TCP/IP协议栈-协议层

各层的协议

• IP协议

IP是整个TCP/IP协议族的核心，也是构成互联网的基础；IP协议为上层协议提供无状态，无连接，不可靠得服务。

无状态：是指IP通信双方不同步传输数据的状态信息，因此所有IP数据报的发送，传输，和接收都是相互独立的，没有上下文关系的。其缺点是无法处理乱序和重复的IP数据报。

无连接：通信双方都不长久的维持对方的任何信息，那么就需要上层协议去指定传输的IP地址。

不可靠服务：不可靠指的是IP协议不能保证IP数据报完整并且准确的到达接收端。因此使用IP的上层协议需要自己做数据确认，超时重传等可靠传输机制。

IP协议的主要作用：

传输数据：为TCP、UTP、ICMP协议提供数据传输通道

寻址：根据子网划分和ip地址，寻找目标主机地址

路由选择：为数据传输提供选择路径

数据报文分段：当传输的数据大于MTU时，将数据分段发送和接收，并重新组装

IP报文：

• ICMP协议

IP协议处于同一层，但是ICMP协议底层用的是IP协议， 分担了 IP 的一部分功能。

ICMP作用：

确认IP包是否成功达到目标IP

通知在发送过程中的IP包被丢弃的原因

ICMP原理:

ICMP协议报文：

ICMP协议实现--Ping命令

1.向目的服务器发送回显请求

2.目的服务器发送回显应答

3.源服务器显示相关数据

ICMP协议实现--traceroute命令

traceroute命令是一款充分利用 ICMP差错报文类型的应用，其主要用作追踪路由信息

• TCP协议

在IP协议基础上增加确认、重发、复用、滑动窗口等机制，提供了稳定的，安全的，面向连接的字节流服务。

特点：

1.面向连接：

应用程序在使用 TCP 协议之前，必须先建立 TCP 连接。在传送数据完毕后，必须释放已经建立的 TCP 连接。

2.单播协议：

单播：一对一，目的地址是单个主机

广播：一对多（全部），目的地址是局域网中的全部主机

组播：一对多（部分），目的地址是局域网中的部分主机

3.可靠性传输：

客户端向服务器端发送一个请求,服务器端必须给客户端一个响应,如果在请求传输的过程中发生请求丢失问题,TCP协议有一个重发机制,会重新发送请求直到客户端收到服务器端的响应。

4.面向字节流：

不限制数据大小,打包成报文段进行传输,保证有序接收,重复报文自动丢弃(报文会被分成一个一个的字节,传输时多个字节组成一个报文片段进行传输)。

5.拥塞控制：

在网络环境差的时候,TCP协议会考虑请求的报文大小,会对报文大小进行缩减,而且发送的频率也会降低,这是为了防止网络出现恶意拥塞。

6.TCP报文：

• UDP协议

UDP数据报分为首部和用户数据部分，整个UDP数据报作为IP数据报的数据部分封装在IP数据报中。

UDP报文：

• ARP地址解析协议

ARP协议是“Address Resolution Protocol”（地址解析协议）的缩写。其作用是在以太网环境中，数据的传输所依懒的是MAC地址而非IP地址，而将已知IP地址转换为MAC地址的工作是由ARP协议来完成的。

1.ARP请求：

当主机需要找出这个网络中的另一个主机的物理地址时，它就可以发送一个ARP请求报文，这个报文包好了发送方的MAC地址和IP地址以及接收方的IP地址。因为发送方不知道接收方的物理地址，所以这个查询分组会在网络层中进行广播。

2.ARP响应：

局域网中的每一台主机都会接受并处理这个ARP请求报文，然后进行验证，查看接收方的IP地址是不是自己的地址，只有验证成功的主机才会返回一个ARP响应报文，这个响应报文包含接收方的IP地址和物理地址。这个报文利用收到的ARP请求报文中的请求方物理地址以单播的方式直接发送给ARP请求报文的请求方。

3.ARP协议报文：

ARP协议报文首部的长度固定为28 bytes