TCP/IP 協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

TCP/IP 協(xié)議映射到稱為 DARPA 模型的四概念模型，該模型以最初開發(fā) TCP/IP 的美國政府機(jī)構(gòu)命名。DARPA 模型的四個層是：應(yīng)用程序、傳輸、互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)接口。DARPA 模型中的每一層對應(yīng)于七層開放系統(tǒng)互連 （OSI） 模型的一層或多層。

網(wǎng)絡(luò)接口層

處理在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上放置 TCP/IP 數(shù)據(jù)包以及從網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)接收 TCP/IP 數(shù)據(jù)包。

TCP/IP 被設(shè)計為獨立于網(wǎng)絡(luò)訪問方法、幀格式和介質(zhì)。

通過這種方式，TCP/IP 可用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)類型。其中包括局域網(wǎng)（LAN） 介質(zhì)（如以太網(wǎng)和令牌環(huán)）和 WAN 技術(shù)（如 X.25 和幀中繼）。獨立于任何特定的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)允許 TCP/IP 適應(yīng)異步傳輸模式 （ATM） 等新介質(zhì)。

網(wǎng)絡(luò)接口層包含 OSI 模型的數(shù)據(jù)鏈路和物理層。

TIPS：請注意，Internet 層不利用網(wǎng)絡(luò)接口層中可能存在的排序和確認(rèn)服務(wù)。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)接口層不可靠，通過會話建立以及數(shù)據(jù)包的排序和確認(rèn)進(jìn)行可靠通信是傳輸層的功能。

互聯(lián)網(wǎng)層

互聯(lián)網(wǎng)層處理尋址、打包和路由功能。互聯(lián)網(wǎng)層的核心協(xié)議是IP、ARP、ICMP、IGMP。

• 互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 （IP） 是一種可路由協(xié)議，用于處理數(shù)據(jù)包的 IP 尋址、路由以及分段和重組。

• 地址解析協(xié)議 （ARP） 處理將互聯(lián)網(wǎng)層地址解析為網(wǎng)絡(luò)接口層地址，例如硬件地址。

• 互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議 （ICMP） 處理提供診斷功能和報告由于 IP 數(shù)據(jù)包傳遞失敗而導(dǎo)致的錯誤。

• 互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議 （IGMP） 處理 IP 多播組成員身份的管理

互聯(lián)網(wǎng)層類似于 OSI 模型的網(wǎng)絡(luò)層。

傳輸層

傳輸層（也稱為主機(jī)到主機(jī)傳輸層）負(fù)責(zé)為應(yīng)用程序?qū)犹峁捄蛿?shù)據(jù)報通信服務(wù)。傳輸層的核心協(xié)議是傳輸控制協(xié)議 （TCP） 和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 （UDP）。

• TCP 提供一對一、面向連接的可靠通信服務(wù)。TCP 處理 TCP 連接的建立、發(fā)送數(shù)據(jù)包的排序和確認(rèn)，以及傳輸過程中丟失的數(shù)據(jù)包的恢復(fù)。

• UDP 提供一對一或一對多、無連接、不可靠的通信服務(wù)。當(dāng)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小（例如適合單個數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)）、不希望建立 TCP 連接的開銷或應(yīng)用程序或上層協(xié)議提供可靠傳遞時，將使用 UDP。

TCP/IP 傳輸層包含 OSI 傳輸層的職責(zé)。

應(yīng)用層

應(yīng)用程序?qū)釉试S應(yīng)用程序訪問其他層的服務(wù)，并定義應(yīng)用程序用于交換數(shù)據(jù)的協(xié)議。

廣為人知的應(yīng)用層協(xié)議是用于交換用戶信息的協(xié)議：

• 超文本傳輸協(xié)議 （HTTP） 用于傳輸構(gòu)成萬維網(wǎng)網(wǎng)頁的文件。

• 文件傳輸協(xié)議 （FTP） 用于交互式文件傳輸。

• 簡單郵件傳輸協(xié)議 （SMTP） 用于郵件和附件的傳輸。

• Telnet 是一種終端仿真協(xié)議，用于遠(yuǎn)程登錄到網(wǎng)絡(luò)主機(jī)。

此外，以下應(yīng)用層協(xié)議有助于簡化 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)的使用和管理：

• 域名系統(tǒng) （DNS） 用于將主機(jī)名解析為 IP 地址。

• 路由信息協(xié)議 （RIP） 是路由器用于在 IP 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上交換路由信息的路由協(xié)議。

• 簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議 （SNMP） 在網(wǎng)絡(luò)管理控制臺和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（路由器、網(wǎng)橋、智能集線器）之間用于收集和交換網(wǎng)絡(luò)管理信息。

TCP/IP 應(yīng)用程序的應(yīng)用程序?qū)咏涌谑纠?Windows 套接字和 NetBIOS。Windows Sockets 在 Windows Server 2003 下提供標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序編程接口 （API）。NetBIOS 是用于訪問協(xié)議服務(wù)（如會話、數(shù)據(jù)報和名稱解析）的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口。

TCP/IP 應(yīng)用程序?qū)影?OSI 會話層、表示層和應(yīng)用程序?qū)拥穆氊?zé)。

TCP/IP 核心協(xié)議

安裝在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中的 TCP/IP 協(xié)議組件是一系列互連的協(xié)議，稱為 TCP/IP 的核心協(xié)議。

TCP/IP 協(xié)議套件中的所有其他應(yīng)用程序和其他協(xié)議都依賴于以下協(xié)議提供的基本服務(wù)：IP、ARP、ICMP、IGMP、TCP 和 UDP。

知識產(chǎn)權(quán)

IP 是一種無連接、不可靠的數(shù)據(jù)報協(xié)議，主要負(fù)責(zé)在主機(jī)之間尋址和路由數(shù)據(jù)包。無連接意味著在交換數(shù)據(jù)之前未建立會話。不可靠意味著不能保證交貨。IP 始終“盡最大努力”嘗試傳遞數(shù)據(jù)包。IP 數(shù)據(jù)包可能會丟失、不按順序傳遞、重復(fù)或延遲。IP 不會嘗試從這些類型的錯誤中恢復(fù)。確認(rèn)傳送的數(shù)據(jù)包和恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)包是更高層協(xié)議（如 TCP）的責(zé)任。IP 在 RFC 791 中定義。

IP 數(shù)據(jù)包由 IP 標(biāo)頭和 IP 有效負(fù)載組成。下表描述了 IP 標(biāo)頭中的關(guān)鍵字段。

IP 報頭中的關(guān)鍵字段

碎片化和重組

如果路由器收到的 IP 數(shù)據(jù)包對于數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到的網(wǎng)絡(luò)來說太大，IP 會將原始數(shù)據(jù)包分成適合下游網(wǎng)絡(luò)的較小數(shù)據(jù)包。當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)其最終目標(biāo)時，目標(biāo)主機(jī)上的 IP 會將片段重新組裝成原始有效負(fù)載。此過程稱為分段和重組。碎片可能發(fā)生在混合使用網(wǎng)絡(luò)媒體（如以太網(wǎng)和令牌環(huán)）的環(huán)境中。

碎片和重組的工作方式如下：

• 當(dāng)源發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)包時，它會在“標(biāo)識”字段中放置一個唯一值。

• 路由器接收 IP 數(shù)據(jù)包。IP 路由器注意到數(shù)據(jù)包要轉(zhuǎn)發(fā)到的網(wǎng)絡(luò)的最大傳輸單元 （MTU） 小于 IP 數(shù)據(jù)包的大小。

• IP 將原始 IP 有效負(fù)載劃分為適合下一個網(wǎng)絡(luò)的片段。每個片段都使用其自己的 IP 標(biāo)頭發(fā)送，其中包含：

  • 標(biāo)識屬于一起的所有片段的原始標(biāo)識字段。

  • 更多片段標(biāo)志指示其他片段緊隨其后。“更多片段”標(biāo)志未設(shè)置在最后一個片段上，因為沒有其他片段跟隨它。

  • 片段偏移字段指示片段相對于原始 IP 有效負(fù)載的位置。

當(dāng)遠(yuǎn)程主機(jī)上的 IP 接收到片段時，“標(biāo)識”字段會將它們標(biāo)識為屬于一起。然后，使用片段偏移字段將片段重新組裝到原始 IP 有效負(fù)載中。

ARP

在共享訪問、基于廣播的網(wǎng)絡(luò)媒體（如以太網(wǎng)或令牌環(huán)）上發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)包時，必須解析與轉(zhuǎn)發(fā) IP 地址對應(yīng)的媒體訪問控制 （MAC） 地址。ARP 使用 MAC 級廣播將已知的轉(zhuǎn)發(fā)或下一躍點 IP 地址解析為其 MAC 地址。ARP 在 RFC 826 中定義。

ICMP

互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議 （ICMP） 為無法傳遞的數(shù)據(jù)包提供故障排除功能和錯誤報告。例如，如果 IP 無法將數(shù)據(jù)包傳遞到目標(biāo)主機(jī)，ICMP 將向源主機(jī)發(fā)送“目標(biāo)不可達(dá)”消息。下表顯示了最常見的 ICMP 消息。

常見 ICMP 消息

下表描述了最常見的 ICMP 目標(biāo)無法訪問的 ICMP 消息。

常見的 ICMP 目標(biāo)無法訪問消息

ICMP 不會使 IP 成為可靠的協(xié)議。ICMP 嘗試報告錯誤并提供有關(guān)特定條件的反饋。ICMP 報文作為未確認(rèn)的 IP 數(shù)據(jù)報傳輸，并且本身不可靠。ICMP 在 RFC 792 中定義。

IGMP

互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議 （IGMP） 是管理網(wǎng)段上 IP 多播組中的主機(jī)成員身份的協(xié)議。IP 多播組（也稱為主機(jī)組）是一組主機(jī)，用于偵聽發(fā)往特定 IP 多播地址的 IP 流量。IP 組播流量發(fā)送到單個 MAC 地址，但由多個 IP 主機(jī)處理。特定主機(jī)偵聽特定 IP 組播地址，并接收到該 IP 地址的所有數(shù)據(jù)包。

組播組成員是員工，路由器是領(lǐng)導(dǎo)，員工發(fā)送離開或者加入報文來申請加入或離開組播組，領(lǐng)導(dǎo)通過發(fā)送特定組查詢或通用組查詢報文了解各組播組成員在線情況，收到查詢的員工通過report回復(fù)自己的狀態(tài)。當(dāng)某個組員工離開時，路由器會向其所在組發(fā)送特定組查詢來確認(rèn)此組是否還有別的員工在線，當(dāng)查詢超時未收到回復(fù)時，則在傳發(fā)表中刪除此組信息。領(lǐng)導(dǎo)為了掌控全局，還會周期性向所在網(wǎng)段內(nèi)所有用戶發(fā)送通用組查詢，了解組成員在線七年概況，不同的用戶響應(yīng)不同。非組播用戶不答復(fù)，組播用戶在定時器超時時，如果所在組沒有其他用戶響應(yīng)，則向路由器發(fā)送響應(yīng)報文；否則，則抑制自己的報文

以下是 IP 多播的一些其他方面：

• 主機(jī)組成員身份是動態(tài)的，主機(jī)可以隨時加入和離開組。

• 主機(jī)組可以是任意大小。

• 主機(jī)組的成員可以跨多個網(wǎng)絡(luò)跨越 IP 路由器。這種情況需要 IP 路由器上的 IP 多播支持，并且主機(jī)能夠向本地路由器注冊其組成員身份。主機(jī)注冊是使用 IGMP 完成的。

• 主機(jī)可以將流量發(fā)送到 IP 多播地址，而無需屬于相應(yīng)的主機(jī)組。

要使主機(jī)接收 IP 多播，應(yīng)用程序必須通知 IP 它將在指定的 IP 多播地址接收多播。如果網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持基于硬件的多播，則會告知網(wǎng)絡(luò)接口傳遞特定 IP 多播地址的數(shù)據(jù)包。在以太網(wǎng)的情況下，網(wǎng)絡(luò)適配器被編程為響應(yīng)對應(yīng)于指定 IP 組播地址的組播 MAC 地址。

主機(jī)支持以下級別之一的 IP 多播：

• 級別 0：不支持發(fā)送或接收 IP 組播流量。

• 級別 1：支持發(fā)送但不接收 IP 組播流量。

• 級別 2：支持發(fā)送和接收 IP 組播流量。Windows Server 2003、Windows 2000、Microsoft Windows NT 3.5 及更高版本以及 TCP/IP 支持 2 級 IP 多播。

注冊主機(jī)組信息的協(xié)議是 IGMP，支持級別 2 IP 多播的所有主機(jī)都需要該協(xié)議。IGMP 數(shù)據(jù)包使用 IP 標(biāo)頭發(fā)送。

IGMP 消息采用三種形式。

• 主機(jī)成員資格報告。當(dāng)主機(jī)加入主機(jī)組時，它會向所有主機(jī) IP 多播地址 （224.0.0.1） 或指定的 IP 多播地址發(fā)送 IGMP 主機(jī)成員身份報告消息，通過引用 IP 多播地址聲明其在特定主機(jī)組中的成員身份。主機(jī)還可以指定需要多播流量的特定源。

• 主機(jī)成員身份查詢。當(dāng)路由器輪詢網(wǎng)絡(luò)以確保存在特定主機(jī)組的成員時，它會向所有主機(jī) IP 組播地址發(fā)送 IGMP 主機(jī)成員身份查詢消息。如果在多次輪詢后未收到對輪詢的響應(yīng)，則路由器假定該網(wǎng)絡(luò)在該組中沒有成員身份，并停止將該組播組信息通告給其他路由器。

• 集體休假。當(dāng)主機(jī)不再有興趣接收發(fā)送到特定 IP 組播地址的組播流量，并且發(fā)送了最后一條 IGMP 主機(jī)成員身份報告消息以響應(yīng) IGMP 主機(jī)成員身份查詢時，它會向特定 IP 組播地址發(fā)送 IGMP 組保留消息。本地路由器驗證發(fā)送 IGMP 組保留消息的主機(jī)是否是該子網(wǎng)上該組播地址的最后一個組成員。如果在多次輪詢后未收到對輪詢的響應(yīng)，則路由器假定該子網(wǎng)在該組中沒有成員身份，并停止將該組播組信息通告給其他路由器。

為了使 IP 多播跨越互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的路由器，路由器使用組播路由協(xié)議來傳達(dá)主機(jī)組信息，以便支持組播轉(zhuǎn)發(fā)的每個路由器都知道哪些網(wǎng)絡(luò)包含哪些主機(jī)組的成員。IGMP 在 RFC 1112 和 2236 中定義。

技術(shù)合作計劃（TCP

TCP 是一種可靠的、面向連接的交付服務(wù)。數(shù)據(jù)分段傳輸。面向連接意味著必須先建立連接，然后主機(jī)才能交換數(shù)據(jù)。通過為傳輸?shù)拿總€段分配序列號來實現(xiàn)可靠性。確認(rèn)用于驗證是否已收到數(shù)據(jù)。對于發(fā)送的每個分段，接收主機(jī)必須在指定的時間段內(nèi)返回接收字節(jié)的確認(rèn) （ACK）。如果未收到 ACK，則會重新傳輸數(shù)據(jù)。TCP 在 RFC 793 中定義。