最近工作之余有些时间，于是想系统的整理一下网络知识，所以选择从TCP-IP详解（共三卷卷一：协议；卷二：实现；卷三：TCP事务）开始。感兴趣的同学可以通过下面链接下载三卷电子版，已被不时之需。因为是读书笔记，可能不会写的很详细，一方面方便自己以后翻阅，另外希望对初学者有所帮助。
下载链接TCP-IP详解 共三卷（电子版）
一、概要简述
本阶段只做简单的概念描述，为后面针对性学习打个基础，有基础的可以跳过。
- TCP-IP 分层
TCP-IP起源于60年代末美国政府资助的一个分组交换网络研究项目,到90年代已发展成为计算机之间最常应用的组网形式。另外TCP-IP是一个开放且易维护的廉价（花很少的钱就可以维护）系统，因为它又被称作“全球互联网”或“因特网(internet )”的基础。
TCP-IP协议通常被认为是一个四层协议系统，即：应用层、运输层、网络层、链路层，每一层负责不同的功能：
| 名称 | 功能 | 例子 |
|---|---|---|
| 应用层 | 处理特定应用程序细节 | 应用程序如：Telnet、FTP、SMTP、SNMP |
| 运输层 | 提供端到端的通信服务 | TCP(传输控制协议）、UDP（用户数据报协议） |
| 网络层 | 主要处理网络中的各种活动 | IP协议（网际协议）、ICMP协议（Internet互联网控制报文协议）、IGMP协议（Internet组管理协议） |
| 链路层 | 或称数据链路层（网络接口层）通常包括驱动程序和对应网卡，他们一起处理与电缆等物理接口细节 | ARP、RARP |
问题：那我们常说的OSI网络七层与TCP/IP四层协议又有什么关系呢？
在网络历史的早期，国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)共同出版了开放系统互联的七层参考模型。一台计算机操作系统中的网络过程包括从应用请求(在协议栈的顶部)到网络介质(底部) ，OSI参考模型把功能分成七个分立的层次。下图表示了OSI分层模型。
| 名称 | 层级 | 功能描述 | 例子 |
|---|---|---|---|
| 第七层 | 应用层 | 包括标识通信伙伴、定义资源的可用性和同步通信，应用层并非由计算机上运行的实际应用软件组成，而是由向应用程序提供访问网络资源的API（Application Program Interface，应用程序接口）组成，这类应用软件程序超出了OSI模型的范畴。 | |
| 第六层 | 表示层 | 表示层提供多种功能用于应用层数据编码和转化，以确保以一个系统应用层发送的信息可以被另一个系统应用层识别。表示层的编码和转化模式包括公用数据表示格式、性能转化表示格式、公用数据压缩模式和公用数据加密模式。 | |
| 第五层 | 会话层 | 会话层建立、管理和终止表示层与实体之间的通信会话。通信会话包括发生在不同网络应用层之间的服务请求和服务应答，这些请求与应答通过会话层的协议实现 | |
| 第四层 | 传输层 | 传输层向高层提供可靠的端到端的网络数据流服务。传输层的功能一般包括流控、多路传输、虚电路管理及差错校验和恢复。 | tcp、udp |
| 第三层 | 网络层 | 网络层负责在源和终点之间建立连接。它一般包括网络寻径，还可能包括流量控制、错误检查等。 | IP路由器 |
| 第二层 | 数据链路层 | 通过物理网络链路提供可靠的数据传输。不同的数据链路层定义了不同的网络和协议特征，其中包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。 | |
| 第一层 | 物理层 | 将信息编码成电流脉冲或其它信号用于网上传输 | RS-232规范、10BASE-T的曼彻斯特编码以及RJ-45 |
那么OSI七层与TCP-IP四层对应关系又是什么呢？个人认为，OSI模型更像一个大而全的宏观上的协议系统，它包含了硬件相关和协议相关的定义。而TCP/IP更侧重与通信协议的核心描述，它并不包含物理层面的东西，因此可以把TCP-IP看成OSI的子集。它们的大致对应关系如下图
2. IP地址和域名
互联网上的每个接口必须有一个唯一的Internet地址(也称作IP地址)，IP地址长度为32bit。通常写成四个十进制的数,其中
每个整数对应一个字节，这种表示方法称作“点分十进制表示法( Dotted decimal notation)”。例如我的IP地址是：192.168.1.171。IP地址可分为五大类，如下图。通常我们只会使用A、B、C三类。
不同类型的IP地址的起止范围见下表。
| 类别 | 范围 |
|---|---|
| A类 | 0.0.0.0 到127.255.255.255 |
| B类 | 128.0.0.0 到 191.255.255.255 |
| C类 | 192.0.0.0 到 223.255.255.255 |
| D类 | 224.0.0.0 到 239.255.255.255 |
| E类 | 240.0.0.0 到 247.255.255.255 |
那大家可能会问，全球这么多地址是由谁来分配和管理的呢？答案就是互联网络信息中心( Internet Network Information
Centre)，称作InterNIC。InterNIC只分配网络号，主机号的分配由系统管理员来负责。
尽管通过IP地址可以识别网络上的主机，但人们还是更喜欢给主机起个名字我们称之为域名。在TCP/IP领域里，DNS（域名系统）是一个分布式的数据库，它负责提供IP地址和域名的映射关系。
-
数据封装和分用
当应用程序将数据通过UDP发送时，数据被送入协议栈，然后逐级分层打包，直到网络接口层数据被当作帧发送出去。见下图
如果是TCP协议那么只会是UDP首部换成TCP首部，其他地方不变，后面我们会详细介绍各个头的封装格式，这里不做说明。 -
MAC地址
上面提到数据通过网络接口层将数据以帧的形式发送了出去，那么发送者是如何标识接收者，接收者又是如何知道发送者是谁的呢？答案就是MAC地址。在以太网帧头包含了发送者和接收者的信息，这个信息就是MAC地址。因此，以太网规定，所有接入网络的设备都必须有一个“网卡”，网卡其中的一个作用就是标识发送者和接收者的地址。
什么是网卡？见下图
每块网卡出厂时都有唯一的ID，这个ID就是我们常说的MAC地址，它由48个二进制位构成，通常用12个十六进制数表示。笔者的MAC地址是：00:23:15:d4:24:11。前6个十六进制数是厂商编号，后6个是该厂商的网卡流水号。这样，有了MAC地址，就可以定位网卡和数据包的路径了。 -
端口号
端口分为物理端口和逻辑端口。物理端口是用于连接物理设备之间的接口，逻辑端口是逻辑上用于区分服务的端口。TCP/IP协议中的端口就是逻辑端口，通过不同的逻辑端口来区分不同的服务。端口通过16bit进行编号，端口号只有整数，范围是从0 到65535。
那么有人可能会问端口有什么作用呢？
我们知道，一台服务器可以支持很多中服务，比如web服务、FTP服务、SMTP服务等，这些服务都可以通过一个IP地址来实现，但主机怎么区分这些服务呢？答案就是端口号。在网络服务中，是通过IP地址+端口号来区分不同的功能的。到1992年为止，知名端口号介于1～255之间。256～1023之间的端口号通常都是由Unix系统占用，以提供一些特定的Unix服务—也就是说，提供一些只有Unix系统才有的、而其他操作系统可能不提供的服务，IANA管理1～1023之间所有的端口号。
我们可以通过命令查看系统端口号：
grep telnet /etc/services
telnet 23/tcp
rtelnet 107/tcp # Remote Telnet
rtelnet 107/udp
telnets 992/tcp # Telnet over SSL
telnets 992/udp
tfido 60177/tcp # fidonet EMSI over telnet
常用端口号见下表：
| 端口号 | 名称 | 注解 |
|---|---|---|
| 21/tcp | FTP | 文件传输协议 |
| 22/tcp | SSH | 安全登录、文件传送(SCP)和端口重定向 |
| 23/tcp | Telnet | Telnet 服务 |
| 25/tcp | SMTP | 简单邮件传输协议Simple Mail Transfer Protocol (E-mail)) |
| 69/udp | TFTP | 文件传输协议(Trivial File Transfer Protocol) |
| 79/tcp | finger | 用于用户联系信息的 Finger 服务 |
| 80/tcp | HTTP | 超文本传送协议 (WWW) |
| 88/tcp | Kerberos | Kerberos 网络验证系统 |
| 110/tcp | POP3 | Post Office Protocol (E-mail) |
| 113/tcp | auth | 验证和身份识别协议(ident old identification server system) |
| 119/tcp | NNTP | 用于 USENET 讨论系统的网络新闻传输协议(usenet newsgroups) |
| 220/tcp | IMAP3 | 互联网消息存取协议版本3 |
| 443/tcp | HTTPS | 安全超文本传输协议(securely transferring web pages) |