TCPIP复习要点(答案自己整理非标准)

一、概述

1、TCP/IP体系结构（与OSI模型的对照）

应用层，传输层，网络层，数据链路层，物理层。

OSI 应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，物理层。

2、每层的主要协议

应用层：DNS,FTP,TFTP,SMTP,SMNP

传输层：UDP,TCP

网络层：ICMP,IGMP,ARP,RARP,IP

数据链路层,物理层:由底层网络定义的协议。

3、数据在每层的封装过程

应用层:：首部+数据

传输层：TCP首部+上层数据

网络层：IP首部+上层数据

数据链路层：以太网首部+上层数据+以太网尾部

物理层：比特流

4、每层PDU（协议数据单元）的名称

物理层：比特流

数据链路层：帧

网络层：分组

传输层：报文段

二、数据链路层协议

1、以太网的协议结构（层次）

应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，物理层。

2、MAC帧的格式

帧头，数据部分，帧尾。其中，帧头和帧尾包含一些必要得控制信息，比如同步信息、地址信息、差错控制信息等；数据部分则包含网络层传下来的数据，比如ip数据报。

MAC帧的帧头包括三个字段。前两个字段分别为6字节长的目的地址字段和源地址字段，目的地址字段包含目的MAC地址信息，源地址字段包含源MAC地址信息。第三个字段为2字节的类型字段，里面包含的信息用来标志上一层使用的是什么协议，以便接收端把收到的MAC帧的数据部分上交给上一层的这个协议。

MAC帧的数据部分只有一个字段，其长度在46到1500字节之间，包含的信息是网络层传下来的数据。

MAC帧的帧尾也只有一个字段，为4字节长，包含的信息是帧校验序列FCS（使用CRC校验）。

3、MTU（最大数据传输单元）的含义

是指一种通信协议的某一层上面所能通过的最大数据包大小。

4、MAC地址

MAC地址是识别LAN（局域网）节点的标识。网卡的物理地址通常是由网卡生产厂家烧入网卡的EPROM，它存储的是传输数据时真正赖以标识发出数据的主机和接收数据的主机的地址。

5、网络设备

网络设备及部件是连接到网络中的物理实体。基本的网络设备有：计算机、集线器、交换机、网桥、路由器、网关、网络接口卡、无线接入点、调制解调器。

6、PPP协议由哪几个协议组成

PPP协议包含这样几个部分：链路控制协议LCP；网络控制协议NCP；认证协议，最常用的包括口令验证协议PAP和挑战握手验证协议CHAP。

三、网络层协议

1、ARP

ARP的功能，查看缓存表

ARP协议是特定网络的标准协议，负责把更高层协议地址解析（转换）成为物理网络地址。arp –a

ARP报文格式

硬件类型（16）+协议类型（16）+硬件长度（8）+协议长度（8）+操作（16）+发送站硬件地址（长度可变）+发送站协议地址（长度可变）+目的站硬件地址（长度可变）+目的站协议地址（长度可变）

解析过程

发送IP报文前总是先对ARP缓存表进行查找，看是否目标MAC地址存在于缓存表中,在A 不知道B的MAC地址的情况下，A就广播一个ARP请求包，请求包中填有B的IP(192.168.1.2)，以太网中的所有计算机都会接收这个请求，而正常的情况下只有B会给出ARP应答包，包中就填充上了B的MAC地址，并回复给A。A得到ARP应答后，将B的MAC地址放入本机缓存，便于下次使用

ARP代理的功能

实现两个物理网络的链接。通过使用一个主机(通常为router),来作为指定的设备对另一设备的ARP请求作出应答。

ARP代理实际上是使用了简单的欺骗手段，使网络内的主机错误的认为目标主机与自己处于同一网段内，从而达到了透明化子网划分的目的。

2、IP协议

IP的主要任务：

网络层IP协议主要负责IP寻址、路由选择和IP数据包的分片与组装。

分片与重组的含义

一个较长的IP分组经过一个MTU值较小的物理网络时，把长分组分割成较小的分组进行传输，这个划分过程叫做分片，划分得到的每一部分也叫分片。

目的站的IP根据分片中的相关字段以及相同的标识、协议号、源IP地址和目的IP地址，并且只一定的时间内，分片全部到齐后，将其重新组装成完整的原始分组。

IP数据报的格式以及字段含义

版本+首部长+服务类型+总长度+标识+标志+分片偏移+生存时间+协议+首部校验和+源ip 地址+目的ip地址+选项+数据

版本：4bit 定义版本号V4或者V6

首部长：4bit 定义ip分组首部的长度

服务类型：8bit 表示ip分组需要的不同的服务质量

总长度：16bit 定义ip分组的总长度

生存时间：8bit 定义ip分组在网络中允许存在的时间

协议：8bit 定义ip分组封装的高层协议

首部校验和：16bit 定义首部校验和

源IP地址：32bit 定义分组源站的IP地址

目的IP地址：32bit 定义分组目的站的IP地址

选项：40B 不必需

IP地址的表示（分类、无分类CIDR）

分类：A0B10C110D1110E1111

CIDR：无分类域间路由选择

适当分配多个合适的IP地址，使得这些IP地址能够进行聚合，减少这些地址在路由表中的表项数。

子网的划分、掩码、网络地址

子网的划分：针对B类和A类地址可能造成浪费的现象，把每个网络的主机地址空间根据需要进一步划分成若干个子网。

子网掩码：子网掩码是一个32位地址掩码，对应于网络地址和子网地址的地址掩码位设置为“1”，而对应于主机地址的地址掩码位设置位“0”。

网络地址：包含主机地址的网络

变长子网掩码，不同规模网络的划分

变长子网掩码：每个物理网络的子网掩码长度不等

OSPF和RIP的区别

作为基于距离向量算法的路由选择协议，RIP把到达目的网络的“距离”作为选择路由的度量，而“距离”一般指跳数，也就是所经过的路由器数量。每经过一个路由器，跳数就增加1，也就是“距离”增加1。RIP认为一条好的路由就是它所经过的路由器数量最少的路由。

开放最短路径优先OSPF协议是由IETF IGP工作小组提出的，一种基于SPF算法的路由协议。与RIP不同，在OSPF协议中，没有跳数限制，并且选择最佳路径的度量标准可以基于带宽、延迟、可靠性和负载等服务类型。

3、ICMP

ICMP报文的封装（与IP报文的关系）

icmp报文ip首部+ip数据帧首部+帧数据+帧尾部

ICMP数据报封装在IP数据报里传输。ICMP报文可以被IP协议层、传输层协议（TCP或UDP）和用户进程使用。

ICMP协议的功能

IP协议是一种不可靠无连接的包传输，当数据包经过多个网络传输后，可能出现错误、目的主机不响应、包拥塞和包丢失等。为了处理这些问题，在IP层引入了一个子协议ICMP。ICMP也工作在网络层，用于处理重要的差错和信息，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。

ICMP消息的类型及作用，由谁发出的

ICMP包括2大类消息：查询诊断消息和差错消息。

ICMP查询消息可以从一台主机发送到另一台主机，或者从一台主机发送到一个路由器，以获取有关另一台主机或路由器的特定信息。查询消息可以帮助主机获取有关他们自己以及与它们的网络相连接的邻近主机或路由器信息。主机向特定目的设备发送ICMP查询的目的是进行诊断。ICMP查询可以用来诊断某些网络连接性的问题。

IP协议是不可靠的，并且它不涉及到检错。因此，设计ICMP差错消息的目的就是弥补IP 的不足。ICMP查询消息可以从主机或路由器发送，但是，差错消息只有在响应因某种原因不能传输的IP数据报时才能发送。因此，ICMP差错消息必须返回到发送失效IP数据报的

源设备（主机）。

ICMP应用（ping，tracert）

有两种基于ICMP的简单而广泛使用的应用为：ping和traceroute。ping使用ICMP回送请求和回答消息来确定一台主机是否可达。Traceroute发送具有低TTL值的IP数据报，以使它们在通往目的主机的途中过期。它使用ICMP超时消息来确定数据报在互联网中的什么地方超时了，并组成通向一台主机的路由视图。

4、IGMP

几类报文（成员关系报告报文、成员关系查询报文、成员离开报文）及类型代码

17:成员关系查询消息，由组播路由器发出。

22: 成员关系报告消息，由一个组播主机发送，表明参与一个特定的组播主机组。

23：成员离开（leave）组消息，由一个组播主机发送。

组播地址的表示

组播设备使用D类IP地址进行通信。这些地址属于从224.0.0.0到239.255.255.255的范围内。对于每个组播地址，存在0台主机或多台主机集合侦听传输到这个地址的消息。这个设备集合就叫做一个主机组（host group）。

与以太网地址的对应

在D类IP地址1110…中前4位固定，高5位被忽略,低23位复制到MAC的低23位，mac 中的第八位置1表多播。

四、运输层协议

1、TCP

TCP的特点

TCP称为面向字节流连接的和可靠的传输层协议，TCP 提供面向连接的服务。

由于TCP 要提供可靠的、面向连接的运输服务，因此不可避免地增加了许多的开销。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多的处理机资源。

TCP 不提供广播或多播服务。

流数据传输，数据被分割成TCP最适合发送的数据块，也就是最大报文段长度。当一个连接建立时，连接的双方都要通告各自的MSS(最大报文段长度)。根据窗口值和当前拥塞程度来设定。TCP 可把太长的数据块划分短一些再传送。TCP 也可等待积累有足够多的字节后再构成报文段发送出去。

端口和套接字的概念.

端口和套接字是进程间通信所需要的两个概念。用于确定指定主机上的哪个本地进程使用了哪个协议和哪台远程主机上的哪个进程进行了通信。

TCP的功能：可靠传输、流量控制（窗口、缓存）、拥塞控制（算法）

可靠传输：数据校验、等待确认与超时重传、确认丢失和确认迟到、累积确认、数据的丢弃与排序

流量控制：TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出

拥塞控制：拥塞控制主要是通过调整发送端的发送速率，在拥塞控制的情况下，采用慢速启动（Slow Start）算法和快速重传（Fast Retransmit）算法来控制传输速率。

傻瓜窗口综合症的避免

Nagle算法clark解决方案延迟发送确认

TCP 的建立、断开连接的过程、TCP的连接过程、三次握手及序号、确认号的关系TCP是面向连接的协议。在面向连接的环境中，开始传输数据之前，在两个终端之间必须先建立一个连接。对于一个要建立的连接，通信双方必须用彼此的初始化序列号seq和来自

对方成功传输确认的应答号ack（指明希望收到的下一个字节的编号）来同步，习惯上将同步信号写为SYN，应答信号写为ACK。整个同步的过程称为三次握手

当握手进程没有成功完成最终的确认时就会发生半开放连接。半开放连接的过程如下（动画演示）：

主机A向主机B发送第1个数据包，也就是SYN数据包。

主机B发送ACK SYN数据包作为回应。

这时主机A应该发送第3个数据包，即ACK数据包来结束握手，但实际却没有发送第3个数据包,使得主机B一直发送ACK SYN数据包。

对于一个已经建立的连接，TCP使用四次握手来结束通话（使用一个带有FIN附加标记的报文段）。

TCP报文格式

16位源端口号+16位目的端口号+32位序号+32位确认号+4位数据偏移+保留6位+URG+ACK+PSH+RST+SYN+FIN+16位窗口大小+16位检验和+16位紧急指针+选项+数据2、UDP

UDP的特点

UDP 属无连接，发送数据前不需建立连接,不需要维护连接状态，包括收发状态等，这样一台服务机可同时向多个客户机传输相同的数据，如实现多播。

UDP 使用尽最大努力交付，不保证可靠交付，同时也不使用拥塞控制。

UDP 首部开销小，8 字节，TCP 20字节

UDP 是面向报文的

UDP报文格式

UDP首部和UDP数据区。

源端口+目的端口+报文长度+校验和+数据

UDP应用场合

IP电话、视频会议等

五、应用层协议

1、各类协议所使用的端口及使用的传输层协议是TCP还是UDP

DHCP、DNS、HTTP、FTP、TELNET、SMTP、POP3、IMAP等

TCP：HTTP,FTP,TELNET,SMTP ,POP3,IMAP

UDP：DHCP,DNS,

2、DHCP

DHCP的工作过程（第一次登录和重新登录）、报文类型

第一次登录网络

（1）发现阶段

即DHCP客户机寻找DHCP服务器的阶段。DHCP客户机以广播方式（因为DHCP服务器的IP地址对于客户机来说是未知的,目的地址为255.255.255.255）发送DHCP discover发现报文来寻找DHCP服务器（如下图）。一般在1秒之内得不到响应就会发第二个广播包,共发4次,如果都失败,系统会继续在5分钟之后再重复一次DHCP discover 包。

（2）提供阶段

即DHCP服务器为DHCP客户机提供IP地址的阶段。在网络中接收到DHCP discover发现报文的DHCP服务器都会做出响应，它从尚未出租的IP地址中挑选一个分配给DHCP客户机，向DHCP客户机发送一个包含出租的IP地址和其他设置的DHCP offer提供报文（如下图）。

（3）选择阶段

即DHCP客户机选择某台DHCP服务器提供的IP地址的阶段。如果有多台DHCP服务器向DHCP客户机发来的DHCP offer提供报文，则DHCP客户机只接受第一个收到的DHCP offer 提供报文，然后它就以广播方式回答一个DHCP request请求报文，该报文中包含向它所选定的DHCP服务器请求IP地址的内容。（如下图）。

（4）确认阶段

即DHCP服务器确认所提供的IP地址的阶段。当DHCP服务器收到DHCP客户机回答的DHCP request请求报文之后，它便向DHCP客户机发送一个包含它所提供的IP地址和其他设置的DHCP ack确认报文，告诉DHCP客户机可以使用它所提供的IP地址。然后DHCP 客户机便将其TCP/IP协议与网卡绑定，另外，除DHCP客户机选中的服务器外，其他的DHCP服务器都将收回曾提供的IP地址（如下图）。

重新登录网络

以后DHCP客户机每次重新登录网络时，就不需要再发送DHCP discover发现报文了，而是直接发送包含前一次所分配的IP地址的DHCP request请求报文。当DHCP服务器收到这一报文后，它会尝试让DHCP客户机继续使用原来的IP地址，并回答一个DHCP ack确认报文。

如果此IP地址已无法再分配给原来的DHCP客户机使用时（比如此IP地址已分配给其它DHCP客户机使用），则DHCP服务器给DHCP客户机回答一个DHCP nack否认报文。当原来的DHCP客户机收到此DHCP nack否认报文后，它就必须重新发送DHCP discover发现报文来请求新的IP地址。

DHCP的报文类型

DHCP使用BOOTP的报文格式，但修改了一些字段的内容和含义。DHCP报文格式如图所示：0-15、16-31

OPCODE(8)硬件类型（8）硬件长度（8）跳数(8)

事务编号（32）

引导的秒数（16）标志（16）

客户机IP地址（32）

你的IP地址（32）

服务器IP地址（32）

中继代理IP地址（32）

客户机硬件地址（16个字节）

服务器的主机名（64个字节）

启动文件名（128个字节）

选项（可变长）

地址租约的含义

DHCP使IP地址可以租用，租期从1分钟到100年不定，当租期到了的时候，服务器可以把这个IP地址分配给别的机器使用。

3、DNS

DNS的作用

DNS用来通过用户亲切而友好的名称代替枯燥而难记的IP地址以定位相应的计算机和相应服务，是名称和IP地址之间的“翻译官”，它通过一个遍布全球的分布式数据库，提供主机名称和IP地址之间的映射。

解析的两种方式（递归和重复）如何工作的？

递归解析：客户端（解析器）可以从名称服务器中请求递归应答。这意味着解析器期望服务

器提供最终答案。如果服务器是这一域名的授权者，它会检查它的数据库并做出响应。如果服务器不是授权者，它会把请求发送给其他服务器（通常是父服务器），并等待响应。如果父服务器是授权者，它就做出响应。否则它仍把查询发送给其他服务器。当查询最终得到解析后，响应就回溯知道最终到达发出请求的客户端。这就是递归解析（recursive resolution）. 迭代解析(重复解析)：如果客户端没有请求递归查询，则映射以迭代的形式完成。如果服务器是名称的授权者，则它发送应答；反之，它会返回一个它认为能够解析该查询的服务器的IP地址（给客户端），由客户端负责向第二台服务器重复发送请求。如果新的地址解析服务器能够解析这一问题，那么就用IP地址响应这一请求。否则，它再向客户端返回新的地址解析服务器的IP地址。这时，客户端必须向第三台服务器重复该请求。

4、FTP

控制连接和数据连接，

FTP采用两个TCP连接来传输一个文件，它们是控制连接和数据连接。

1. 控制连接

通常以客户服务器方式建立。服务器以被动方式打开用于FTP的端口21，等待客户的连接。客户则以主动方式打开TCP端口21来建立连接。控制连接始终等待客户与服务器之间的通信。该连接将命令从客户传给服务器，并传回服务器的应答。

2. 数据连接

根据通信的需要随时建立和释放，用于数据的传输,如:每当一个文件要在客户与服务器之间传输时，就会创建一个数据连接。

服务器常使用20端口。

数据连接的两种模式：主动模式和被动模式。

FTP的数据连接模式有两种:PORT(主动模式) 和PASV(被动模式) 。

在主动模式下，FTP客户端随机开启一个大于1024的端口N向服务器的21号端口发起连接，建立控制连接，然后开放N+1号端口进行监听，并向服务器发出PORT N+1命令。服务器接收到命令后，会用其本地的FTP数据端口（通常是20）来连接客户端指定的端口N+1，进行数据传输。

在被动模式下，FTP客户端随机开启一个大于1024的端口N向服务器的21号端口发起连接，建立控制连接，同时会开启N+1号端口。然后向服务器发送PASV命令，通知服务器处于被动模式。服务器收到命令后，会开放一个大于1024的端口P进行监听，然后用PORT P 命令通知客户端，自己的数据端口是P。客户端收到命令后，会通过N+1号端口连接服务器的端口P，然后在两个端口之间进行数据传输。

总的来说，主动模式的FTP是指服务器主动连接客户端的数据端口，被动模式的FTP是指服务器被动地等待客户端连接自己的数据端口。