TCP/IP学习笔记:TCP/IP协议介绍

TCP/IP的通讯协议

　 　这部分简要介绍一下TCP/IP的内部结构，为讨论与互联网有关的安全问题打下基础。TCP/IP协议组之所以流行，部分原因是因为它可以用在各种各样 的信道和底层协议（例如T1和X.25、以太网以及RS-232串行接口）之上。确切地说，TCP/IP协议是一组包括TCP协议和IP协 议，UDP（User Datagram Protocol）协议、ICMP（Internet Control Message Protocol）协议和其他一些协议的协议组。

TCP/IP整体构架概述

　　TCP/IP协议并不完全符合OSI的七 层参考模型。传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的7层抽象的参考模型,其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上 相互通信。这7层是:物理层、数据链路层、网路层、传输层、话路层、表示层和应用层。而TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一 层所提供的网络来完成自己的需求。这4层分别为：

　　应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。

　　传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。

　　互连网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机（但不检查是否被正确接收），如网际协议（IP）。

　　网络接口层：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、Serial Line等）来传送数据。

TCP/IP中的协议

　　以下简单介绍TCP/IP中的协议都具备什么样的功能，都是如何工作的：

　　1． IP

　　网际协议IP是TCP/IP的心脏，也是网络层中最重要的协议。

　 　IP层接收由更低层（网络接口层例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层---TCP或UDP层；相反，IP层也把从TCP或 UDP层接收来的数据包传送到更低层。IP数据包是不可靠的，因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。IP数据包中含有发送 它的主机的地址（源地址）和接收它的主机的地址（目的地址）。

　　高层的TCP和UDP服务在接收数据包时，通常假设包中的源地址是有效 的。也可以这样说，IP地址形成了许多服务的认证基础，这些服务相信数据包是从一个有效的主机发送来的。IP确认包含一个选项，叫作IP source routing，可以用来指定一条源地址和目的地址之间的直接路径。对于一些TCP和UDP的服务来说，使用了该选项的IP包好象是从路径上的最后一个系 统传递过来的，而不是来自于它的真实地点。这个选项是为了测试而存在的，说明了它可以被用来欺骗系统来进行平常是被禁止的连接。那么，许多依靠IP源地址 做确认的服务将产生问题并且会被非法入侵。

　　2. TCP

　　如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。

　　TCP将它的信息送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层，设备驱动程序和物理介质，最后到接收方。

　　面向连接的服务（例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。

　　3.UDP

　 　UDP与TCP位于同一层，但对于数据包的顺序错误或重发。因此，UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务，UDP主要用于那些面向查询--- 应答的服务，例如NFS。相对于FTP或Telnet，这些服务需要交换的信息量较小。使用UDP的服务包括NTP（网落时间协议）和DNS（DNS也使 用TCP）。

　　欺骗UDP包比欺骗TCP包更容易，因为UDP没有建立初始化连接（也可以称为握手）（因为在两个系统间没有虚电路），也就是说，与UDP相关的服务面临着更大的危险。

　　4.ICMP

　 　ICMP与IP位于同一层，它被用来传送IP的的控制信息。它主要是用来提供有关通向目的地址的路径信息。ICMP的‘Redirect’信息通知主机 通向其他系统的更准确的路径，而‘Unreachable’信息则指出路径有问题。另外，如果路径不可用了，ICMP可以使TCP连接‘体面地’终止。 PING是最常用的基于ICMP的服务。

　　5. TCP和UDP的端口结构

　　TCP和UDP服务通常有一个客户/ 服务器的关系，例如，一个Telnet服务进程开始在系统上处于空闲状态，等待着连接。用户使用Telnet客户程序与服务进程建立一个连接。客户程序向 服务进程写入信息，服务进程读出信息并发出响应，客户程序读出响应并向用户报告。因而，这个连接是双工的，可以用来进行读写。

　　两个系统间的多重Telnet连接是如何相互确认并协调一致呢？TCP或UDP连接唯一地使用每个信息中的如下四项进行确认：

　　源IP地址　　发送包的IP地址。

　　目的IP地址　接收包的IP地址。

　　源端口　　　源系统上的连接的端口。

　　目的端口　　目的系统上的连接的端口。

　 　端口是一个软件结构，被客户程序或服务进程用来发送和接收信息。一个端口对应一个16比特的数。服务进程通常使用一个固定的端口，例如，SMTP使用 25、Xwindows使用6000。这些端口号是‘广为人知’的，因为在建立与特定的主机或服务的连接时，需要这些地址和目的地址进行通讯。

TCP/IP协议，包含了一系列构成互联网基础的网络协议。这些协议最早发源于美国国防部的ARPA网项目。TCP/IP字面上代表了两个协议：TCP（传输控制协议）和IP（网际协议）。

1983 年1月1日，在因特网的前身（ARPA网）中，TCP/IP协议取代了旧的网络核心协议（NCP，Network Core Protocol），从而成为今天的互联网的基石。最早的TCP/IP由文顿·瑟夫和罗伯特·卡恩两位开发，慢慢地通过竞争战胜了其他一些网络协议的方 案，比如国际标准化组织ISO的OSI模型。TCP/IP的蓬勃发展发生在上世纪的90年代中期。当时一些重要而可靠的工具的出世，例如页面描述语言 HTML和浏览器Mosaic，导致了互联网应用的飞速发展。

随着互联网的发展，目前流行的IPv4协议（网际协议版本四）已经接近它的功能上限。IPv4最致命的两个缺陷在于：

    * 地址只有32位，IP地址空间有限；
    * 不支持服务等级（Quality of Service，QoS）的想法，无法管理带宽和优先级，故而不能很好的支持现今越来越多的实时的语音和视频应用。因此IPv6（网际协议版本六）浮出海面，用以取代IPv4。

TCP/IP 成功的另一个因素在于对为数众多的低层协议的支持。这些低层协议对应OSI模型 中的第一层（物理层）和第二层（数据链路层）。每层的所有协议几乎都有一半数量支持TCP/IP，例如：以太网（Ethernet）、令牌环（Token Ring）、光纤数据分布接口（FDDI）、端对端协议（PPP）、X.25、帧中继（Frame Relay）、ATM、Sonet、SDH等。

 

研制背景

最初想到让不同电脑之间实现连接的，是美国加州大学洛杉矶分校网络工作小组的S.克罗克。1970年，克罗克及其小组着手 制定最初的主机对主机通信协议，他被称为“网络控制协议”（NCP Network Control Protocol）。该协议被用于阿帕网，并在局部网络条件下运行稳定，但随着阿帕网用户的增多，NCP暴露两大缺陷：

   1. NCP只是一台主机对另一台主机的通讯协议，并未给网络中的每台电脑设置唯一的地址，结果就造成电脑在越来越庞大的网络中难以准确定位需要传输数据的对象。
   2. NCP缺乏纠错功能，这样一来，数据在传输过程中一旦出现错误，网络就可能停止运行。出错电脑增多，使得网络运行效率大打折扣。

[编辑] 开发过程

在 构建了阿帕网先驱之后，DARPA开始了其他数据传输技术的研究。NCP诞生后两年，1972年，罗伯特·卡恩（Robert E. Kahn）被DARPA的信息技术处理办公室雇佣，在那里他研究卫星数据包网络和地面无线数据包网络，并且意识到能够在它们之间沟通的价值。在1973年 春天，已有的ARPANET网络控制程序（NCP）协议的开发者文顿·瑟夫（Vinton Cerf）加入到卡恩为ARPANET设计下一代协议而开发开放互连模型的工作中。

到了1973年夏天，卡恩和瑟夫很快就开发出了一个基 本的改进形式，其中网络协议之间的不同通过使用一个公用互联网络协议而隐藏起来，并且可靠性由主机保证而不是象ARPANET那样由网络保证。（瑟夫称赞 Hubert Zimmerman和Louis Pouzin（CYCLADES网络的设计者）在这个设计上发挥了重要影响。）

由于网络 的作用减少到最小的程度，就有可能将任何网络连接到一起，而不用管它们不同的特点，这样就解决了卡恩最初的问题。（一个流行的说法提到瑟夫和卡恩工作的最 终产品TCP/IP将在运行“两个罐子和一根弦”上，实际上它已经用在信鸽上。一个称为网关（后来改为路由器以免与网关混淆）的计算机为每个网络提供一个 接口并且在它们之间来回传输数据包。

这个设计思想更细的形式由瑟夫在斯坦福的网络研究组的1973年–1974年期间开发出来。（处于同一时期的诞生了PARC通用包协议组的施乐PARC早期网络研究工作也有重要的技术影响；人们在两者之间摇摆不定。）

DARPA于是与BBN、斯坦福和伦敦大学签署了协议开发不同硬件平台上协议的运行版本。有四个版本被开发出来——TCP v1、TCP v2、在1978年春天分成TCP v3和IP v3的版本，后来就是稳定的TCP/IP v4——目前因特网仍然使用的标准协议。

1975 年，两个网络之间的TCP/IP通信在斯坦福和伦敦大学（UCL）之间进行了测试。1977年11月，三个网络之间的TCP/IP测试在美国、英国和挪威 之间进行。在1978年到1983年间，其他一些TCP/IP原型在多个研究中心之间开发出来。ARPANET完全转换到TCP/IP在1983年1月1 日发生。[1]

1984年，美国国防部将TCP/IP作为所有计算机网络的标准。1985年，因特网架构理事会举行了一个三天有250家厂商代表参加的关于计算产业使用TCP/IP的工作会议，帮助协议的推广并且引领它日渐增长的商业应用。

2005年9月9日卡恩和瑟夫由于他们对于美国文化做出的卓越贡献被授予总统自由勋章。[2]

[编辑] TCP/IP协议栈组成

整 个通信网络的任务，可以划分成不同的功能区块，即所谓的层级（layer）。用于互联网的协议可以比照TCP/IP参考模型进行分类。TCP/IP协议栈 起始于第三层协议IP（网际协议）。所有这些协议都在相应的RFC文档中讨论及标准化。重要的协议在相应的RFC文档中均标记了状态：“必须” (required) ，“推荐”(recommended) ，“可选”(elective) 。其他的协议还可能有“试验”(experimental) 或“历史”(historic) 的状态。”

[编辑] 必须协议

所有的TCP/IP应用都必须实现IP和ICMP。对于一个路由器（router）而言，有这两个协议就可以运作了，虽然从应用的角度来看，这样一个路由器 意义不大。实际的路由器一般还需要运行许多“推荐＂使用的协议，以及一些其他的协议。

几乎所有连接到互联网上的计算机上都存在的IPv4协议出生在1981年，今天的版本和最早的版本并没有多少改变。升级版IPv6的工作始于1995年，目的在与取代IPv4。ICMP协议主要用于收集有关网络的信息查找错误等工作。

[编辑] 范例：不同计算机运行的不同协议

    * 一个简单的路由器上可能会实现ARP，IP，ICMP，UDP，SNMP，RIP。
    * WWW用户端使用ARP，IP，ICMP，UDP，TCP，DNS，HTTP，FTP。
    * 一台用户电脑上还会运行如TELNET，SMTP，POP3，SNMP，ECHO，DHCP，SSH，NNTP。
    * 无盘设备可能会在固件，比如ROM中实现了ARP，IP，ICMP，UDP，BOOT，TFTP（均为面向数据包的协议，实现起来相对简单）。

TCP/IP参考模型
网络协议
应用层
DHCP · DNS · FTP · Gopher · HTTP · IMAP4 · IRC · NNTP · XMPP · POP3 · SIP · SMTP · SNMP · SSH · TELNET · RPC · RTCP · RTSP · TLS · SDP · SOAP · GTP · STUN · NTP · 更多
传输层
TCP · UDP · DCCP · SCTP · RTP · RSVP · PPTP · 更多
网络层
IP (IPv4 · IPv6) · ARP · RARP ·

ICMP · ICMPv6 · IGMP · RIP ·
OSPF · BGP · IS-IS · IPsec · 更多
数据链路层
802.11 · 802.16 · Wi-Fi · WiMAX · ATM · DTM · 令牌环 · 以太网 · FDDI · 帧中继 · GPRS · EVDO · HSPA · HDLC · PPP · L2TP · ISDN · 更多
物理层
以太网物理层 · 调制解调器 · PLC · SONET/SDH · G.709 · 光导纤维 · 同轴电缆 · 双绞线 · 更多
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TCP/IP参考模型是一个抽象的分层模型，这个模型中，所有的TCP/IP系列网络协议都被归类到4个抽象的"层"中。每一抽象层建立在低一层提供的服务上，并且为高一层提供服务。

完成一些特定的任务需要众多的协议协同工作，这些协议分布在参考模型的不同层中的，因此有时称它们为一个协议栈。

TCP/IP 参考模型为TCP/IP协议栈订身制作。其中IP协议只关心如何使得数据能够跨越本地网络边界的问题，而不关心如何利用传输媒体，数据如何传输。整个 TCP/IP协议栈则负责解决数据如何通过许许多多个点对点通路（一个点对点通路，也称为一"跳", 1 hop）顺利传输，由此不同的网络成员能够在许多"跳"的基础上建立相互的数据通路。

如想分析更普遍的网络通信问题，ISO的OSI模型也能起更好的帮助作用。

因特网协议组是一组实现支持因特网和大多数商业网络运行的协议栈的网络传输协议。它有时也被称为TCP/IP协议组，这个名称来源于其中两个最重要的协议：传输控制协议（TCP）和因特网协议（IP），它们也是最先定义的两个协议。

同许多其他协议一样网络传输协议也可以看作一个多层组合，每层解决数据传输中的一组问题并且向使用这些低层服务的高层提供定义好的服务。高层逻辑上与用户更为接近，所处理数据更为抽象，它们依赖于低层将数据转换成最终能够进行物理控制的形式。

网络传输协议能够大致匹配到一些厂商喜欢使用的固定7层的OSI模型。然而并不是所有这些层能够很好地与基于ip的网络对应（根据应用的设计和支持网络的不同它们确实是涉及到不同的层）并且一些人认为试图将因特网协以组对应到OSI会带来混淆而不是有所帮助。

[编辑] 因特网协议栈中的层

人们已经进行了一些讨论关于如何将TCP/IP参考模型映射到到OSI模型。由于TCP/IP和OSI模型组不能精确地匹配，还没有一个完全正确的答案。

另 外，OSI模型下层还不具备能够真正占据真正层的位置的能力；在传输层和网络层之间还需要另外一个层（网络互连层）。特定网络类型专用的一些协议应该运行 在网络层上，但是却运行在基本的硬件帧交换上。类似协议的例子有地址解析协议和生成树协议（用来保持冗余网桥的空闲状态直到真正需要它们）。然而，它们是 本地协议并且在网络互连功能下面运行。不可否认，将两个组（更不用说它们只是运行在如ICMP等不同的互连网络协议上的逻辑上的网络层的一部分）整个放在 同一层会引起混淆，但是OSI模型还没有复杂到能够做更好的工作。

下面的图表试图显示不同的TCP/IP和其他的协议在最初OSI模型中的位置：
7         应用层         例如HTTP、SMTP、SNMP、FTP、Telnet、SIP、SSH、NFS、RTSP、XMPP、Whois、ENRP
6         表示层         例如XDR、ASN.1、SMB、AFP、NCP
5         会话层         例如ASAP、TLS、SSH、ISO 8327 / CCITT X.225、RPC、NetBIOS、ASP、Winsock、BSD sockets
4         传输层         例如TCP、UDP、RTP、SCTP、SPX、ATP、IL
3         网络层         例如IP、ICMP、IGMP、IPX、BGP、OSPF、RIP、IGRP、EIGRP、ARP、RARP、 X.25
2         数据链路层         例如Ethernet、Token ring、HDLC、Frame relay、ISDN、ATM、802.11 WiFi、FDDI、PPP
1         物理层         例如wire、radio、fiber optic、Carrier pigeon

通 常人们认为OSI模型的最上面三层（应用层、表示层和会话层）在TCP/IP组中是一个应用层。由于TCP/IP有一个相对较弱的会话层，由 TCP和RTP下的打开和关闭连接组成，并且在TCP和UDP下的各种应用提供不同的端口号，这些功能能够被单个的应用程序（或者那些应用程序所使用的 库）增加。与此相似的是，IP是按照将它下面的网络当作一个黑盒子的思想设计的，这样在讨论TCP/IP的时候就可以把它当作一个独立的层。
4         应用层
（OSI
5 到 7层）         例如HTTP、FTP、DNS
（如BGP和RIP这样的路由协议，尽管由于各种各样的原因它们分别运行在TCP和UDP上，仍然可以将它们看作网络层的一部分）
3         传输层
（OSI
4 和 5层）         例如TCP、UDP、RTP、SCTP
（如OSPF这样的路由协议，尽管运行在IP上也可以看作是网络层的一部分）
2         网络互连层
（OSI
3层）         对于TCP/IP来说这是因特网协议（IP）
（如ICMP和IGMP这样的必须协议尽管运行在IP上，也仍然可以看作是网络互连层的一部分；ARP不运行在IP上）
1         网络接口层
（OSI
1和2层）         例如Ethernet、Wi-Fi、MPLS等。

[编辑] 应用层

该 层包括所有和应用程序协同工作，利用基础网络交换应用程序专用的数据的协议。 应用层是大多数普通与网络相关的程序为了通过网络与其他程序通信所使用的层。这个层的处理过程是应用特有的；数据从网络相关的程序以这种应用内部使用的格 式进行传送，然后被编码成标准协议的格式。

一些特定的程序被认为运行在这个层上。它们提供服务直接支持用户应用。这些程序和它们对应的协 议包括HTTP（The World Wide Web）、FTP（文件传输）、SMTP（电子邮件）、SSH（安全远程登陆）、DNS（名称<-> IP 地址寻找）以及许多其他协议。

一旦从应用程序来的数据被编码成一个标准的应用层协议，它将被传送到IP栈的下一层。

在 传输层，应用程序最常用的是TCP或者UDP，并且服务器应用程序经常与一个公开的端口号相联系。服务器应用程序的端口由Internet Assigned Numbers Authority（IANA）正式地分配，但是现今一些新协议的开发者经常选择它们自己的端口号。由于在同一个系统上很少超过少数几个的服务器应用，端 口冲突引起的问题很少。应用软件通常也允许用户强制性地指定端口号作为运行参数。

连结外部的客户端程序通常使用系统分配的一个随机端口 号。监听一个端口并且然后通过服务器将那个端口发送到应用的另外一个副本以建立对等连结（如IRC上的dcc文件传输）的应用也可以使用一个随机端口，但 是应用程序通常允许定义一个特定的端口范围的规范以允许端口能够通过实现网络地址转换（NAT）的路由器映射到内部。

每一个应用层（TCP/IP参考模型 的最高层）协议一般都会使用到两个传输层协议之一： 面向连接的TCP传输控制协议和无连接的包传输的UDP用户数据报文协议 。

常用的应用层协议有：

    运行在TCP协议上的协议：

            * HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议），主要用于普通浏览。
            * HTTPS（Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer, or HTTP over SSL，安全超文本传输协议）,HTTP协议的安全版本。
            * FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议），由名知义，用于文件传输。
            * POP3（Post Office Protocol, version 3，邮局协议），收邮件用。
            * SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议），用来发送电子邮件 。
            * TELNET（Teletype over the Network，网络电传），通过一个终端（terminal）登陆到网络。
            * SSH（Secure Shell，用于替代安全性差的TELNET），用于加密安全登陆用。

    运行在UDP协议上的协议：

            * BOOTP（Boot Protocol，启动协议），应用于无盘设备。
            * NTP（Network Time Protocol，网络时间协议），用于网络同步。

    其他：

            * DNS（Domain Name Service，域名服务），用于完成地址查找，邮件转发等工作（运行在TCP和UDP协议上）。
            * ECHO（Echo Protocol，回绕协议），用于查错及测量应答时间（运行在TCP和UDP协议上）。
            * SNMP（Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议），用于网络信息的收集和网络管理。
            * DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议），动态配置IP地址。
            * ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议），用于动态解析以太网硬件的地址。

[编辑] 传输层

传输层的协议，能够解决诸如可靠性（“数据是否已经到达目的地？”）和保证数据按照正确的顺序到达这样的问题。在TCP/IP协议组中，传输协议也包括所给数据应该送给哪个应用程序。

在TCP/IP协议组中技术上位于这个层的动态路由协议通常被认为是网络层的一部分；一个例子就是OSPF（IP协议89）。

TCP（IP 协议6）是一个“可靠的”、面向连结的传输机制，它提供一种可靠的字节流保证数据完整、无损并且按顺序到达。TCP尽量连续不断地测试网络的负载并且控制 发送数据的速度以避免网络过载。另外，TCP试图将数据按照规定的顺序发送。这是它与UDP不同之处，这在实时数据流或者路由高网络层丢失率应用的时候可 能成为一个缺陷。

较新的SCTP也是一个“可靠的”、面向连结的传输机制。它是面向纪录而不是面向字节的，它在一个单独的连结上提供了通 过多路复用提供的多个子流。它也提供了多路自寻址支持，其中连结终端能够被多个IP地址表示（代表多个物理接口），这样的话即使其中一个连接失败了也不中 断。它最初是为电话应用开发的（在IP上传输SS7），但是也可以用于其他的应用。

UDP（IP协议号17）是一个无连结的数据报协议。它是一个“best effort”或者“不可靠”协议——不是因为它特别不可靠，而是因为它不检查数据包是否已经到达目的地，并且不保证它们按顺序到达。如果一个应用程序需要这些特点，它必须自己提供或者使用TCP。

UDP的典型性应用是如流媒体（音频和视频等）这样按时到达比可靠性更重要的应用，或者如DNS查找这样的简单查询／响应应用，如果建立可靠的连结所作的额外工作将是不成比例地大。

DCCP目前正由IEFT开发。它提供TCP流动控制语义，但对于用户来说保留了UDP的数据报服务模型。

TCP和UDP都用来支持一些高层的应用。任何给定网络地址的应用通过它们的TCP或者UDP端口号区分。根据惯例使一些大众所知的端口与特定的应用相联系。

RTP是为如音频和视频流这样的实时数据设计的数据报协议。RTP是使用UDP包格式作为基础的会话层，然而据说它位于因特网协议栈的传输层。

[编辑] 网络互连层

正如最初所定义的，网络层解决在一个单一网络上传输数据包的问题。类似的协议有X.25和ARPANET的Host/IMP Protocol。

随着因特网思想的出现，在这个层上添加了附加的功能，也就是将数据从源网络传输到目的网络。这就牵涉到在网络组成的网上选择路径将数据包传输，也就是因特网。

在因特网协议组中，IP完成数据从源发送到目的基本任务。IP能够承载多种不同的高层协议的数据；这些协议使用一个唯一的IP协议号进行标识。ICMP和IGMP分别是1和2。

一 些IP承载的协议，如ICMP（用来发送关于IP发送的诊断信息）和IGMP（用来管理多播数据），它们位于IP层之上但是完成网络层的功能，这表明了因 特网和OSI模型之间的不兼容性。所有的路由协议，如BGP、 OSPF、和RIP实际上也是网络层的一部分，尽管似乎它们应该属于更高的协议栈。

[编辑] 网络接口层

网 络接口层实际上并不是因特网协议组中的一部分，但是它是数据包从一个设备的网络层传输到另外一个设备的网络层的方法。这个过程能够在网卡的软件驱动程序中 控制，也可以在韧体或者专用芯片中控制。这将完成如添加报头准备发送、通过物理媒介实际发送这样一些数据链路功能。另一端，链路层将完成数据帧接收、去除 报头并且将接收到的包传到网络层。

然而，链路层并不经常这样简单。它也可能是一个虚拟专有网络（VPN）或者隧道，在这里从网络层来的包 使用隧道协议和其他（或者同样的）协议组发送而不是发送到物理的接口上。VPN和隧道通常预先建好，并且它们有一些直接发送到物理接口所没有的特殊特点 （例如，它可以加密经过它的数据）。由于现在链路“层”是一个完整的网络，这种协议组的递归使用可能引起混淆。但是它是一个实现常见复杂功能的一个优秀方 法。（尽管需要注意预防一个已经封装并且经隧道发送下去的数据包进行再次地封装和发送）。

[编辑] IP网络如何并吞竞争的网络

在长期的发展过程中，IP逐渐取代其他网络。这里是一个简单的解释。IP传输通用数据。数据能够用于任何目的，并且能够很轻易地取代以前由专有数据网络传输的数据。下面是一个普通的过程：

   1. 一个专有的网络开发出来用于特定目的。如果它工作很好，用户将接受它。
   2. 为了便利提供IP服务，经常用于访问电子邮件或者聊天，通常以某种方式通过专有网络隧道实现。隧道方式最初可能非常没有效率，因为电子邮件和聊天只需要很低的带宽。
   3. 通过一点点的投资IP 基础设施逐渐在专有数据网络周边出现。
   4. 用IP取代专有服务的需求出现，经常是一个用户要求。
   5. IP替代品过程遍布整个因特网，这使IP替代品比最初的专有网络更加有价值（由于网络效应）。
   6. 专有网络受到压制。许多用户开始维护使用IP替代品的复制品。
   7. IP包的间接开销很小，少于1%，这样在成本上非常有竞争性。人们开发了一种能够将IP带到专有网络上的大部分用户的不昂贵的传输媒介。
   8. 大多数用户为了削减开销，专有网络被取消。

[编辑] 实现

    * KA9Q PPJ
    * lwIP

如今，大多数商业操作系统包括TCP/IP栈并且缺省安装它们，对于大多数用户来说，没有必要去寻找它们的实现。TCP/IP包含在所有的商业Unix和Linux发布包中，同样也包含在Mac OS X和微软视窗和视窗服务器版本中。

TCP/IP协议，或称为TCP/IP协议栈，或互联网协议系列。

TCP/IP协议栈
(按TCP/IP参考模型划分)
应用层         FTP         SMTP         HTTP         ...
传输层         TCP         UDP
网络层         IP ICMP         ARP
链路层         以太网         令牌环         FDDI         ...

    包含了一系列构成互联网基础的网络协议。这些协议最早发源于美国国防部的DARPA互联网项目。TCP/IP字面上代表了两个协议:TCP传输控制协议和IP互联网协议。

    时间回放到1983年1月1日，在这天，互联网的前身Arpanet中，TCP/IP协议取代了旧的网络核心协议NCP(Network Core Protocol)，从而成为今天的互联网的基石。最早的的TCP/IP由Vinton Cerf和Robert Kahn两位开发，慢慢地通过竞争战胜了其它一些网络协议的方案，比如国际标准化组织ISO的OSI模型。TCP/IP的蓬勃发展发生在上世纪的90年代 中期。当时一些重要而可靠的工具的出世，例如页面描述语言HTML和浏览器Mosaic，导致了互联网应用的飞束发展。

    随着互联网的发展，目前流行的IPv4协议(IP Version 4，IP版本四)已经接近它的功能上限。IPv4最致命的两个缺陷在与:

    * 地址只有32位，IP地址空间有限;
    * 不支持服务等级(Quality of Service, Qos)的想法，无法管理带宽和优先级，故而不能很好的支持现今越来越多的实时的语音和视频应用。因此IPv6 (IP Version 6, IP版本六) 浮出海面，用以取代IPv4。 

    TCP/IP成功的另一个因素在与对为数众多的低层协议的支持。这些低层协议对应与OSI模型中的第一层(物理层)和第二层(数据链路层)。每层的所有协 议几乎都有一半数量的支持TCP/IP，例如: 以太网(Ethernet)，令牌环(Token Ring)，光纤数据分布接口(FDDI)，端对端协议( PPP)，X.25，帧中继(Frame Relay)，ATM，Sonet, SDH等。

目录
1 TCP/IP协议栈组成
2 必须协议
3 推荐协议
4 可选协议
5 范例: 不同计算机运行的不同协议
6 参考文献

   



    TCP/IP协议栈组成

    整个通信网络的任务，可以划分成不同的功能块，即抽象成所谓的 ” 层” 。用于互联网的协议可以比照TCP/IP参考模型进行分类。TCP/IP协议栈起始于第三层协议IP(互联网协议) 。所有这些协议都在相应的RFC文档中讨论及标准化。重要的协议在相应的RFC文档中均标记了状态: “必须“ (required) ，“推荐“ (recommended) ，“可选“ (elective) 。其它的协议还可能有“ 试验“(experimental) 或“ 历史“(historic) 的状态。

    必须协议

    所有的TCP/IP应用都必须实现IP和ICMP。对于一个路由器(router) 而言，有这两个协议就可以运作了，虽然从应用的角度来看，这样一个路由器 意义不大。实际的路由器一般还需要运行许多“推荐“使用的协议，以及一些其它的协议。

    在几乎所有连接到互联网上的计算机上都存在的IPv4 协议出生在1981年，今天的版本和最早的版本并没有多少改变。升级版IPv6 的工作始于1995年，目的在与取代IPv4。ICMP 协议主要用于收集有关网络的信息查找错误等工作。

    推荐协议

    每一个应用层(TCP/IP参考模型 的最高层) 一般都会使用到两个传输层协议之一: 面向连接的TCP传输控制协议和无连接的包传输的UDP用户数据报文协议 。 其它的一些推荐协议有:

    * TELNET (Teletype over the Network, 网络电传) ，通过一个终端(terminal)登陆到网络(运行在TCP协议上)。
    * FTP (File Transfer Protocol, 文件传输协议) ，由名知义(运行在TCP协议上) 。
    * SMTP (Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议) ，用来发送电子邮件(运行在TCP协议上) 。
    * DNS (Domain Name Service，域名服务) ，用于完成地址查找，邮件转发等工作(运行在TCP和UDP协议上) 。
    * ECHO (Echo Protocol, 回绕协议) ，用于查错及测量应答时间(运行在TCP和UDP协议上) 。
    * NTP (Network Time Protocol，网络时间协议) ，用于网络同步(运行在UDP协议上) 。
    * SNMP (Simple Network Management Protocol, 简单网络管理协议) ，用于网络信息的收集和网络管理。
    * BOOTP (Boot Protocol，启动协议) ，应用于无盘设备(运行在UDP协议上)。 

    可选协议

    最常用的一些有

    * 支撑万维网WWW的超文本传输协议HTTP，
    * 动态配置IP地址的DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议)，
    * 收邮件用的POP3 (Post Office Protocol, version 3, 邮局协议) ，
    * 用于加密安全登陆用的SSH (Secure Shell，用于替代安全性差的TELNET) ，
    * 用于动态解析以太网硬件地址的ARP (Address Resolution Protocol，地址解析协议) 。 

    范例: 不同计算机运行的不同协议

    * 一个简单的路由器上可能会实现ARP, IP, ICMP, UDP, SNMP, RIP。
    * WWW用户端使用ARP, IP, ICMP, UDP, TCP, DNS, HTTP, FTP。
    * 一台用户电脑上还会运行如TELNET, SMTP, POP3, SNMP, ECHO, DHCP, SSH, NTP。
    * 无盘设备可能会在固件比如ROM中实现了ARP, IP, ICMP, UDP, BOOT, TFTP (均为面向数据报的协议，实现起来相对简单)。

TCP/IP基础讲座-1：1层，2层，3层？

    读过关于网络的课程的，都知道ISO-OSI 7层协议这个名词，许多书籍都会具体的画出那幅图，然后标注上物理层，数据链路层，网络层等等.背的大家要死.但是却又不知道具体这些层次干吗用的勒？

    其实在互联网中，由于实际使用的是TCP/IP模型，也就是DOD模型(现在不知道没关系，后面会说).所以7层模型在现实网络环境中只是一个理论上，学究派的东西.这个模型中，我们真正关心的是下面的3层.

1. 物理层 .哦.是的.这个名词还算容易了解.网卡还有那些网线构成了这一层.那些在网线中传播的二进制数据流是这层的具体表象.也就是说，这一层上面没有什么协议 (不是很精确的说法，但是你可以这么理解).有的都是电流而已.我们把两台机器用网线连起来.或者用HUB把机器都连起来，这些工作就是物理层的工作.

    有2个设备属于物理层的，一个是中继器，一个是HUB.大家知道.物理上面的连线距离一长就会产生电信号的衰减.为了重新加强这个信号，我们就需要在一定距离之后加上一个信号放大器，这就是中继器(repeater)

    恩...这个比较容易理解.repeater就是连接在2根网线之间的么.没有做任何处理.所以只是一个物理设备.属于1层的.

    那么集线器(HUB) 呢？这个怎么会是在1层？？？似乎非常难以理解.

    当我说出HUB的本质，大家就能够清楚了解了

    HUB的本质其实只是一个多口中继器(MULTI PORT REPEATER) .啊...这样大家能够理解了.HUB不叫多口中继器其实只是为了销售上面的策略.他的本质就是连接多根网线的一个物理设备.也是不对经过的电信号做任何逻辑处理的.

2.数据链路层

    欧~这个名词有些别扭了.DATA LINK层.英文似乎更加容易理解.

    这个层面上面的东西不再是电信号了.而是DATA了.对，既然是DATA就有了逻辑关系了.这个层面上面的基本单位是帧(Frame) .这层和物理层的接触是最紧密的.他是把从网线上面传输的电流转换成0和1的组合.

    物理层只是网卡对网线发出或者接受各种电平信号，那就是说物理层是无法判别电流的来源和目标的.那么把电流打成0和1的帧之后.里面就有逻辑数据了.有了数据，就可以判别数据从何而来，到何处去.所以也就可以真正的形成LINK.

    既然可以判别地址，那么地址是按照什么来判别的呢？

    那就是最重要的概念之一:MAC地址

    大家肯定都听说过我们的网卡都有MAC地址

    有些人可能也知道MAC地址都是唯一的.

    对.MAC地址是全球唯一的.也就是说你的网卡虽然便宜.但是他也是世界上独一无二的.

    有些人说他可以改MAC.那就不是唯一了.对.虽然可以更改，那只是欺骗上层对封包里面的MAC地址进行改写.你网卡真正的MAC地址是固化的.无法修改的.

    我们有了MAC地址了.这样就可以有针对性对所有连接在一起的计算机进行通讯了.是的.我们终于可以在一个局域网内通讯了.

    但是有个问题我们前面没有提到.就是既然物理层传输的是电信号.那么如果我有2台机器一起发电信号，信号岂不是混乱了么？

    非常正确.这个问题在网络里面成为"碰撞"，所以协议里面规定了如果你需要往外发数据，一定需要先看看电缆里面有没有别的信号.如果没有，那就可以发.如果2者同时发送，检测到碰撞之后2者分别等待一个随机时间，然后重发.这个就是重要的"碰撞检测 ".

    哈.看来问题解决了.不是么.现在整个网络可以正常运行了.

    确实如此.但是如果连接在网络上的计算机越来越多，那么碰撞的现象会越来越频繁.这样效率一定很低了.恩.这里还有一个重要概念"冲突域 ".在同一个物理上连接的网络上的所有设备是属于同一个冲突域的.

    接着就需要引入我们的2层设备来分割冲突域了.

    网桥(Bridge) 就是连接2个不同的物理网络的.主要功能是在2个网络之间转发Frame.因为从实际中我们可以知道.其实很多时候并非整个网络都在相互通讯.最多相互通 讯的一组计算机我们可以分在一个小的冲突域内.这样分割以后可以减少冲突域，也就相对的减少了冲突的机会.而之间使用网桥来桥接，由于网桥两边的通讯不是 非常频繁，所以使用网桥来为2边作为"代言人".这样任意一个小网络里面产生冲突的机会就少了.

    交换机(Switch)是我们最熟悉的设备了，交换机的本质其实就是一个多口网桥(Multi port Bridge) .同理可得.交换机的每个口后面都是一个冲突域.我们都说交换机比HUB快，就是因为交换机分割了所有的冲突域.

    由于现在交换机非常便宜.所以一般我们都是直接在交换机的口上接计算机.这样每台计算机都是一个独立的冲突域.这样碰撞的问题就没有了.所以速度是比HUB快.

    而前面说过.2层设备主要是个转发的功能.交换机的主要功能就是转发包.而不是让所有的冲突域直接物理连接.所以交换机有CPU，有内存，可以对frame进行处理等等.这些也是交换机和HUB的区别.


3.网络层

    我们前面的一些技术就可以构建出局域网了.有了网络层以后.数据才能够真正的在整个世界间传送

    由于伦纳德?博萨卡(Leonard Bosack)和姗蒂?雷纳(Sandy Lerner)为了解决他们之间的通信问题(关于路由器发明的版本有很多.你听到的别的说法可能比这个说法更准确，但是谁知道呢.呵呵).路由器被发明用 来解决"信息孤岛"问题.而且如果是由SWITCH来构建整个网络，那么整个网络将会有"中心节点"，这样也不符合ARPANET的初衷.所以我们有了这 一层.(这样说可能会感觉本末倒置，但是先这么理解吧.)

    这一层的基本单元是包(Packet) .所有的包都有一个IP头.啊.听起来很熟悉不是么.IP就是用来在这层上面标识包的来源和目的地址的.

    这层的一个主要概念就是"路由 "，也就是和switch一样，把包转发到其他的地方.不过有个不同的地方，switch只有知道具体的MAC在哪里的情况下才能够发送给指定的计算机， 而路由则不需要知道最终IP所在的计算机在哪个位置，只要知道那个途径可以过去就可以工作.

    这3层构建了整个网络的基础.由于TCP/IP模型将最下面2层合并成为一层，所以在TCP/IP里面总共这2层也是整个构架最基础的内容.而网络方面要做的工作也都是针对于这2层做的.


2: TCP/IP.真实世界的模型

    上一讲里面我们说过OSI 7层模型只是一个理论模型,而实际中只需要保证7层的功能能够实现,实际分层无需按照7层来分.而且如果真的分7层.那么数据处理的速度便要慢许多.

    在实际应用中.使用最多的便是DoD模型.也成为TCP/IP协议簇

    DoD模型(Department Of Defanse Model 美国国防部模型) 顾名思义,是美国国防部设计的一个网络模型.最早用于ARPANET.这些话可能在许多教材的第一章就会讲了.但是一般教材对于DoD模型与OSI模型对 应关系都没有讲到.或者很多是模糊或者错误的.

    在这里我就要描述一下2者对应关系.OSI模型有7层我们已经知道了,而DoD模型则只有4层.下面是对应关系

    OSI                                  DoD

    7.Application     ┐     

    6.Presentation   |->       4. Application/Process

    5.Session         ┘     

    4.Transport       --->       3. Host to Host

    3.Network        --->       2. Internet

    2.Data Link      ┬->       1. Network Access

    1.Physical        ┘


    由于我不会制表符.所以图有些难看.其实就是OSI的1.2层对应DoD的第1层

OSI的5.6.7对应DoD的第4层

    其实这个还是比较容易记忆的

    由于物理层和数据链路层非常密切.所以分为一个.然后上面依次对应,最上面的一大块成为应用层(处理层)

现 在我们有了一个可用的实际模型了.不过一般我们在描述某个设备或者协议的时候.还是会使用OSI的模型,比如我们在讨论SWITCH的时候,就会说他是一 个2层的设备.而路由器是一个3层的设备,还会有一些特殊的设备,比如3层交换机,4层交换机.这些都是使用OSI模型进行分类的.这点大家不要搞混淆 了.


    我们一直听说TCP或者UDP.还有什么SMTP.POP3.这些协议到底是在哪一层定义的那?接下来的一张图会给大家一个非常清晰的概念了(不能算是图拉  ).


    4. APPLICATION

    HTTP,FTP,telnet,SNMP,SMTP,POP3,DNS 等等


    3.Host to Host

    TCP,UDP


    2.internet

    ICMP,ARP,RARP,IP


    1.Network Access

    Ethernet,FastEthernet,Token Ring 等等

    恩...这下清楚了.让我们从下至上来看看

    首先是最下层的.包括了以太网,快速以太网,还有现在的千M以太网等等的协议,这些协议规定了线缆的绞数.连接方式等等物理层的东西.还有底层使用MAC通讯的方式等等.


    接下来是IP.ARP这些.IP在OSI模型的时候也说过.通过IP地址.我们在转发包的时候无需知道具体目标机的位置.而路由器自然会根据路由表来转发.最后一站一站的慢慢传递.达到最终目标.而ARP协议就是在IP和MAC之间转换用的.

我在上一章提过,由于有了路由器,IP,整个网络才真正能够覆盖全球.所以这一层叫做internet大家也应该容易记忆了.


    WOW.TCP,UDP是我们听说最多的了.他是属于控制网络连接的.在OSI称为Transport.传输层.在DoD内是Host to Host 端对端.意思其实是一样的.就是在在2台计算机之间构建出一个虚拟的通讯通道来.


    最上面一层就无穷无尽了.所有的最终应用层的东西都在这里,你甚至可以定义你自己的协议类型.这些都是完全可以的.因为本身这一层就是提供给开发人员自行发挥的.只是上面列举的都经过标准化了.


    TCP包头结构

    源端口 16位

    目标端口  16位

    序列号  32位

    回应序号  32位

    TCP头长度  4位

    reserved 6位

    控制代码 6位

    窗口大小 16位

    偏移量 16位

    校验和 16位

    选项   32位(可选)

    这样我们得出了TCP包头的最小大小.就是20字节.


    UDP包头结构

    源端口 16位

    目的端口 16位

    长度  16位

    校验和  16位

    恩...UDP的包小很多.确实如此.因为UDP是非可靠连接.设计初衷就是尽可能快的将数据包发送出去.所以UDP协议显得非常精简.

    有一个问题,似乎这些头里面怎么没有IP地址啊.没有IP地址这些包往哪里发送那?

    对.你观察的很仔细.TCP和UDP的头里面确实没有任何IP信息.我们回头想一下TCP和UDP是属于DoD的哪一层的? 对了!是第3层. 而IP则位于模型的第二层.也就是他们两者虽然有联系.但是不属于同一层.

    模型的一个重要规则就是.当发送端发送一个数据,上一层将数据传往下一层的时候.上一层的包就成为了下一层包的数据部分.

    而到接受端接受到数据.下一层将本层的头部信息去掉后交给上一层去处理.

那么我们来看看实际例子:

    假使我们通过SMTP协议发送数据AAA到另外一段.那么数据先会被加上SMTP的头.成为[SMTP]AAA.往下发送到TCP层.成为[TCP] [SMTP]AAA.再往下送到internet层[IP][TCP][SMTP]AAA.然后成为[MAC][IP][TCP][SMTP]AAA

    这样通过enternet或者FastEnternet发送到路由器.路由器得到后替换自己的MAC地址上去.传到下一级的路由器.这样经过长途跋涉.最终这个数据流到达目标机.


    目标机先从下面一层开始.去掉MAC,成为[IP][TCP][SMTP]AAA往上到IP层,恩,比对后是发送给我这个IP的.去掉,成为[TCP] [SMTP]AAA.TCP接到了查看校验和,没错.往上[SMTP]AAA.最后SMTP协议去解释.得到了AAA.


    万里长征终于结束.我们也将AAA发送到了目标机.大家也应该明白了为何TCP包头和UDP包头里面没有IP地址那?因为IP位于他们下面一层.TCP和UDP的包头信息是作为IP包的数据段来传送的.


    IP层可不管那许多.他只管他那层的协议,也就是管把从上面层来的数据加上自己的头,传到下面一层.把从下面一层来的数据去掉头.传到上面一层.


    每层都是这么干的.完美的契合完成了数据包的最终旅程.

TCP/IP的通讯协议

　 　这部分简要介绍一下TCP/IP的内部结构。TCP/IP协议组之所以流行，部分原因是因为它可以用在各种各样的信道和底层协议（例如T1和 X.25、以太网以及RS-232串行接口）之上。确切地说，TCP/IP协议是一组包括TCP协议和IP协议，UDP（User Datagram Protocol）协议、ICMP（Internet Control Message Protocol）协议和其他一些协议的协议组。

TCP/IP整体构架概述

　 　TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的7层抽象的参考模型,其中每一层执行某一特定任 务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7层是:物理层、数据链路层、网路层、传输层、话路层、表示层和应用层。而TCP/IP通讯协议 采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。这4层分别为：

　　应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。

　　传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。

　　互连网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机（但不检查是否被正确接收），如网际协议（IP）。

　　网络接口层：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、Serial Line等）来传送数据。

TCP/IP中的协议

　　以下简单介绍TCP/IP中的协议都具备什么样的功能，都是如何工作的：

　　1． IP

　　网际协议IP是TCP/IP的心脏，也是网络层中最重要的协议。

　 　IP层接收由更低层（网络接口层例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层---TCP或UDP层；相反，IP层也把从 TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。IP数据包是不可靠的，因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。IP数据包中 含有发送它的主机的地址（源地址）和接收它的主机的地址（目的地址）。

　　高层的TCP和UDP服务在接收数据包时，通常假设包中的源地 址是有效的。也可以这样说，IP地址形成了许多服务的认证基础，这些服务相信数据包是从一个有效的主机发送来的。IP确认包含一个选项，叫作IP source routing，可以用来指定一条源地址和目的地址之间的直接路径。对于一些TCP和UDP的服务来说，使用了该选项的IP包好象是从路径上的最后一个系 统传递过来的，而不是来自于它的真实地点。这个选项是为了测试而存在的，说明了它可以被用来欺骗系统来进行平常是被禁止的连接。那么，许多依靠IP源地址 做确认的服务将产生问题并且会被非法入侵。

　　2. TCP

　　如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。

　　TCP将它的信息送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层，设备驱动程序和物理介质，最后到接收方。

　　面向连接的服务（例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。

　　3.UDP

　 　UDP与TCP位于同一层，但对于数据包的顺序错误或重发。因此，UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务，UDP主要用于那些面向查询--- 应答的服务，例如NFS。相对于FTP或Telnet，这些服务需要交换的信息量较小。使用UDP的服务包括NTP（网落时间协议）和 DNS（DNS也使用TCP）。

　　欺骗UDP包比欺骗TCP包更容易，因为UDP没有建立初始化连接（也可以称为握手）（因为在两个系统间没有虚电路），也就是说，与UDP相关的服务面临着更大的危险。

　　4.ICMP

　 　ICMP与IP位于同一层，它被用来传送IP的的控制信息。它主要是用来提供有关通向目的地址的路径信息。ICMP的‘Redirect’信息通知主机 通向其他系统的更准确的路径，而‘Unreachable’信息则指出路径有问题。另外，如果路径不可用了，ICMP可以使TCP连接‘体面地’ 终止。PING是最常用的基于ICMP的服务。

　　5. TCP和UDP的端口结构

　　TCP和UDP服务通常有一个客 户/服务器的关系，例如，一个Telnet服务进程开始在系统上处于空闲状态，等待着连接。用户使用 Telnet客户程序与服务进程建立一个连接。客户程序向服务进程写入信息，服务进程读出信息并发出响应，客户程序读出响应并向用户报告。因而，这个连接 是双工的，可以用来进行读写。

　　两个系统间的多重Telnet连接是如何相互确认并协调一致呢？TCP或UDP连接唯一地使用每个信息中的如下四项进行确认：

　　源IP地址　　发送包的IP地址。

　　目的IP地址　接收包的IP地址。

　　源端口　　　源系统上的连接的端口。

　　目的端口　　目的系统上的连接的端口。

　 　端口是一个软件结构，被客户程序或服务进程用来发送和接收信息。一个端口对应一个16比特的数。服务进程通常使用一个固定的端口，例如，SMTP使用 25、Xwindows使用6000。这些端口号是‘广为人知’的，因为在建立与特定的主机或服务的连接时，需要这些地址和目的地址进行通讯。

The TCP/IP model is a description framework for computer network protocols created in the 1970s by DARPA, an agency of the United States Department of Defense. It evolved from ARPANET, which was the world's first wide area network and a predecessor of the Internet. The TCP/IP Model is sometimes called the Internet Model or the DoD Model.

The TCP/IP model, or Internet Protocol Suite, describes a set of general design guidelines and implementations of specific networking protocols to enable computers to communicate over a network. TCP/IP provides end-to-end connectivity specifying how data should be formatted, addressed, transmitted, routed and received at the destination. Protocols exist for a variety of different types of communication services between computers.

Link Layer

The Link Layer is the networking scope of the local network connection to which a host is attached. This regime is called the link in Internet literature. This is the lowest component layer of the Internet protocols, as TCP/IP is designed to be hardware independent. As a result TCP/IP has been implemented on top of virtually any hardware networking technology in existence.

The Link Layer is used to move packets between the Internet Layer interfaces of two different hosts on the same link. The processes of transmitting and receiving packets on a given link can be controlled both in the software device driver for the network card, as well as on firmware or specialized chipsets. These will perform data link functions such as adding a packet header to prepare it for transmission, then actually transmit the frame over a physical medium. The TCP/IP model includes specifications of translating the network addressing methods used in the Internet Protocol to data link addressing, such as Media Access Control (MAC), however all other aspects below that level are implicitly assumed to exist in the Link Layer, but are not explicitly defined.

The Link Layer is also the layer where packets may be selected to be sent over a virtual private network or other networking tunnel. In this scenario, the Link Layer data may be considered application data which traverses another instantiation of the IP stack for transmission or reception over another IP connection. Such a connection, or virtual link, may be established with a transport protocol or even an application scope protocol that serves as a tunnel in the Link Layer of the protocol stack. Thus, the TCP/IP model does not dictate a strict hierarchical encapsulation sequence.

[edit] Internet Layer

The Internet Layer solves the problem of sending packets across one or more networks. Internetworking requires sending data from the source network to the destination network. This process is called routing.[9]

In the Internet Protocol Suite, the Internet Protocol performs two basic functions:

    * Host addressing and identification: This is accomplished with a hierarchical addressing system (see IP address).
    * Packet routing: This is the basic task of getting packets of data (datagrams) from source to destination by sending them to the next network node (router) closer to the final destination.

IP can carry data for a number of different upper layer protocols. These protocols are each identified by a unique protocol number: for example, Internet Control Message Protocol (ICMP) and Internet Group Management Protocol (IGMP) are protocols 1 and 2, respectively.

Some of the protocols carried by IP, such as ICMP (used to transmit diagnostic information about IP transmission) and IGMP (used to manage IP Multicast data) are layered on top of IP but perform internetworking functions. This illustrates the differences in the architecture of the TCP/IP stack of the Internet and the OSI model.

[edit] Transport Layer

The Transport Layer's responsibilities include end-to-end message transfer capabilities independent of the underlying network, along with error control, segmentation, flow control, congestion control, and application addressing (port numbers). End to end message transmission or connecting applications at the transport layer can be categorized as either connection-oriented, implemented in Transmission Control Protocol (TCP), or connectionless, implemented in User Datagram Protocol (UDP).

The Transport Layer can be thought of as a transport mechanism, e.g., a vehicle with the responsibility to make sure that its contents (passengers/goods) reach their destination safely and soundly, unless a another protocol layer is responsible for safe delivery.

The Transport Layer provides this service of connecting applications through the use of service ports. Since IP provides only a best effort delivery, the Transport Layer is the first layer of the TCP/IP stack to offer reliability. IP can run over a reliable data link protocol such as the High-Level Data Link Control (HDLC). Protocols above transport, such as RPC, also can provide reliability.

For example, the Transmission Control Protocol (TCP) is a connection-oriented protocol that addresses numerous reliability issues to provide a reliable byte stream:

    * data arrives in-order
    * data has minimal error (i.e. correctness)
    * duplicate data is discarded
    * lost/discarded packets are resent
    * includes traffic congestion control

The newer Stream Control Transmission Protocol (SCTP) is also a reliable, connection-oriented transport mechanism. It is Message-stream-oriented — not byte-stream-oriented like TCP — and provides multiple streams multiplexed over a single connection. It also provides multi-homing support, in which a connection end can be represented by multiple IP addresses (representing multiple physical interfaces), such that if one fails, the connection is not interrupted. It was developed initially for telephony applications (to transport SS7 over IP), but can also be used for other applications.

User Datagram Protocol is a connectionless datagram protocol. Like IP, it is a best effort, "unreliable" protocol. Reliability is addressed through error detection using a weak checksum algorithm. UDP is typically used for applications such as streaming media (audio, video, Voice over IP etc) where on-time arrival is more important than reliability, or for simple query/response applications like DNS lookups, where the overhead of setting up a reliable connection is disproportionately large. Real-time Transport Protocol (RTP) is a datagram protocol that is designed for real-time data such as streaming audio and video.

TCP and UDP are used to carry an assortment of higher-level applications. The appropriate transport protocol is chosen based on the higher-layer protocol application. For example, the File Transfer Protocol expects a reliable connection, but the Network File System (NFS) assumes that the subordinate Remote Procedure Call protocol, not transport, will guarantee reliable transfer. Other applications, such as VoIP, can tolerate some loss of packets, but not the reordering or delay that could be caused by retransmission.

The applications at any given network address are distinguished by their TCP or UDP port. By convention certain well known ports are associated with specific applications. (See List of TCP and UDP port numbers.)

[edit] Application Layer

The Application Layer refers to the higher-level protocols used by most applications for network communication. Examples of application layer protocols include the File Transfer Protocol (FTP) and the Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)[10]. Data coded according to application layer protocols are then encapsulated into one or (occasionally) more transport layer protocols (such as the Transmission Control Protocol (TCP) or User Datagram Protocol (UDP)), which in turn use lower layer protocols to effect actual data transfer.

Since the IP stack defines no layers between the application and transport layers, the application layer must include any protocols that act like the OSI's presentation and session layer protocols. This is usually done through libraries.

Application Layer protocols generally treat the transport layer (and lower) protocols as "black boxes" which provide a stable network connection across which to communicate, although the applications are usually aware of key qualities of the transport layer connection such as the end point IP addresses and port numbers. As noted above, layers are not necessarily clearly defined in the Internet protocol suite. Application layer protocols are most often associated with client-server applications, and the commoner servers have specific ports assigned to them by the IANA: HTTP has port 80; Telnet has port 23; etc. Clients, on the other hand, tend to use ephemeral ports, i.e. port numbers assigned at random from a range set aside for the purpose.

Transport and lower level layers are largely unconcerned with the specifics of application layer protocols. Routers and switches do not typically "look inside" the encapsulated traffic to see what kind of application protocol it represents, rather they just provide a conduit for it. However, some firewall and bandwidth throttling applications do try to determine what's inside, as with the Resource Reservation Protocol (RSVP). It's also sometimes necessary for Network Address Translation (NAT) facilities to take account of the needs of particular application layer protocols. (NAT allows hosts on private networks to communicate with the outside world via a single visible IP address using port forwarding, and is an almost ubiquitous feature of modern domestic broadband routers).