有个邮局H0。现在小K有两封信分别要给住在村1的H3和村2的H1中的人。

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操作的步骤如下：

小K首先在信封上都标注收信人的地址。第一封信的地址是：村1.H3；第二封信的地址是：村2.H2。

然后，小K比较了一下第一封的地址和自己的地址，发现第一封信的收信人和自己在一个村，所以最简单和经济的办法就是自己送去。

接下来，小K比较了一下第二封的地址和自己的地址，发现第二封信的收信人和自己不在一个村，甚至自己也不知道如何到达那里，所以小K只好把信送到邮局，由邮局来送这封信。

信总算送出去了。现在我们来总结一下这个过程需要哪些要素。

首先需要一个地址，这个地址包括两部分：一是你是哪个村的，二是你住在村里的哪个屋子里。

其次需要邮局来送的不是同一个村的信，因为同一个村的信是不需要通过邮局的。

在使用TCP/IP协议通信的网络中，这个地址就是“IP地址”，IP地址分为网络号和主机号两部分，由四段1-255的数字组成。网络号就相当于地址中标明是哪个村的部分，一个村的网络号是相同的，一个网络号代表一个“子网”。主机号就相当于地址中标明是哪座房子的部分。然而，在IP地址中并没有明确规定哪个部分是网络号，哪个部分是主机号，还需要“子网掩码”来进行区分。网络中的每台计算机都有自己的IP地址，这个地址不能重复。

邮局就是实现路由功能的路由器，它知道如何把数据发送到其他子网上。路由器和网络上的其他计算机一样有自己的IP地址。当计算机发现要发送数据的目的地和自己不在同一个子网内时，就把数据发到路由器。为了使同一个子网内的计算机识别出路由器，需要在计算机上配置一下，告诉计算机路由器的IP地址，这个地址在操作系统中称为“GateWay（网关）”。

TCP/IP 的分层结构：

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)已成为一个事实上的工业标准。

TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多协议，组成了TCP/IP协议簇。TCP/IP协议簇分为四层，IP位于协议簇的第二层(对应OSI的第三层)，TCP位于协议簇的第三层(对应OSI的第四层)。TCP和IP是TCP/IP协议簇的中间两层，是整个协议簇的核心，起到了承上启下的作用。

1、接口层

TCP/IP的最低层是接口层，常见的接口层协议有：Ethernet 802.3、Token Ring 802.5、X.25、Frame reley、HDLC、PPP等。

2、网络层

网络层包括：IP(Internet Protocol)协议、ICMP(Internet Control Message Protocol)控制报文协议、ARP(Address Resolution Protocol)地址转换协议、RARP(Reverse ARP)反向地址转换协议。

IP是网络层的核心，通过路由选择将下一跳IP封装后交给接口层。IP数据报是无连接服务。

ICMP是网络层的补充，可以回送报文。用来检测网络是否通畅。Ping命令就是发送ICMP的echo包，通过回送的echo relay进行网络测试。

ARP是正向地址解析协议，通过已知的IP，寻找对应主机的MAC地址。

RARP是反向地址解析协议，通过MAC地址确定IP地址。比如无盘工作站和DHCP服务。

3、传输层

传输层协议主要是：传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)和用户数据报协议UDP(User Datagram rotocol)。

TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通讯时完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接的所以只能用于点对点的通讯。TCP提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口实际表示接收能力，用以限制发送方的发送速度。

UDP是面向无连接的通讯协议，UDP数据包括目的端口号和源端口号信息，由于通讯不需要连接，所以可以实现广播发送。UDP通讯时不需要接收方确认，属于不可靠的传输，可能会出丢包现象，实际应用中要求在程序员编程验证。

4、应用层

应用层一般是面向用户的服务。如FTP、TELNET、DNS、SMTP、POP3。

FTP(File Transmision Protocol)是文件传输协议，一般上传下载用FTP服务，数据端口是20H，控制端口是21H。

Telnet服务是用户远程登录服务，使用23H端口，使用明码传送，保密性差、简单方便。

DNS(Domain Name Service)是域名解析服务，提供域名到IP地址之间的转换。

SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)是简单邮件传输协议，用来控制信件的发送、中转。

POP3(Post Office Protocol 3)是邮局协议第3版本，用于接收邮件。

数据格式：

数据帧：帧头＋IP数据包＋帧尾 (帧头包括源和目标主机MAC地址及类型,帧尾是校验字)

IP数据包：IP头部＋TCP数据信息 (IP头包括源和目标主机IP地址、类型、生存期等)

TCP数据信息：TCP头部+实际数据 (TCP头包括源和目标主机端口号、顺序号、确认号、校验字等)