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TCP/IP 协议族详细知识点清单

📚 TCP/IP 协议族详细知识点清单


一、概述与体系结构

🌐 TCP/IP 协议模型(四层模型)

层次协议功能
应用层HTTP、FTP、DNS、SMTP提供应用服务
传输层TCP、UDP端到端传输,可靠或不可靠
网络层IP、ICMP、ARP、RARP寻址、路由、错误控制
数据链路层Ethernet、PPP、HDLC物理寻址、介质访问、帧传输

二、应用层(Application Layer)

常用协议

协议功能端口
HTTP网页传输80
HTTPS安全网页传输443
FTP文件传输21
DNS域名解析53
SMTP邮件发送25
POP3邮件接收110
DHCP动态主机配置67/68
TELNET远程登录23
SNMP网络管理161

🔸 HTTP 特点:无状态、基于请求响应。
🔸 DNS 记录类型:A、CNAME、MX、PTR、AAAA。


三、传输层(Transport Layer)

1. TCP(传输控制协议)

🔹 连接导向,可靠传输
🔹 特性
  • 面向连接:三次握手建立,四次挥手释放。
  • 可靠传输
    • 序号(Seq)、确认号(Ack)
    • 滑动窗口(流量控制)
    • 超时重传
  • 流量控制:滑动窗口(Window)
  • 拥塞控制
    • 慢启动(Slow Start)
    • 拥塞避免(Congestion Avoidance)
    • 快重传(Fast Retransmit)
    • 快恢复(Fast Recovery)
🔹 头部结构
字段说明
源端口/目的端口应用层识别
序号数据字节流编号
确认号确认接收数据
标志位SYN、ACK、FIN、RST等
窗口大小接收缓冲区大小
校验和错误检测
🔹 三次握手
  1. SYN:客户端发送SYN,发起连接。
  2. SYN-ACK:服务器回应SYN + ACK。
  3. ACK:客户端确认。
🔹 四次挥手
  1. 客户端发送FIN。
  2. 服务器回复ACK。
  3. 服务器发送FIN。
  4. 客户端回复ACK。

2. UDP(用户数据报协议)

  • 无连接、不可靠、面向报文
  • 没有拥塞控制、流量控制,传输效率高
  • 应用场景:DNS、视频、语音、TFTP

四、网络层(Network Layer)

1. IP 协议

  • 无连接、不可靠的数据包传输
  • IP地址+子网掩码实现寻址与分段
  • 路由与转发
🔹 IP地址分类
类别范围特点
A1.0.0.0 - 126.0.0.0大型网络
B128.0.0.0 - 191.255.0.0中型网络
C192.0.0.0 - 223.255.255.0小型网络
D224.0.0.0 - 239.255.255.255组播
E240.0.0.0 - 255.255.255.255保留实验
🔹 私有地址
  • A类:10.0.0.0/8
  • B类:172.16.0.0/12
  • C类:192.168.0.0/16
🔹 分片与重组
  • 超过MTU会被分片(需要DF位)
  • 分片字段:
    • 标识(ID)
    • 分段偏移(Fragment Offset)
    • MF(More Fragments)

2. ICMP(Internet Control Message Protocol)

  • 差错报告与诊断功能
🔹 常见消息类型
类型说明
0回显应答
3目的不可达
8回显请求
11超时

🟢 ping 使用 ICMP 回显请求和应答
🟢 traceroute 使用 ICMP 超时消息


3. ARP/RARP

ARP(地址解析协议)
  • 通过 IP 地址解析 MAC 地址
  • 广播请求,单播应答
RARP(逆地址解析协议)
  • 通过 MAC 地址解析 IP 地址(已被DHCP取代)

五、数据链路层(Data Link Layer)

1. 以太网协议(Ethernet)

  • MAC地址,48位,唯一硬件地址
  • 帧结构:
    • 前导码、目的MAC、源MAC、类型、数据、CRC校验
🔹 交换机工作原理
  • 学习MAC地址、转发/过滤、泛洪
  • 生成树协议(STP):防环路

2. PPP协议

  • 点对点协议,支持多种链路和网络协议
  • 支持认证(PAP/CHAP)

六、IPV6

  • 地址长度:128位
  • 无广播,改为组播
  • 必须支持IPSec
  • 自动配置(无状态地址自动配置SLAAC)

七、重要机制和概念

📌 NAT(网络地址转换)

  • 节省公网IP地址
  • 分类型:
    • 静态NAT、动态NAT、NAPT(PAT)

📌 DNS解析流程

  • 递归和迭代查询
  • 正向(域名->IP)与反向解析(IP->域名)

📌 DHCP

  • 分配IP地址、网关、DNS等信息
  • 四步流程:
    1. Discover
    2. Offer
    3. Request
    4. Ack

八、TCP/IP 性能优化要点

  • TCP窗口调整
  • Nagle算法(小数据优化)与延迟ACK(可能引起延迟)
  • TIME_WAIT状态优化
  • SYN Cookie防止SYN Flood攻击
  • QoS策略,服务质量保障

🔧 抓包与调试工具

工具功能
tcpdump命令行抓包
Wireshark图形化抓包分析
traceroute路由路径测试
ping通信连通性测试

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