TCP / IP协议体系结构简介

1. TCP / IP协议栈

四层模型
TCP / IP协议遵循四层模型概念：应用程序层，传输层，互连层和网络接口层。

 

网络接口层：模型的基础层是网络接口层。 负责数据帧的发送和接收，这些数据帧是独立的网络信息传输单元。 网络接口层将帧放在网络上，或从网络中删除帧。

 

互连层：互连协议将数据包封装到Internet数据报中，并运行必要的路由算法。

 

有四种互连协议：

　　 Internet协议IP：负责在主机和网络之间寻址和路由数据包。

　　地址解析协议ARP：获取同一物理网络中的硬件主机地址。

　　 Internet控制消息协议ICMP：发送消息并报告数据包的传输错误。

　　 互连组管理协议IGMP：由IP主机用于将主机组成员报告给本地多播路由器。

 

传输层：传输协议提供计算机之间的通信会话。 传输协议的选择取决于数据传输方法。

 

两种传输协议：

　　 传输控制协议TCP：为应用程序提供可靠的通信连接。 它适合一次传输大量数据。 适用于需要响应的应用程序。

　　 用户数据报协议UDP：提供无连接通信，并且不保证数据包的可靠传输。 它适合一次传输少量数据，而可靠性是应用层的责任。

应用程序层：应用程序通过此层访问网络。

 

网络接口技术

　　IP使用网络设备接口规范NDIS将IP提交到网络接口层，以支持WAN和本地网络接口技术。

 

串行线协议

　　 TCP / IPG通常使用Internet串行线协议SLIP或点对点协议PPP在串行线上进行数据传输。

 

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2.ARP
要在网络上进行通信，主机必须知道另一台主机的硬件地址。 地址解析是将主机IP地址映射到硬件地址的过程。 地址解析协议ARP用于获取同一物理网络上主机的硬件地址。

 

主机IP地址解析为硬件地址：

（1）当主机要与另一主机通信时，它会发起ARP请求。 当IP确定IP地址是本地地址时，源主机会在ARP缓存中搜索目标主机的硬件地址。

（2）如果找不到映射，则ARP创建一个请求。 源主机的IP地址和硬件地址将包含在请求中。 广播该请求，以便所有本地主机都可以接收和处理该请求。

（3）本地网络上的每个主机都接收广播，并寻找匹配的IP地址。

（4）当目标主机确定请求中的IP地址与其自身的IP地址匹配时，它直接发送ARP答复以将其自身的硬件地址传递给源主机。 使用源主机的IP地址和硬件地址更新其ARP缓存。 收到答案后，源主机建立通信。

 

解析远程IP地址

 

不同网络中的主机相互通信，并且ARP广播是源主机的默认网关。

如果目标IP地址是远程网络主机，则ARP将广播路由器的地址。

 

（1）当通信请求被初始化时，已知目标IP地址是远程地址。 在本地路由表中搜索源主机。 如果不是，则将源主机视为默认网关的IP地址。 查找与ARP缓存匹配的网关

（2）如果找不到网关的记录，则ARP将广播对网关地址的请求，而不是目标主机的地址。 路由器使用自己的硬件地址响应源主机的ARP请求。 源主机将数据包发送到路由器，以传输到目标主机的网络，最后到达目标主机。

（3）在路由器上，IP确定目标IP地址是本地还是远程。 如果它是本地的，则路由器使用ARP（缓存或广播）来获取硬件地址。 如果它是远程的，则路由器在其路由表中查找网关，然后使用ARP获取网关的硬件地址。 数据包直接发送到下一个目标主机。

（4）目标主机收到请求后，将形成ICMP响应。 由于源主机位于远程网络上，因此将在本地路由表中搜索源主机网络的网关。 找到网关后，ARP获得其硬件地址。

（5）如果此网关的硬件地址不在ARP缓存中，则通过ARP广播获得。 一旦获得硬件地址，ICMP响应将发送到路由器，然后发送到源主机。

 

ARP缓存

 

为了减少广播数量，ARP将地址映射保存在缓存中以进行备份。 ARP缓存存储动态项目[next]和静态项目。 动态项将自动添加和删除，而静态项将保留在CACHE中，直到重新启动计算机。

 

ARP缓存始终将硬件广播地址（0xffffffffffffh）保留为本地子网的永久条目。

该项目使主机能够接收ARP广播。 查看缓存时，将不会显示该项目。

每个ARP缓存记录的生命周期为10分钟，如果2分钟内未使用，它将被删除。 当缓存容量已满时，删除最早的记录。

添加静态（永久）记录

通过添加静态ARP条目，可以减少访问主机的ARP请求的数量。

ARP报文结构

ARP结构的字段如下：

硬件类型-使用的硬件类型（网络访问层）。

协议类型-解析过程中的协议使用以太类型的值。

硬件地址长度-硬件地址的字节长度。 对于以太网和令牌环，长度为6个字节。

协议地址长度-协议地址字节的长度，IP的长度为4个字节。

操作编号-指定当前操作的字段。

发件人的硬件地址-发件人的硬件地址。

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