ISO网路模型及TCP/IP基础

1. ISO网路模型及TCP/IP基础

Routing TCP/IP 人民邮电出版社

TCP/IP详解卷一、卷二、卷三

ISO国际标准化组织 1979年建议用于OSI(开放式系统互联体系结构)。各个系统厂商不兼容。遵循OSI标准，生产软件或硬件遵循标准OSI，可以兼容，实现不同厂商设备的兼容。定义了连接异种计算机的标准框架。

一、OSI分层模型

1. 应用层

提供用户接口。例如：Telnet,SMTP,HTTP,FTP。

 

2. 表示层

    数据表示，加密等特殊处理过程，ASCII,MPG,JPEG

3. 会话层

    保证不同应用间的数据区分，OS,SQL,RPC.定义了如何开始、控制可结束一个会话，包括对多个双向会话的控制和管理。

----------以上为高层message，以下为底层（数据流层CCNA/CCNP/CCIE）

1. 传输层segmeng

可靠或不可靠的数据传输，数据重传前的错误纠正。TCP/UDP/SPX

通过端口号找到对应的应用程序

UDP协议号17

1. 网络层packet

决定路径的逻辑寻址。IP、IPX，

为网络设备提供逻辑地址，IP地址对应的网络叫做因特网，依照IP地址对路径进行寻路，最优最快的路径。

辅助数据从源端发送到目的端

负责数据传输的寻径和转发

路由器（三次设备）识别IP地址，一个个节点识别最优路径

1. 数据链路层Frame

负责成帧，控制对介质的访问，错误发现但不能纠正。802.3/802.2/HDLC/PPP/Frame-Relay

网卡（网卡号MAC地址，以太网地址，网络设备，数据可以往外传输，代表设备号唯一性， 硬件地址），接口连接网卡

决定数据通讯的机制，差错检测

提供对网络层的服务

合成传输的帧数据

交换机（网桥），不识别IP地址，通过MAC地址转发，网卡，

MAC地址 48位二进制数组成  通常表示为12个16进制的数

前24位是标准组织IEEE制定的，后24位是厂商自己制定的节点标识符

1. 物理层 bit

    设备间接受或发生比特流，说明电压、线速和线缆等。EIA/TIA-232,V.35,RJ45,有关传输介质的特性标准

层：layer,描述了所有需要的有效的通讯过程，并把这些过程逻辑上的组叫做层

    部署网线，数字信号，即：bit流 ，集线器、转换器（转换器其中之一，电话线，调制解调器，数字信号转换成模拟信号信号）、中继器（信号之间相互交通）、屏蔽/非屏蔽双绞线、光纤、无线

二、基本概念

1. PDU

协议数据单元。每一次使用自己层的协议和别的系统的对应层互相通信，协议成的协议在对等层之间交换的信息叫协议数据单元。

2. 封装与解封装

封装（encapsulate/encapsulation）:数据通过网络进行传输，要从高层一层一层的向下传送，如果一个主机要传送数据到别的主机，先把数据撞到一个特殊的报头中，这个过程叫做封装。

封装分为：切片和加控制信息

解封装：上述的逆向过程。

 

封装过程：

上层数据

TCP头-上层数据（segment）   通过端口号查看对应上层应用     

IP头-TCP+切片的上层数据（packet）       

LLC头-IP+TCP+切片的上层数据-FCS(Frame) 逻辑链路控制头 帧校验序列

MAC头-LLC头+IP+TCP+切片的上层数据-FCS(bit) 介质访问控制头 帧校验序列

0101110101001000010  一个字节八个比特 在 物理层传输

 

端到端数据传输过程

端系统A 七层-中间系统(网络层、数据链路层、物理层)-端系统B 七层

每经过一个网络层，数据链路层都需要重新封装

 

分层的好处：

1. 容易理解协议
2. 各层之间标准化接口
3. 创建更好集成环境
4. 减少复杂性
5. 用各层的headers和trailers拍错
6. 较低的层为较高的层提供服务
7. 把复杂的网络划分为更容易管理的层

 

Frame Packet Segment Data   帧 包 段

      IP     UDP    Payload

Head  Head  Head   Data

 

OSI分层模型缺陷：

1. 许多功能在多个层次重复，有冗余感（如：流控，差错控制等）
2. 各层功能分配不均匀（链路、网络层任务中，会话层任务轻）
3. 功能和服务定义复杂，很难产品化

三、TCP/IP 事实上的标准

1. 应用层（应用层、表示层、会话层）

    文件传输TFTP/FTP, Email SMTP,远程登录 Telnet,rlogin,网络管理SNMP,名称管理DNS,网络测速ping,tracert

2. 主机到主机层（传输层）

TCP 传输控制协议

UDP 用户数据包协议，不可靠非面向连接的

3. 互联网层 Internet（网络层）

IP互联网协议

ICMP互联网控制信息协议

ARP地址解析协议

RARP逆向地址解析协议

1. 网络接口层 (数据链路层、物理层)

 

1.   TCP 数据格式

1）16位源端口号 16位目的端口号    （指定应用程序）

2）32位序列号（确认被封装的数据所在的位置）

3）32位确认序号（确定源节点下一次需要从目标接受的序列号，接收方发的，）

4）4位首部长度（TCP头部长度）+保留6位（0）+六位标记比特（URG/ACK/PSH/RST/SYN/FIN）+16位窗口大小（流量控制）

URG-1 紧急指针

ACK-1接收端查看32位确认号

SYN-1连接请求数据

FIN-1整个传输最后一个数据

5）16位校验和（检测这个TCP数据段是否有错误）+16位紧急指针

6)可选项

1. 数据

 

WEB浏览器，电子邮件、文件传输程序

6 端口号

    一般指网络总面向连接服务和无连接服务的通信协议端口，是一种抽象的软件结构，包括一些数据结构和I/O缓冲区

1. 公认端口0-1023，HTTP-80
2. 注册端口 1024-49151
3. 动态/或私有端口49152-65535

例如：

HTTP-80,FTP-21,Telnet-23,SMTP-25,----TCP

DNS-53-,TFTP-69,SNMP-161,RIP-520---UDP

四、TCP的三次握手 面向连接的

1.发送

1）发送SYS(seq=A序列号, ctl=SYN 置1)

2）接收SYN, 并发送SYN ACK（seq=B,ACK=A+1序列号加一, ctl=SYN,ack）

3) 建立会话（seq=A+1 ack=B+1序列号加1, ctl=ack）

TCP建立连接

2. TCP确认机制 可靠的

发送1

接受1 发送ACK2

接受ACK2, 发送2

             接受2 发送ACK3

接受ACK3  发送3

             接受3 发送ACK4

接受ACK4

Source Dest Seq Ack

1028 23 10 1

            23 1028 1 11(Source Dest Seq Ack)

1028 23 11 2

3. TCP窗口机制(cont) 支持流控，流量可控

窗口大小16位

Window Size =3

Send 1

Window size=3

Send 2

Window size=3

Send 3                   Ack 3

                         Window size=2  数据3被丢弃

Window size=3

Send 3(TCP重传)

Window size=3

Send=4                  Ack 5

                        Window size =2

五、UDP数据格式  

1. 格式  非面向连接的、不可靠的，不支持流控。优势：效率高

1）16位源端口号+16位目的端口号

2）16位UDP长度+16位UDP校验和

3）数据

语音IP电话、视频的传输使用即时通讯使用UDP封装，不需要重传

六、IP地址

1.IP数据格式

1）4位版本（Ipv4 0100 /IPv6 0110）+4位首部(标识IP头大小)+8位服务类型（TOS，指定特殊数据包处理方式，优先级，区分服务代码表，IP、语音等级高优先发送）+16位总长度（字节数）（）标识IP包大小）

2）16位标识（）+3位标志（）+13位片偏移（），

二层数据链路层最大传输单元Frame,超过最大传输单元，对数据包分段为更小的数据包，路由器在每一片数据包相同字段打上相同的标识

如果第二位置1，表示路由器不能对数据包进行分段处理，将丢去数据并向源端发送错误消息

偏移用于指明分片起始点位置

3）8位生存时间（TTL）+8位协议+16位首部校验和（IP头校验）

255，整个数据包每经过一台路由器TTL-1，减为0，则丢弃数据包。防止环路

协议：指明使用哪一个协议ICMP-1, IP-4,TCP-6,UDP-17

4）32位源IP地址

5）32位目的IP地址

6）选项

7）数据

2.IP地址结构

32bit的二进制数   三个点分成四个小节 点分十进制  每个小节8个比特

128 192 224 240 248 252 254 255

Network               Host

255 255              255 255  十进制最大

1-8 9-16             17-24 25-32

1111111111111111    1111111111111111 二进制最大

172 16               122 204   十进制举例

10101100 00010000    01111010 11001100二进制举例

1. IP地址分类

Class A  Network host host host

第一个八位组以0开头 0NNNNNNN   (1-126)

1.0.0.1~126.255.255.255.254          

1.0.0.0网络地址 126.255.255.255广播地址  可用地址-2

Class B  Network Network host host

        第一个八位位组必须以10开头 10NNNNNN  128-191

Class C  Network Network Network host

        第一个八位位组以110开头   110NNNNN  (192-223)

        前三个八位位组为网络位

Class D  多播/组播地址 1110MMM Multicast Group Multicast Group Multicast Group

         第一个八位位组以1110开头 （224-239）

Class E  保留做科研用（240-255）

3. 特殊IP地址

1）127.0.0.1 本地回环测速地址loopback 本机TCPIP正常

2）全网广播地址：255.255.255.255

3）IP地址0.0.0.0代表网段 任何网络

4）主机位全位0，代表网段

5）广播地址：主机位部分全为1，用于广播

4. 私有地址

不允许出现在公网，如果发出数据包IP包含私有地址，涉及NAT地址转换，会被路由设备丢掉

A类地址：10.0.0.0到10.255.255.255

B类地址：172.16.0.0到172.31.255.255.255

C类地址：192.168.0.0到192.168.255.255

1. 子网掩码（必须是连续的0或1）

 子网掩码不能单独存在，必须结合IP地址一起使用，

作用：标识出IP地址哪部分代表网络？哪部分代表主机。将一个IP地址规划成2部分

网络：局域网同一个网络的IP地址

主机：指定主机

A: 255.0.0.0/8—掩码中有8个1。0所涵盖的部分叫做主机位，1所涵盖的部分叫做网络位

2^24-2=16777214个地址

B:255.255.0.0/16

2^16-2=65534个地址

C:255.255.255.0/24

2^8-2=254个地址

计算机可用的主机地址

172．16.0.0

        00000000 00000000  1代表网络

 

 

        11111111 11111111  65536代表网络广播地址

可用的主机地址 2的N（主机位数）次方-2=65534

1. 地址解析协议ARP

ARP广播进行请求 单播回复,映射存入本地ARP表中

 

 

 

Ethernet:0800…

Arp -a

1. MAC地址

MAC（Media Acccess Control 介质访问控制），MAC地址是烧录在网卡NIC里的

由48位比特长，16进制数字组成

0-23位代表厂商

24-47是由厂商分配给自己生存的网卡，叫做组织唯一标志符，是失败LAN节点的标识

在网络底层传输，是MAC地址识别主机的，一般全球唯一。

8 RARP

1. ICMP

TCP/IP中的子协议，互联网控制信息协议，网络、主机、路由 ping tracert