TCP/IP基础、IP地址
IP子网划分（VLSM）
课程目标：
A.了解TCP/IP参考模型。
B.使用TCP/IP参考模型理解数据通信的基本过程。
C.了解TCP/IP基本概念（TCP、UDP、IP、ICMP、ARP等协议）。
D.熟悉IPv4地址及网络掩码。
E.掌握可变长子网掩码的概念。
F.掌握IP子网划分的方法。
课程目录
A.TCP/IP概述
TCP/IP参考模型与OSI参考模型的对应关系
| 应用层 | | 应用层 | | 应用层 |
| 表示层 |
| 会话层 |
| 主机到主机层 | | 传输层 | | 传输层 |
| 因特网层 | | 网络层 | | 网络层 |
| 网络接入层 | | 数据链路层 | | 数据链路层 |
| 物理层 | | 物理层 |
|TCP/IP标准模型 | | OSI模型 | | TCP/IP对等模型|
TCP/IP协议簇
1.TCP/IP协议簇是Internet的基础，也是当今最流行的组网形式。
2.TCP/IP是一组协议的代名词，包括许多别的协议，组成了TCP/IP协议族。
3.TCP/IP协议并不完全符合OSI的7层参考模型，后者是一种通信协议的7层抽象的参考模型，其中每一层执行某一特定任务。
4.TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都依赖它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。
TCP/IP参考模型（对等模型）
1.应用层：
为用户提供所需要的各种服务或系统应用接口，例如：FTP、Telnet、DNS、SMTP等。
2.主机到主机层：
建立、维护和取消一次端到端的数据传输过程，控制传输节奏的快慢，调整数据的排序等等。
3.因特网层：
定义IP地址；路由选择；实现数据从源到目的地的转发过程。
4.数据链路层：
将分组数据封装成帧；在数据链路上实现数据的点到点、或点到多点方式的直接通信；差错检测。
5.在媒体上传输比特流；提供机械的和电气的规约。
TCP/IP参考模型
1.应用层：
Telnet、FTP、TFTP、SNMP、HTTP、SMTP、NFS、DHCP
2.主机到主机层：
TCP、UDP
3.因特网层：
ICMP、Routing Protocol、IP
4.数据链路层：
ARP、Ethernet、Fast Eth
5.物理层：
应用层：
HTTP 80 超文本传输协议，提供浏览网页服务。
Telnet 23 远程登录协议，提供远程管理服务。
FTP 20 21 文件传输协议，提供互联网文件资源共享服务。
SMTP 25 简单邮件传输协议，提供互联网电子邮件服务。
POP3 110 邮局协议，提供互联网电子邮件服务。
TFTP 69（UDP） 简单文件传输协议，提供简单的文件传输服务。
主机到主机层：
TCP （传输控制协议）属于面向连接的网络协议
UDP （用户报文协议）属于无连接的网络协议
主机到主机层：
TCP (Transmission Control Protocol)
面向连接
可靠传输
流控及窗口机制
基于TCP的应用：HTTP、FTP、Telnet等
UDP (User Datagram Protocol)
无连接
尽力而为的传输
无流控及窗口机制
基于UDP的应用：DNS、SNMP等
TCP报文格式：
| Source port (16) | Destination port (16) |
| Sequence number (32) |
| Acknowledgemenet number (32) |
| Header length (4) | Reserver (6) | Control bits (6) | Window(16) |
| Checksum (16) | Urgent (16) |
| Options (0 or 32 if any) |
上面的有20Bytes
| Data (varies) |
UDP报文格式：
| Source port (16) | Destination port (16) |
| Length (16) | Checksum (16) |
上面的有8Bytes
| Data (if any) |
与TCP包头相比少了序列号及确认号字段
TCP连接建立（三次握手）
第一次握手：建立连接时bai,客户端发送syn包(syn=j)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认； SYN：同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)
第二次握手：服务器收到syn包,必须确认客户的SYN（ack=j+1）,同时自己也发送一个SYN包（syn=k）,即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态；
第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手。
完成三次握手,客户端与服务器开始传送数据
TCP连接断开（四次挥手）
1）客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
2）服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
3）客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。
4）服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
5）客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
6）服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。
TCP/UDP端口号
| IP头部 | TCP头部 （1028源端口|23目的端口） | Payload |
1.一个TCP会话的源端口号通常是客户端随机分配的，目的端口号则对应服务端的受访问的服务
2.TCP/IP协议中的服务端口号的范围从0到65535，其中0-1023是知名（Well-known）端口号，例如Telnet服务使用的是TCP23端口号
TCP序列号及确认号
| 源端口号 | 目的端口号 | Seq | Ack |
主机到主机层 TCP滑动窗口机制
TCP滑动窗口技术通过动态改变窗口大小来调节两台主机间数据传输。每个TCP/IP主机支持全双工数据传输，因此TCP有两个滑动窗口：一个用于接收数据，另一个用于发送数据。TCP使用肯定确认技术，其确认号指的是下一个所期待的字节。 假定发送方设备以每一次三个数据包的方式发送数据，也就是说，窗口大小为3。发送方发送序列号为1、2、3的三个数据包，接收方设备成功接收数据包，用序列号4确认。发送方设备收到确认，继续以窗口大小3发送数据。当接收方设备要求降低或者增大网络流量时，可以对窗口大小进行减小或者增加，本例降低窗口大小为2，每一次发送两个数据包。当接收方设备要求窗口大小为0，表明接收方已经接收了全部数据，或者接收方应用程序没有时间读取数据，要求暂停发送。发送方接收到携带窗口号为0的确认，停止这一方向的数据传输。
因特网层：
1.网络层也叫Internet层
负责将分组报文从源端发送到目的端
2.网络层作用
为网络中的设备提供逻辑地址
负责数据包的寻径和转发
因特网层：
IP报文格式：
| Version (4) | Header Length (4) | Priority & Type of Service (8) | Total Length (16) |
| Identification (16) | Flags (3) | Fragment offset (13) |
| Time to live (8) | Protocol (8) | Header checksum (16) |
| Source IP Address (32) |
| Destination IP Address (32) |
| Options (0 or 32 if any) |
| Data (varies if any) |
因特网层：
在以太网环境中，数据发送方在构建数据的时候，需要填写该数据的三层头部（IP头）及二层头部（以太网帧头）中的相关字段，其中目的IP地址及目的MAC地址是两个关键的信息。
ARP（Address Resolution Protocol）具有两项基本功能：
1.解析出目标IP地址对应的MAC地址
2.维护ARP映射（IP地址与MAC地址的对应关系）的缓存
ARP的工作机制
ARP协议是“Address Resolution Protocol”（地址解析协议）的缩写。在局域网中，网络中实际传输的是“帧”，帧里面是有目标主机的MAC地址的。在以太网中，一个主机和另一个主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。但这个目标MAC地址是如何获得的呢？它就是通过地址解析协议获得的。所谓“地址解析”就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。
因特网层工具
Ping（ICMP）
Ping是网络设备、Windows、Unix和Linux平台上的一个命令，其实是一个小巧而实用的应用程序，该应用基于ICMP（Internet Control Messages Protocol）协议。
Ping常用于探测到达目的的节点的网络可达性。
TCP/IP参考模型
一个数据从应用层加端口、加IP、加帧再传输到目的，解封帧、解封IP、解封端口，还原数据。
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