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      下面是希赛软考网为大家推荐的软考网络管理员备考知识点精讲之TCP/IP协议，希望能帮助学友们。

TCP/IP协议

一、什么是TCP/IP

前面说过，协议是互相通信的计算机双方必须共同遵从的一组约定。TCP/IP（传输控制协议/网际协议）就是这样的约定，它规定了计算机之间互相通信的方法。TCP/IP是为了使接入互联网的异种网络、不同设备之间能够进行正常的数据通信，而预先制定的一簇大家共同遵守的格式和约定。该协议是美国国防部高级研究计划署为建立ARPANET开发的，在这个协议集中，两个最知名的协议就是传输控制协议（TCP）和网际协议（IP），故而整个协议集被称为TCP/IP.之所以说TCP/IP是一个协议簇，是因为TCP/IP协议包括了TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、SMTP、ARP等许多协议，对互联网中主机的寻址方式、主机的命名机制、信息的传输规则，以及各种各样的服务功能均做了详细约定，这些约定一起称为TCP/IP协议。

由于互联网在全球范围内迅速发展，因此互联网所使用的协议TCP/IP在计算机网络领域中占有十分重要的地位。

二、TCP/IP协议结构

TCP/IP协议和开放系统互联参考模型一样，是一个分层结构。协议的分层使得各层的任务和目的十分明确，这样有利于软件编写和通信控制。TCP/IP协议分为4层，由下至上分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层，如图1-21所示。

图1-21  TCP/IP协议分层结构

最上层是应用层，就是和用户打交道的部分，用户在应用层上进行操作，如收发电子邮件、文件传输等。也就是说，用户必须通过应用层才能表达出他的意愿，从而达到目的。其中简单网络管理协议SNMP就是一个典型的应用层协议。

下来是传输层，它的主要功能是：对应用层传递过来的用户信息进行分段处理，然后在各段信息中加入一些附加的说明，如说明各段的顺序等，保证对方收到可靠的信息。该层有两个协议，一个是传输控制协议TCP（Transfer Control Protocol），另一个是用户数据包协议UDP（User Datagram Protocol），SNMP就是基于UDP协议的一个应用协议。

接着是网络层，它将传输层形成的一段一段的信息打成IP数据包，在报头中填入地址信息，然后选择好发送的路径。本层的网际协议IP（Internet Protocol）和传输层的TCP是TCP/IP体系中两个最重要的协议。与IP协议配套使用的还有三个协议：地址解析协议ARP（Address Resolution Protocol）；逆向地址解析协议RARP（Reverse Address Resolution Protocol）；Internet控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol）。图1-21表示出了这三个协议和网际协议IP的关系。在这一层中，ARP和RARP在最下面，因为IP经常要使用这两个协议。ICMP在这一层的上部，因为它要使用IP协议。这三个协议将在后面陆续介绍。由于网际协议IP可以使互连起来的许多计算机网络能够进行通信，因此TCP/IP体系中的网络层常常称为网际层（internet layer）。

最底层是网络接口层，也称链路层，其功能是接收和发送IP数据包，负责与网络中的传输媒介打交道。

TCP/IP本质上采用的是分组交换技术，其基本意思是把信息分割成一个个不超过一定大小的信息包传送出去。分组交换技术的优点是：一方面可以避免单个用户长时间占用网络线路，另一方面是在传输出错时不必全部重新传送，只需将出错的包重新传输就可以了。

TCP/IP规范了网络上的所有通信，尤其是一个主机与另一个主机之间的数据往来格式以及传送方式。我们可以将数据传送过程形象地理解为：TCP和IP就像两个信封，要传递的信息被划分成若干段，每一段塞入一个TCP信封，并在该信封上记录分段号信息，再将TCP信封塞入IP大信封，发送上网。在接受端，每个TCP软件包收集信封，抽出数据，按发送前的顺序还原，并加以校验，若发现差错，TCP将会要求重发。因此，TCP/IP在互联网中几乎可以无差错地传送数据。

三、TCP/IP与OSI RM的关系

TCP/IP协议与开放系统互连参考模型之间的对应关系如图1-22所示，其中应用层对应了OSI模型的上三层，网络接口层对应了OSI模型的下两层。

图1-22 TCP/IP协议与开放系统互连参考模型之间的对应关系

值得注意的是，在一些问题的处理上，TCP/IP与OSI是很不相同的。例如：

⑴TCP/IP一开始就考虑到多种异构网（heterogeneous network）的互连问题，并将网际协议IP作为TCP/IP的重要组成部分。但ISO和CCITT最初只考虑到使用一种标准的公用数据网将各种不同的系统互连在一起。后来，ISO认识到了网际协议IP的重要性，然而已经来不及了，只好在网络层中划分出一个子层来完成类似TCP/IP中IP的作用。

⑵TCP/IP一开始就对面向连接服务和无连接服务并重，而OSI在开始时只强调面向连接服务，一直到很晚OSI才开始制定无连接服务的有关标准。无连接服务的数据包对于互连网中的数据传送以及分组话音通信（即在分组交换网里传送话音信息）都是十分方便的。

⑶TCP/IP有较好的网络管理功能，而OSI到后来才开始考虑这个问题。

四、IP数据包的格式

IP数据包的格式能够说明IP协议都具有什么功能。在TCP/IP的标准中，各种数据格式常常以32bit（即4字节）为单位来描述。图1-23是IP数据包的格式。

图1-23  IP数据包的格式

从图1-23可以看出，一个IP数据包由首部和数据两部分组成。首部由固定20个字节的基本首部和0-40字节可变长度的任选项组成。下面介绍首部各字段的意义。

版本：占4bit,指IP协议的版本。通信双方使用的IP协议的版本必须一致。目前使用的IP协议版本为v4（IP version 4），以前的3个版本目前已不使用。

IHL:首部长度，占4bit,可表示的最大数值是15个单位（一个单位为4字节），因此IP的首部长度的最大值是60字节。当IP分组的首部长度不是4字节的整数倍时，必须利用最后一个补丁字段加以填充。这样，数据部分永远从4字节的整数倍时开始，这样在实现起来会比较方便。首部长度限制为60字节的缺点是有时（如采用源站选路时）不够用，但这样做的用意是尽量减少额外的开销。

服务类型：占8 bit,用来获得更好的服务，其意义见图1-23的上面部分所示。

服务类型字段的前三个比特表示优先级，它可使数据包具有8个优先级中的一个。

第4个比特是D比特，表示要求有更低的时延。

第5个比特是T比特，表示要求有更高的吞吐量。

第6个比特是R比特，表示要求有更高的可靠性，即在数据包传送的过程中，被结点交换机丢弃的概率要更小些。

第7个比特是C比特，是新增加的，表示要求选择费用更低廉的路由。

最后一个比特目前尚未使用。

段总长度：段总长度指首部和数据之和的长度，单位为字节。段总长度字段为16bit,因此数据包的最大长度为65535字节，这在当前是够用的。当很长的数据包要分片进行传送时，"总长度"不是指未分片前的数据包长度，而是指分片后每片的首部长度与数据长度的总和。

标识（identification）：标识字段是为了使分片后的各数据包片最后能准确地重装成为原来的数据包。请注意：这里的"标识"并没有顺序号的意思，因为IP是无连接服务的，数据服不存在按序接收的问题。

标志（flag）：占3bit,目前只有前两个比特有意义。

标志字段中的最低位记为MF（More Fragment）。MF=1即表示后面还有分片的数据包；MF=0表示这已是若干数据包中的最后一个。

标志字段中间的一位记为DF（Don't  Fragment），只有当DF=0时才允许分片。

段偏置值：该值指出较长的分组在分片后，某个分片在原分组中的相对位置。也就是说，相对于用户数据字段的起点，该片从何处开始。片偏移以8个字节为偏移单位。

生存期：TTL（Time To Live），其单位为秒。生存期的建议值是32秒，但也可设定为3-4秒，甚至为255秒。

协议号：占8bit,协议号字段指出此数据包携带的传输层数据是使用何种协议，以便目的主机的IP层知道应将此数据包上交给哪个进程。常用的一些协议和相应的协议字段值（写在协议后面的括弧中）是：UDP（17），TCP（6），ICMP（1），GGP（3），EGP（8），IGP（9），OSPF（89），以及OSI的第4类运输协议TP4（29）。

首部检验和：此字段只检验数据包的首部，不包括数据部分。不检验数据部分是因为数据包每经过一个结点，结点处理机就要重新计算一下首部检验和（一些字段，如寿命、标志、片偏移等都可能发生变化），如将数据部分一起检验，计算的工作量就太大了。

为了简化运算，检验和不采用GRC检验码。IP检验的计算方法是：将IP数据包首部看成为16bit字的序列。先将检验的字段置零，将所有的16bit字相加后，将和的二进制反码写入检验和字段。收到数据包后，将首部的16bit字的序列再相加一次，若首部未发生任何变化，则和必为全1.否则即认为出差错，并将此数据包丢弃。

地址：源站IP地址字段和目的站IP地址字段都各占4字节。

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