TCPIP协议族的体系结构、数据格式及传输过程
TCPIP的知识梳理（按四层结构体系描述）
TCPIP的知识梳理（按四层结构体系描述）TCP/IP协议TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/⽹际协议）是指能够在多个不同⽹络间实现信息传输的协议簇。
TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议，⽽是指⼀个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇，只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议。
TCP/IP传输协议是严格来说是⼀个四层的体系结构，应⽤层、传输层、⽹络层和数据链路层都包含其中。
OSI参考模型与TCP/IP四层模型对⽐ ⼀、应⽤层协议该层存在的协议：HTTP,DNS,FTP,Telnet,SMTP,RIP,NFSHTTP协议：（后⾯专门⽤⼀篇⽂章详解HTTP和HTTPS）HTTP (HyperText Transfer Protocol 超⽂本传输协议) 基于 TCP，使⽤端⼝号 80 或 8080。
每当你在浏览器⾥输⼊⼀个⽹址或点击⼀个链接时，浏览器就通过 HTTP 协议将⽹页信息从服务器提取再显⽰出来，这是现在使⽤频率最⼤的应⽤层协议。
这个原理很简单：点击⼀个链接后，浏览器向服务器发起 TCP 连接；连接建⽴后浏览器发送 HTTP 请求报⽂，然后服务器回复响应报⽂；浏览器将收到的响应报⽂内容显⽰在⽹页上；报⽂收发结束，关闭 TCP 连接。
HTTP 报⽂会被传输层封装为 TCP 报⽂段，然后再被 IP 层封装为 IP 数据报。
HTTP 报⽂的结构：可见报⽂分为 3 部分：(1)开始⾏：⽤于区分是请求报⽂还是响应报⽂，请求报⽂中开始⾏叫做请求⾏，⽽响应报⽂中，开始⾏叫做状态⾏。
在开始⾏的三个字段之间都⽤空格分开，结尾处 CRLF 表⽰回车和换⾏。
(2)⾸部⾏：⽤于说明浏览器、服务器或报⽂主体的⼀些信息。
(3)实体主体：请求报⽂中通常不⽤实体主体。
TCP-IP体系结构
T C P/I P体系结构主讲人：邹柳伟目录C O N T E N T 01概述什么是TCP/IP？包含了哪些东西？02TCP/IP协议的组成应用层、传输层、网络互连层、网络接口层03数据传输过程04OSI模型与TCP/IP体系比较一：概述TCP/IP体系结构•与OSI参考模型一样，TCP/IP体系结构也是层次结构，每一层负责不同的通信功能；•TCP/IP体系结简化了层次设计，自顶向下分别是应用层、传输层、网络互连层和网络接口层。
二：TCP/IP体系结构的组成应用层•包含了所有OSI模型中应用层、表示层、会话层。
•是体系结构中的最高。
直接为用户的应用进程提供服务。
•在因特网中的应用层协议很多，如支持万维网应用的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP协议，支持文件传送的FTP协议等等。
为用户的应用程序提供接口，使用户可以访问网络。
（IE浏览器就处于应用层）应用层协议•简单邮件传输协议：提供简单的电子邮件交换服务。
•文件传输协议:提供文件上传，文件下载服务，较慢但是可靠•超文本传输协议（浏览网页服务）•远程登录服务:支持用户通过终端共享其它主机的资源。
Telnet 协议HTTP 协议SMTP 协议FTP 协议•DNS 域名系统，将域名解析为IP 地址（将百度的域名转换为服务器的IP 地址）传输层•负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。
传输层协议TCPUDPTCP 传输控制协议，为应用程序提供面向连接、可靠的通信服务。
可靠性高，但效率低。
UDP 用户数据报协议为应用程序提供无连接通信服务，不提供传输的可靠性保证。
可靠性低，但效率高。
网络互连层（网际层）•负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。
在TCP/IP体系中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫做IP数据报，或简称为数据报。
•选中合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组，能够通过网络中的路由器找到目的主机。
《TCPIP协议》课件
数字签名可以应用于数据的完整性验证和身份认证过程，如数字证书用于验证网站的身份 ，数字签名用于验证软件和文件的来源和完整性等。
06
TCP/IP协议的发展趋势
IPv6的发展与推广
IPv6是下一代互联网协议，具有更大的地址空间和更高的安全性，能够解决IPv4 地址耗尽的问题。IPv6的推广和应用已经成为全球互联网发展的重要趋势。
发给收件人的邮件服务器，收件人通过邮件客户端应用程序下载和阅读邮件。
文件传输协议（FTP）
总结词
文件传输协议是TCP/IP协议中用于文 件传输的标准协议，它使用FTP命令 来传输文件。
详细描述
FTP允许用户在本地计算机和远程服 务器之间上传、下载和管理文件。 FTP服务器通常需要用户名和密码进 行身份验证，以确保文件的安全性。
IP数据报的路由选择
路由选择的概念
路由选择的原则
路由选择是指数据报在网络中的传输 路径选择，由路由器根据路由表进行 决策。
路由选择的原则包括最短路径、最少 跳数、最低成本等，路由器根据这些 原则选择最佳路径进行数据报的转发 。
路由表的构建
路由表是路由器中存储的路径信息表 ，根据路由协议（如RIP、OSPF等） 动态构建。路由器根据路由表选择最 佳路径转发数据报。
网络安全技术的进一步发展
随着互联网的普及和发展，网络安全问题越来越突出。网 络安全技术的进一步发展已经成为互联网技术的重要方向 之一。
网络安全技术的发展包括防火墙、入侵检测、加密技术等 。这些技术的发展和应用可以有效提高网络的安全性和可 靠性，保护用户的信息安全和隐私。
THANKS
TCP的流量控制与拥塞控制
TCP流量控制
流量控制是为了防止发送方把接收方的接收能力浪费掉而设置的机制。TCP使用滑动窗口机制进行流量控制。当 接收窗口为0时，发送方停止发送数据；当接收窗口大于0时，发送方继续发送数据。
TCPIP协议族的体系结构数据格式及传输过程
TCPIP协议族的体系结构数据格式及传输过程TCP/IP协议族描述了网络通信的基本原理和标准化规范，是互联网的核心协议。
它由两个重要的协议组成：TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）和IP（Internet Protocol，互联网协议）。
TCP/IP协议族的体系结构：TCP/IP协议族采用分层的体系结构，分为四个层次：网络接口层（Network Interface Layer）、互联网层（Internet Layer）、传输层（Transport Layer）和应用层（Application Layer）。
1. 网络接口层（Network Interface Layer）：负责在网络传输介质上发送和接收数据包。
它包含了物理连接的相关规范和数据链路层协议。
2. 互联网层（Internet Layer）：负责在网络中寻址和路由数据包。
它的核心协议是IP（Internet Protocol），IP协议定义了数据包在网络中的传输规则和地址分配规则。
3. 传输层（Transport Layer）：负责将数据可靠地传输到每个应用程序。
其中最重要的协议是TCP（Transmission Control Protocol），TCP提供了面向连接的、可靠的数据传输服务。
此外，还有UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议），它提供了无连接的、不可靠的数据传输服务。
4. 应用层（Application Layer）：提供了各种常见的应用程序协议，如HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）、FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）、SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议）等。
应用层协议通过TCP或UDP与传输层进行通信。
TCP/IP协议族的数据格式：TCP/IP协议族中的数据包称为"分组"，即数据包被分割为多个较小的部分进行传输。
tcpip协议
二、 IP协议基础与定址
路由表
路由表其实是一个小型的数据库，其中每一条路由记录 记载了通往每个节点或网络的路径。路由表的字段一般 有：目的网络地址（Network Destination）、子网掩码 （ Netmask ）、网关（ Gateway ）、接口（ Interface ） 和跃点数（Metric）等。 网关：指定 IP数据报发送到路由器的相应接口的 IP地址。 接口：表示本路由器与目的网络连接的网络接口的 IP地 址。 跃点数：用来表示将IP数据报送达目的网络所须经过的 路由器个数。 显示本机的路由表 Route print
若IP数据报的目的地址为私人IP地址，路由器将不 会处理此种数据报，因此无法在互联网上流通。
二、 IP协议基础与定址
子网
子网是指在一个IP地址上生成的逻辑网络。 分割子网的重点是让每个子网拥有一个独一 无二的子网地址，以识别各个子网。 原来的网络地址加上子网地址便可识别特定 的子网，原主机地址的后几位用于标识子网 中的主机。
网际控制报文协议
ICMP（Internet Control Message Protocol） 是面向连接的协议，用于向源节点发送“错 误报告”信息。 常用的工具有PING.EXE和TRACERT.EXE。
差错与控制报文
IP互联网利用ICMP传输控制报文和差错报文
ICMP报文的封装：封装在IP数据报中
应用层
二、 IP协议基础与定址
IP协议基础
Internet Protocol （ IP ，互联网协议）是整 个TCP/IP协议集的核心，也是构成互联网的 基础。 IP协议根据其版本分为IPv4和IPv6协议。目 前使用的主要是IPv4。 IP所提供的服务大致可分为两项：IP数据报 的传送和IP数据报的分段与重装。
TCPIP四层体系结构
TCPIP四层体系结构1.数据链路层2.⽹络层3.传输层4.应⽤层，其中IP是在第⼆层⽹络层中，TCP是在第3层传输层中，Internet体系结构最重要的是TCP/IP协议，是实现互联⽹络连接性和互操作性的关键，它把许多台的Internet上的各种⽹络连接起来。
Internet的其他⽹络协议都要⽤到TCP/IP协议提供的功能，因⽽称我们习惯称整Internet协议族为TCP/IP协议族，简称TCP/IP 协议也可称为TCP/IP四层体系结构。
链路层：(1) 为IP模块发送和接收IP数据报；(2) 为ARP模块发送ARP请求和接收ARP请求应答；(3) 为RARP模块发送RARP请求和接收RARP请求应答。
⽹络层： 负责相邻计算机之间的通信，处理传输层的分组发送请求，将分组装⼊IP数据包，填充报头，选择去往信宿机的路径，将数据包发往合适的⽹络接⼝，处理输⼊数据，检查其合法性，如其已到达信宿机，则去掉报头，将其交给相应的传输协议，如果其没有到达信宿机，则为其寻径转发。
⽹络层还处理拥塞，流控，路径等问题。
⽹络层协议有IP，IGMP,ICMP，ARP,RARP等协议，其是基于TCP/IP⽹络协议的核⼼，IP模块完成⼤部分功能，其他协议帮助IP完成特定任务，IP层接收更低层发来的数据包（⽐如以太⽹设备驱动程序）将其发送到更⾼层（⽐如UDP层和TCP层）同样的，接收更⾼层的数据包发往更低层。
IP数据包不会确认数据顺序和数据的完整性，IP数据包是不可靠的，IP数据包⾥⾯包含其源地址（发送数据的主机地址）和⽬的地址（接收数据的主机地址）。
传输层： 传输层提供应⽤程序间的通信，格式户信息流，提供可靠传输，为实现可靠传输，传输层协议接收端必须发回确认，如⽆发回确认，则表⽰分组丢失，重新发送直⾄成功为⽌。
传输层协议传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)和⽤户数据报协议UDP(User Datagram protocol)。
TCPIP协议体系结构简介
TCP/IP协议体系结构简介1、TCP/IP协议栈四层模型TCP/IP这个协议遵守一个四层的模型概念：应用层、传输层、互联层和网络接口层。
网络接口层模型的基层是网络接口层。
负责数据帧的发送和接收，帧是独立的网络信息传输单元。
网络接口层将帧放在网上，或从网上把帧取下来。
互联层互联协议将数据包封装成internet数据报，并运行必要的路由算法。
这里有四个互联协议：网际协议IP：负责在主机和网络之间寻址和路由数据包。
地址解析协议ARP：获得同一物理网络中的硬件主机地址。
网际控制消息协议ICMP：发送消息，并报告有关数据包的传送错误。
互联组管理协议IGMP：被IP主机拿来向本地多路广播路由器报告主机组成员。
传输层传输协议在计算机之间提供通信会话。
传输协议的选择根据数据传输方式而定。
两个传输协议：传输控制协议TCP：为应用程序提供可靠的通信连接。
适合于一次传输大批数据的情况。
并适用于要求得到响应的应用程序。
用户数据报协议UDP：提供了无连接通信，且不对传送包进行可靠的保证。
适合于一次传输小量数据，可靠性则由应用层来负责。
应用层应用程序通过这一层访问网络。
网络接口技术IP使用网络设备接口规范NDIS向网络接口层提交帧。
IP支持广域网和本地网接口技术。
串行线路协议TCP/IPG一般通过internet串行线路协议SLIP或点对点协议PPP在串行线上进行数据传送。
(是不是我们平时把它称之为异步通信，对于要拿LINUX提供建立远程连接的朋友应该多研究一下这方面的知识)?2、ARP要在网络上通信，主机就必须知道对方主机的硬件地址(我们不是老遇到网卡的物理地址嘛)。
地址解析就是将主机IP地址映射为硬件地址的过程。
地址解析协议ARP用于获得在同一物理网络中的主机的硬件地址。
解释本地IP地址(要了解地址解析工作过程的朋友看好了)主机IP地址解析为硬件地址：(1)当一台主机要与别的主机通信时，初始化ARP请求。
当该IP断定IP地址是本地时，源主机在ARP缓存中查找目标主机的硬件地址。
TCPIP协议的数据传输过程详解——IP与以太网的包收发操作
TCPIP协议的数据传输过程详解——IP与以太⽹的包收发操作MTU:⼀个⽹络包的最⼤长度，以太⽹中⼀般是1500字节；（含有头部长度，包括IP头部，TCP头部，不包括MAC头部）MSS:除去头部后，⼀个⽹络包所能容纳的TCP的数据的最⼤长度下图为TCP/IP软件的分层结构：其中，IP中ICMP协议⽤于告知⽹络包传送过程中产⽣的错误及各种控制信息，ARP协议⽤于根据IP地址查询相应的以太⽹的MAC地址。
TCP模块在执⾏连接、收发、断开等各阶段的操作中，都需要委托IP模块将数据封装成包发送给通讯对象。
下⾯介绍⼀下⽹络包的⼀些基本知识：包是由头部和数据两部分组成。
头部包含⽬的地等控制信息，头部后⾯就是委托⽅要发给对⽅的数据。
下⾯是TCP/IP包的结构：简单区分⼀下路由器和集线器的区别：它们在传输⽹络包的时候有各⾃的分⼯：1、路由器是根据IP规则传输包的设备，根据⽬标地址判断下⼀个路由器的位置2、集线器是按照以太⽹规则传输包的，在⼦⽹中将⽹络包传到下⼀个路由。
下图是包收发操作的整体过程：包收发操作的起点就是TCP模块委托IP模块发送包的操作，这个委托的过程就是在TCP模块在数据块的前⾯加上TCP头部，然后整个传递给IP 模块，这部分就是⽹路包中的内容。
与此同时，TCP模块还需要指定通信对象的IP地址，收到委托后，IP模块会将包的内容当做⼀个整块数据，在前⾯加上包含控制信息的头部。
IP模块会添加IP头部和MAC头部这两个，其中，IP头部中包含IP协议规定、根据IP地址将包传送到⽬的地的控制信息；MAC头部包含通过以太的局域⽹将包传输⾄最近路由器所含的控制信息。
IP头部包含很多控制信息，其中重要的是包将发送到哪⾥的IP地址，这是应⽤程序提供的；IP头部中还需要填写发送⽅的IP地址，需要IP模块利⽤路由表进⾏判断，即判断发送使⽤的⽹卡。
MAC地址是在⽹卡⽣产时写在ROM⾥⾯的，是全世界唯⼀的⼀串地址，是⽣成⽹卡时写⼊的，根据IP地址查询MAC地址。
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在计算机网络里，两台计算机之间如何沟通呢？这就需要为网上的所有计算机制定通信协议了。
那什么是协议呢？
协议规定了网络上的所有通信设备，尤其是一个计算机与另一个计算机之间的数据往来格式、数据的含义和交互过程的控制顺序。
网络用户要把自然语言写成的邮件从一个计算机发到网上另一个计算机（这是一个网络应用），但网线上只能传递电压信号，哪么应该如何实现这一网络通信呢？看来要把自然语言的邮件变成一个个的电压信号，得做许多工作，比如发方要做：
规定邮件的格式、自然语言的编码标准、把邮件分成一个个的数据段（数据段=发放地址+收方的地址+数据）、子网内的交换、内外网之间的路径选择、把数据信号转换成电压信号，还要保证传输数据的正确性。
网上的每个计算机都有地址，用户看到的计算机名是逻辑的如“张三的计算机”、“李四的计算机”、“客户信息数据库”等，得需要找到它们对应的网上的门牌号（IP地址）、在子网内交换时还应进一步找到与它们的IP地址对应的网卡的MAC地址。
收方的工作顺序正好与发放的顺序相反。
由此可见，在计算机网上要发一封邮件，得需要很多工作，也需要很多标准（或者说协议）。
因此TCP/IP协议族应运而生。
1. TCP/IP协议族的体系结构
图1的右边是TCP/IP的体系结构，可以看出TCP/IP不是一个单独的协议，而是由多个协议组成的协议族，这些协议从高到低分四层，分别规定了满足网络用户需求的应用层协议、信息传输层协议、网络互联层协议以及面向物理链路的网络接口层协议。
图1的左边是OSI七层模型，图1给出了OSI七层模型与TCP/IP协议族之间的对应关系。
图1 TCP/IP体系结构与OSI体系结构
图2说明了我们常用的以太网协议IEEE802与OSI的对应关系。
图2 局域网和城域网体系结构的参考模型（L&MAN/RM）
协议栈
当应用程序用TCP传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作一串比特流送入网络。
其中每一层对收到的数据都要增加一些首部信息（有时还要增加尾部信息），TCP传给IP的数据单元称作TCP消息段或简称为TCP段（TCP segment）。
IP传给网络接口层的数据单元称作IP数据报（IP Datagram）。
通过以太网传输的比特流称作帧（Frame）。
如图3所示。
图3 数据进入协议栈时的封装过程
2.网上传输的数据格式
2.1 TCP报文段的格式
图4 TCP报文段的格式
虽然图4中TCP报文的长度字段均为16位，因此TCP报文可以长达64KB，但是TCP报文太长，在下层IP层传输时要分解成多个短数据段，再加上封装/拆装，导致网络传输效率降低。
如果TCP报文的长度过短，也会导致网络传输效率降低。
一般TCP报文的长度取536字节净负荷。
IP数据报也有同样的问题及其解决思路。
2.2 IP数据报的格式
图5 IP数据报头部的组成
2.3 以太网II（Ethernet V2）的帧格式
以太网II的帧是用于IP数据报在以太网中传输的约定俗成的标准帧类型。
以太网II帧格式里的序言为以太网回路建立必需的定时机制以识别和开始读取传入的数据。
信宿地址为接收方网卡的MAC地址。
源地址为发送方网卡的MAC地址。
协议标识域（Type）域，标明了使用该帧的上一层协议，例如Type值0x0800表明使用该帧的协议是IP协议。
图6 以太网II的帧格式
以太网II的帧的有效载荷的长度在64到1518字节之间。
3.使用TCP协议通信的过程
主机A和主机B使用TCP协议通信时先按图 7的方式建立连接，然后再传数据，传完后解除连接。
图7 用三次握手建立TCP连接
主机B应答的信息中，ack=x+l中的x是通信发起方（主机A）设定的一个初始序号，应答方（主机B）应答此序号表明应答方确实收到了发起方的信息，据此预防冒充者应答，因冒充者收不到发起方的报文，不知道x的值。
发起方再回复y+1予以确认。
下面就可以正式通信了。