计算机网络基础之TCP/IP总结

Posted 2022-07-02 金陵大掌柜

温故:

昨天我给大家讲了划分子网的相关知识，希望大家对这部分要重视，还有一点就是如果大家真的想把这个知识搞明白，我个人建议还是要多做题，昨天我尝试着做了很多关于子网划分的习题，说实在的，全做对的真的不多，有各种坑在等着我们，总之就是一句话要学就学明白。

知新：

前面给大家讲了好多关于TCP/IP协议的相关知识，到今天为止也就算是讲完了，还有一些关于IPV6和IPV4的比较、IPV4到IPV6的过渡技术我这里就不讲了，个人觉得没啥实在意义，有兴趣的可以去看看。今天咱们主要对之前的知识进行总结。

1、TCP/IP是一组用于实现互联的通信协议，是 Internet最基本的协议和互联网实现的基础，这个协议簇定义了在互联网中如何传送数据（如文件传送、收发邮件、远程登录等），并制定了在出错时是时必须遵守的规则；

2、网络互联层协议：网络互联层提供了基于无连接的数据传输、路由选择、拥塞控制和地址映射等功能，上面所说的这些功能都是由以下四个协议IP、ARP、RARP、ICMP实现的。IP提供数据报按IP地址传输、路由选择等功能；ARP和RARP提供逻辑地址与物理地址的转换；ICMP提供传输差错控制信息以及主机/路由器之间的控制信息。这里我强调一番，为什么ARP和RARP会提供逻辑地址与物理地址的转换呢？是这样的，首先在网络中每个计算机都有着自己的IP地址，网络中计算机之间的数据传输的时候是需要IP地址的，但是当数据走到物理传输这一阶段的时候，物理网络是不能识别IP地址的，物理网络只认可MAC地址，那么数据已经传输到物理网络了，总不能放弃传输吧。所以现在就需要将IP地址映射为网络的物理地址（MAC）,以便报文能够在物理网上传送。

3、传输层协议：传输层负责在源主机和目的主机之间提供端到端的数据传输服务。这一层上主要定义了两个协议:面向连接的传输控制协议（TCP）和无连接的用户数据报协议（UDP）。TCP提供 用户之间面向连接的可靠报文传输服务，UDP提供用户之间不可靠的无连接的报文传输服务。

4、应用层协议：应用层协议包括了所有的高层协议，如常见的远程登录协议（Telnet）,提供远程登录服务；文件传输协议（FTP），提供应用级的文件传输服务；简单邮件协议（SMTP），提供简单的电子邮件发送服务；域名系统（DNS）,负责域名和IP地址的映射；简单网络管理协议（SNMP），提供网络管理服务；超文本传输协议（HTTP），提供www浏览服务等等。

5、IPV6是用于替代现行版本的IPV4协议的下一代拥有128位地址的IP协议。IPv6有三种地址类型，分别是单播地址、任意播地址和多播地址、从IPV4到IPV6有三种过渡技术分别是双协议栈技术、隧道技术和地址协议转换技术。

 

                                                    拓展

 

                                                                双协议栈技术

双协议栈技术就是指在一台设备上同时启用IPv4协议栈和IPv6协议栈。这样的话，这台设备既能和IPv4网络通信，又能和IPv6网络通信。如果这台设备是一个路由器，那么这台路由器的不同接口上，分别配置了IPv4地址和IPv6地址，并很可能分别连接了IPv4网络和IPv6网络。如果这台设备是一个计算机，那么它将同时拥有IPv4地址和IPv6地址，并具备同时处理这两个协议地址的功能。

双协议栈的工作方式

双协议栈是指在单个​​节点​​​同时支持IPv4和IPv6两种协议栈。由于IPv6和IPv4是功能相近的​​网络层​​​协议, 两者都基于相同的物理平台, 而且加载于其上的​​传输层​​协议TCP和UDP也基本没有区别, 因此, 支持双协议栈的节点既能与支持IPv4协议的节点通信, 又能与支持IPv6协议的节点通信。可以相信, 网络中主要服务商在网络全部升级到IPv6协议之前必将支持双协议栈的运行。

1 . 接收​​数据包​​

双栈​​节点​​​与其它类型的多栈节点的工作方式相同。​​链路层​​​接收到​​数据段​​​, 拆开并检查包头。如果IPv4/IPv6头中的第一个字段, 即IP包的版本号是4, 该​​数据包​​就由IPv4栈来处理; 如果版本号是6, 则由IPv6栈处理; 如果建立了自动隧道机制, 则采用相应的技术将数据包重新整合为IPv6数据包, 由IPv6栈来处理。

2 . 发送数据包

由于双栈​​主机​​​同时支持IPv4和IPv6两种协议, 所以当其在网络中通信的时候需要根据情况确定使用其中的一种协议栈进行通信, 这就需要制定双协议栈的工作方式。在​​网络通信​​​过程中, 目的地址是作为​​路由选择​​的主要参数, 因而根据应用程序所使用的目的地址的协议类型对双协议栈的工作方式做出如下约定:

( 1) 若应用程序使用的目的地址为IPv4地址, 则使用IPv4协议;

假设​​节点​​​A与节点B通信, A为双栈节点, 节点B支持IPv4协议( 目的地址为IPv4地址) 。则双栈​​节点​​A工作方式:

使用IPv4协议与​​节点​​B通信。

完备性证明: 节点A有两种选择, 使用IPv4协议或者IPv6协议与主机B通信。根据给定条件, A, B​​节点​​均支持

IPv4协议, 所以选择IPv4协议可以保证通信正常进行, 故约定是充分的。如果使用IPv6协议进行通信, 因为不能确定B是否为双栈节点( 给定条件仅是目的地址为IPv4地址) , 所以当B节点不支持IPv6协议时不能保证通信正常进行, 故约定是必要的。至此可以认为约定( 1) 是完备的。

( 2) 若目的地址为IPv6地址, 且为本地在线网络, 则使用IPv6协议。

( 3) 若应用程序使用的目的地址为IPv4兼容的IPv6地址, 并且非本地在线网络, 则使用IPv4协议, 此时的IPv6将

​​封装​​​在IPv4中。IPv4兼容的IPv6地址, 是IPv6协议规范中提供的特殊地址。这类地址高阶96位均为0, 低价32位包含IPv4地址。IPv4兼容地址被​​节点​​​用于通过IPv4​​路由器​​​以隧道方式传送IPv6包,这些节点既理解IPv4又理解IPv6。能够自动将IPv6包以隧道方式在IPv4网络中传送的IPv4/IPv6双栈​​节点​​​将使用这些地址。根据IPv6​​协议地址​​​规范以及( 3) 假定的条件, 可以确定目的​​节点​​B同样是一个双栈节点, 而结合IPv4/IPv6过渡时期网络的基本状况, 节点A与节点B的通信将跨越IPv4网络,所以使用IPv4协议是可行的。当然, 也可以使用IPv6协议进行通信, 但在过渡初期, ( 3) 的约定将优于使用IPv6协议通信。

( 4) 若应用程序使用的目的地址是非IPv4兼容的IPv6地址, 非本地在线网络, 则使用IPv6协议。类似约定( 2) , 使用IPv6协议能够保证通信正常进行,而如果是跨越纯IPv4网络的通信, 将采用隧道等机制实现通信; 而如果通过本地网络, 则无须隧道机制即可完成通信。

( 5) 若应用程序使用域名作为目标地址, 则先从​​域名服务器​​得到相应的IPv4/IPv6地址, 然后根据地址情况进行相应的处理。

以上( 1) 至( 5) 是双协议栈的工作方式, 随着IPv6网络规模的不断扩大, 这些工作方式必将做相应的修改和补充，这将取决于过渡的进程与IPv6网络的不断演进。