TCP / IP協議體系結構簡介

1. TCP / IP協議棧

四層模型
TCP / IP協議遵循四層模型概念：應用程序層，傳輸層，互連層和網絡接口層。

 

網絡接口層：模型的基礎層是網絡接口層。 負責數據幀的發送和接收，這些數據幀是獨立的網絡信息傳輸單元。 網絡接口層將幀放在網絡上，或從網絡中刪除幀。

 

互連層：互連協議將數據包封裝到Internet數據報中，並運行必要的路由算法。

 

有四種互連協議：

　　 Internet協議IP：負責在主機和網絡之間尋址和路由數據包。

　　地址解析協議ARP：獲取同一物理網絡中的硬件主機地址。

　　 Internet控制消息協議ICMP：發送消息並報告數據包的傳輸錯誤。

　　 互連組管理協議IGMP：由IP主機用於將主機組成員報告給本地多播路由器。

 

傳輸層：傳輸協議提供計算機之間的通信會話。 傳輸協議的選擇取決於數據傳輸方法。

 

兩種傳輸協議：

　　 傳輸控制協議TCP：為應用程序提供可靠的通信連接。 它適合一次傳輸大量數據。 適用於需要響應的應用程序。

　　 用戶數據報協議UDP：提供無連接通信，並且不保證數據包的可靠傳輸。 它適合一次傳輸少量數據，而可靠性是應用層的責任。

應用程序層：應用程序通過此層訪問網絡。

 

網絡接口技術

　　IP使用網絡設備接口規範NDIS將IP提交到網絡接口層，以支持WAN和本地網絡接口技術。

 

串行線協議

　　 TCP / IPG通常使用Internet串行線協議SLIP或點對點協議PPP在串行線上進行數據傳輸。

 

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2.ARP
要在網絡上進行通信，主機必須知道另一台主機的硬件地址。 地址解析是將主機IP地址映射到硬件地址的過程。 地址解析協議ARP用於獲取同一物理網絡上主機的硬件地址。

 

主機IP地址解析為硬件地址：

（1）當主機要與另一主機通信時，它會發起ARP請求。 當IP確定IP地址是本地地址時，源主機會在ARP緩存中搜索目標主機的硬件地址。

（2）如果找不到映射，則ARP創建一個請求。 源主機的IP地址和硬件地址將包含在請求中。 廣播該請求，以便所有本地主機都可以接收和處理該請求。

（3）本地網絡上的每個主機都接收廣播，並尋找匹配的IP地址。

（4）當目標主機確定請求中的IP地址與其自身的IP地址匹配時，它直接發送ARP答復以將其自身的硬件地址傳遞給源主機。 使用源主機的IP地址和硬件地址更新其ARP緩存。 收到答案後，源主機建立通信。

 

解析遠程IP地址

 

不同網絡中的主機相互通信，並且ARP廣播是源主機的默認網關。

如果目標IP地址是遠程網絡主機，則ARP將廣播路由器的地址。

 

（1）當通信請求被初始化時，已知目標IP地址是遠程地址。 在本地路由表中搜索源主機。 如果不是，則將源主機視為默認網關的IP地址。 查找與ARP緩存匹配的網關

（2）如果找不到網關的記錄，則ARP將廣播對網關地址的請求，而不是目標主機的地址。 路由器使用自己的硬件地址響應源主機的ARP請求。 源主機將數據包發送到路由器，以傳輸到目標主機的網絡，最後到達目標主機。

（3）在路由器上，IP確定目標IP地址是本地還是遠程。 如果它是本地的，則路由器使用ARP（緩存或廣播）來獲取硬件地址。 如果它是遠程的，則路由器在其路由表中查找網關，然後使用ARP獲取網關的硬件地址。 數據包直接發送到下一個目標主機。

（4）目標主機收到請求後，將形成ICMP響應。 由於源主機位於遠程網絡上，因此將在本地路由表中搜索源主機網絡的網關。 找到網關後，ARP獲得其硬件地址。

（5）如果此網關的硬件地址不在ARP緩存中，則通過ARP廣播獲得。 一旦獲得硬件地址，ICMP響應將發送到路由器，然後發送到源主機。

 

ARP緩存

 

為了減少廣播數量，ARP將地址映射保存在緩存中以進行備份。 ARP緩存存儲動態項目[next]和靜態項目。 動態項將自動添加和刪除，而靜態項將保留在CACHE中，直到重新啟動計算機。

 

ARP緩存始終將硬件廣播地址（0xffffffffffffh）保留為本地子網的永久條目。

該項目使主機能夠接收ARP廣播。 查看緩存時，將不會顯示該項目。

每個ARP高速緩存記錄的生命週期為10分鐘，如果2分鐘內未使用，它將被刪除。 當緩存容量已滿時，刪除最早的記錄。

添加靜態（永久）記錄

通過添加靜態ARP條目，可以減少訪問主機的ARP請求的數量。

ARP報文結構

ARP結構的字段如下：

硬件類型-使用的硬件類型（網絡訪問層）。

協議類型-解析過程中的協議使用以太類型的值。

硬件地址長度-硬件地址的字節長度。 對於以太網和令牌環，長度為6個字節。

協議地址長度-協議地址字節的長度，IP的長度為4個字節。

操作編號-指定當前操作的字段。

發件人的硬件地址-發件人的硬件地址。

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