3TCP-IP协议族.doc

第三章：TCP/IP协议族 学完本章内容，你将学会 OSI参考模型每层的名称与功能 TCP/IP协议族每层的名称与协议 ARP协议 TCP协议与UDP协议  问题列表 一、分层模型 OSI将网络分层七层，从低层到高层，分别是： 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层 但我们使用最多的是TCP/IP的五层模型，即将会话层和表示层并入应用层。 为什么要分层呢？ 明确通过分层，可以讲故障和设计简单化，设计时不用考虑其他层的问题，分层有以下好处： 例如，你在设计服务器的时候，只需要设计服务器上应用层和传输层的内容，无需关心低层到底是用光纤还是用双绞线连通的。 OSI七层模型功能 物理层 物理层是分层模型的最底层。数据在物理层里面传播的单位叫做“比特流“，我们通常说的“网速”就是物理层的概念，网速也就是单位时间传输多少“比特流”。物理层其实就是指的是网络传输介质，比如双绞线（俗称网线），光纤。物理层的设备叫做“集线架”，用来集中放置网线。 数据链路层 数据链路层传播的单位叫做“数据帧”。我们上一章说过的“广播域”，就是基于在数据链路层的概念。数据链路层上的典型设备是交换机。可以说，数据链路层内，计算机的通信是基于计算机MAC地址来通信。 网络层 网络层的地位相当重要。在网络层，传输的数据单位叫做“数据包”，或者是“报文”。网络层上工作的设备非常多，有防火墙，路由器等。一些控制网速的协议或者软件，也都工作在网络层上。网络层负责不同广播域之间数据的传输，同时也负责控制网速、控制访问等。网络层的通信是基于IP地址和ARP协议，即通过目的IP地址找到发送目标，然后通过ARP协议，将IP地址转换为MAC地址，确认主机，然后发送。 传输层 传输层上，数据称为“数据段”。传输层上有两个非常重要的协议：TCP协议（传输控制协议）和UDP（用户数据包协议）。在该层，有一个非常重要的概念：端口。端口可以认为是计算机与外界通讯交流的出口。 发送端 当发送端点击“发送邮件”之前，此时邮件还在应用层。当点击“发送邮件”以后，应用层协议（假设是POP3协议）立刻启用，将数据打包层“数据段”，交付传输层，由传输层决定是用TCP协议还是用UDP协议。这个过程相当于，你将包裹拿到邮局，邮局给你打包，然后决定是给你使用挂号信还是平信。 当传输层一旦确定了是TCP或者是UDP协议以后，将数据根据它的目的IP地址进行发送。数据在网络层被打包成数据包，标记上“源IP地址”和“目的IP地址”，这也就相当于快递包裹上的“寄件人地址”和“收件人地址”。数据到达网络层时，如果发现源IP地址和目的IP地址是同一网段，则直接打包成数据帧，交付数据链路层发送。如果发现不是一个网段，则将源MAC地址进行转换成相同广播域的网关MAC地址后进行发送。本案例中，1与1不是一个网段。 最后，数据链路层将数据帧转换为比特流，交付物理层，进行传输。 接收端 数据通过数据链路层，到达了目标的广播域，则将数据解封成数据帧，交付给数据链路层，再根据目的IP地址，解封成数据包。如果没有找到对应的目标IP和目标MAC（可能是主机掉线，或者是另外一个主机使用了1这个IP），那么接收端将丢弃这个数据包，并发送错误信息给发送端。如果成功找到了目标IP和目标MAC，则接收端接收这个数据包，解封装成数据段，交付传输层。 传输层通过确定TCP或UDP协议，将数据段交付应用层，有应用层解封装，所以，此时，接收端可以看到原始数据了。 数据链路层帧结构 这幅图是用抓包软件在网络层抓到了一个数据报文，我们可以看到，这是数据到达数据链路层以后的帧结构。发送端（Source Address）IP地址是，接收端（Dest Address）IP是，很显然属于一个广播域，所以就直接交付数据链路层。由于数据链路层是基于MAC地址通信的，所以，该数据包在数据链路层封装成数据帧的时候，加上了源MAC地址（Source Address）和目的MAC地址（Dest Address）。由ARP协议，将源MAC地址和源IP地址对应，目的MAC地址和目的IP对应。只有IP地址和MAC地址对应关系正确，数据包才能被正常的发送和接收。很多路由设备都有采用MAC地址和IP地址绑定的关系来控制主机上网的功能。这也就是说：数据在发送和接收过程中，目的IP和目的MAC地址，必须同时正确的对应。 ARP协议 ARP叫做Address Resolution Protocol，全称是地址解析协议，功能是将一个已知的IP地址解析为MAC地址，以便数据包达到数据链路层时，交换机能够通过MAC地址通信。其实，网