TCP/IP系列概述之TCP/IP协议族结构和协议

1.ARPANET参考模型

        IP是TCP/IP中最重要的网络层协议，它发送给链路层协议的PDU称为数据报，每个数据报的大小是64KB（后来被IPv6扩大为4GB），在很多情况下，通常使用“分组”来表示IP数据报。大的分组被放入链路层PDU（称为帧）时需要进行缩小处理，这个过程称之为分片，通常由ip主机和某些路由器在必要的时候执行。在分片过程中，大数据报的一部分会被放入多个小数据报（分片）中，在到达目的地后进行组合（又叫重组）。
        由于每个IP分组都是一个数据报，所以都包含接收方和发送方的第三层地址，这些地址被称为IP地址，即32位IPv4地址和128位IPv6地址。每个数据报的目的地址决定发送该数据报的目的地址，做出数据报发送决定和把数据报发送到下一跳的过程称为转发。较为明显的例子就是路由器和主机，但更多的是由路由器实现转发。这里有三种类型的IP地址，分别是：单播（目的地是一台主机）、广播（目的地是某个指定网络中的所有主机）和组播（目的地是某个组播组中的一组主机）。
        Internet Group Management Protocol（Internet组管理协议，简称为IGMP）是IPv4的一个辅助协议，它采用组播寻址和交付两种方式管理组播组中的主机。
        在传输层中，常见的两种（TCP和UDP） Internet传输协议有很大的区别。TCP协议（传输控制协议）会处理数据包丢失、重复和重新排序的等IP层不处理的问题，它采用面向连接（VC）的方式，且不保留消息边界。与之相反的是，UDP（用户数据报协议）仅仅提供比IP协议稍多的功能，且UDP允许应用发送数据并保留消息边界，但它不强制实现速率控制和差错控制。
        TCP在两台主机之间提供可靠的数据流传输，它发送到IP的PDU称为TCP段。另一方面，UDP可以为应用层提供一种更简单的服务，它允许把数据报从一台主机发送到另一台主机，但是不保证数据一定能够到达另一端，任何的可靠性都需要应用层提供。事实上，UDP所做的是提供一套端口号，用于复用、分解数据和校验数据的完整性。
        除此之外，还有两种相对较新的传输层协议：数据报拥塞控制协议（DCCP）和流控制传输协议（SCTP）。DCCP是一种介于TCP和UDP之间的一种服务类型，它的特点是面向连接、不可靠的数据报交换，但是具有拥塞控制功能。可以控制发送方的发送速率，避免流量堵塞网络。SCTP适用于某些特殊系统的传输协议，它提供类似于TCP的可靠交付，但不要求严格保持数据的顺序。且还提供了一个消息抽象，允许多个数据流逻辑在同一个连接上传输。SCTP张家平up没回在IP网络上携带信令消息，类似于某些电话网络中的用途。

2.TCP/IP中的复用、分解和封装

        以太网帧包含一个48位的目的地址（又称为链路层或介质访问控制地址，简称MAC）和一个16位的以太网类型字段，十六进制的0x0806和0x86DD分别表示ARP和IPv6，以太网类型字段用于选择处理它的网络层协议。
如果收到的帧包含一个IP数据报，以太网头部和尾部信息将被清除，并将剩余字节（包含帧的有效载荷）交给IP来处理。如果目的地址与自己的一个IP地址匹配，并且数据报头部（IP不检测有效载荷）没有错误，则检测8位的IPv4协议字段（在IPv6中称为下一个头部字段），以决定接下来交给哪个协作来处理。
        如果网络层（IPv4和IPv6）认为传入的数据报有效，并且已经确定了正确的传输协议，则将数据报（必要时由分片重组而成）交给传输层处理。在传输层中，大部分协议（包含TCP和UDP）提供端口号将复用分解到适当的应用。

3.端口号

        端口号是一个16位的非负整数，它的范围是0~65535。这些数字是抽象的，在物理上没有代表任何东西，相反，每个IP地址有65536个可用的端口号，每个传输协议都能够使用这些端口号。
        标准的端口号由Internet号码分配机构（全称叫Internet Assigned Numbers Authority,简称为IANA）分配，这组数字被划分为特定的范围，包括熟知端口号（0到1023）、
注册端口号（1024到49151）和动态/私有端口号（49152到65535）。熟知端口号用于识别很多众所周知的服务，例如SSH（端口号22）、FTP（端口号20和21）、Telnet远程终端协议（端口号23）、（电子/简单）邮件传输协议（SMTP，端口号25）、DNS域名系统（端口号53）、超文本传输协议或web（HTTP和HTTPS,端口号80和443）、交互式邮件访问协议（IMAP和IMAPS，端口号143和993）、简单网络管理协议（SNMP，端口号161和162）、轻量级目录访问协议（LDAP，端口号389），以及其他几种服务。这些端口号是从NCP端口号派生而来，因此他们大多都是奇数。NCP也是一种网络控制协议，它是TCP之前的ARPANET的传输层协议。注册端口号是提供给具有特殊权限的客户机或服务器的端口号，但是IANA会维护一个因为特定用途而保留的注册表，开发新应用时应该避免使用这些端口号，除非你已经购买某些IANA分配的端口号。动态/私有端口号基本不受监管。在某些情况下，端口号的值无关紧要，这是因为他们只是短期被使用，这些端口号又被称为临时端口号。

4.名称、地址和DNS

        在TCP/IP中，每台计算机（包括路由器）的每个链路层接口至少有一个IP地址。IP地址足够识别主机，但它不容易被人们记住（尤其是更长的IPv6地址）。DNS是一个分布式数据库，提供主机名和IP地址之间的映射。域名的建立是有层次的，通常以.com、.org、.gov等域名结尾。