TCP/IP 通信
协议
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概述
互联网中通用的通信协议是 TCP/IP 协议簇，Windows 平台上的协议簇在系
统内核中实现，应用程序通过套接字函数库的调用完成所需功能。该协议不能
完全和 OSI/ISO 模型匹配，TCP/IP 协议从下往上被划分成四个概念层，分别是
网络接口层、网间层、传输层和应用层。
网络接口层和 OSI 模型中的物理层和数据链路层对应，
规范
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IP 数据包可以
在哪些媒介如何传输。物理层特性方面包括机械特性、电气特性、功能特性和
规程特性。数据链路层实现如链路管理、帧同步、差错控制、流量控制等。该
层很少创建数据链路层中的协议，不定义各种物理
标准
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，只使用现有的标准。
网间层和 OSI 模型中的网络层对应，是该协议簇的核心，包括 IP、ICMP
等协议，负责数据封装、寻址和路由。对传输层传过来的数据封装后提交给网
络接口层；下层传上的数据在经过网络层时要判断是路由至其他节点还是交给
该主机的传输层。此外，网络层还定义了 ICMP（Internet ControlMessage Protocol）
用于在 IP 主机和路由器之间传递控制消息，IGMP（Internet Group Management
Protocol）用于 IP 主机向直接相邻的路由器
报告
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他们的组成员情况。
传输层对应 OSI 模型的传输层，包括 TCP 和 UDP 两种协议，提供端到端
的通信服务。前者在传输数据前在通信双方建立一个 TCP 连接，提供诸如超时
重发校验数据，流量控制等功能，保证数据可靠的传递到另一端；缺点是数据
传输耗时较长。UDP协议在传输前不建立连接，只是把应用层的数据发送出去，
并不保证能够到达目的地，因此是不可靠的数据连接，但是数据传输用时较短。
应用层对应 OSI 模型中的最高三层，使用下层提供的服务，解决 TCP/IP
应用中存在的共性问题，包括 DNS（Domain Name System）等应用层支撑协议
以及 FTP（File Transfer Protocol）等应用协议，从而为用于提供相应服务。
发送数据时经过每一层都要加上对应的报文头，接收数据时每经过一层都
要去掉对应的报文头，以传输层 TCP 协议为例，其报文头结构如图 4-1 所示。
TCP/IP 协议用 IP 地址标识网络上的一台电脑，同时用一个 16 位的端口号标识
该电脑上不同的程序。TCP 报文头包含源端口和目的端口表示不同的进程，在
IP 包头中包含目的 IP 和源 IP。经过两层封装，该数据段就可以根据 IP 和端口
号准确传输至目标程序。
在TCP报文头中序号字段占据4个字节，用来标识传送的数据的每个字节，
该值表示发送数据的第一个字节的序号。确认号是期望收到对方下一报文段数据第一字节的序号。ACK 用来标识确认号字段是否有效。SYN（Synchronize）
表示该报文是否是一个连接请求。FIN（Finish）用来释放一个连接。TCP 以三
次握手建立 TCP 连接：
1）服务器应用启动，建立相应的 SOCKET，并使之进入 LISTEN 状态。
2）客户端向服务器端的某个端口发送 TCP 请求报文，报文头首部中同步
比特 SYN=1 且假设序号为 M，此后客户端等待服务器响应。
3）服务器端收到连接请求后，发送回复确认。该确认报文头部中同步比特
SYN=1，确认号为 M+1，并置 ACK 标识且假设自己的序号为 N。
4）发送端收到服务器的回复报文后，再次向服务器发出 TCP 报文，置 ACK
标识位且确认号为 N+1，服务器接收到 ACK 后表示连接建立。
在建立连接后，TCP 通过如下机制保证数据可靠的传输到对端：
1）超时重传—每发送一个 TCP 报文，就启动一个定时器，如果接收端不
能在
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时间内回复该报文段，就重发这个报文段。
2）TCP 对接收到的数据进行排序，以正确的方式提交为应用层。
3）TCP 丢弃重复接收的数据。
4）TCP 提供流量控制，接收端不允许发送端发送超出接收端缓冲区容量的
数据，避免了数据的溢出丢失。
5）TCP 提供校验和机制，若收到的校验和有错误，则丢弃该报文且不对发
送方确认，等待发送方超时重发
[38]
。
浙公网安备 33021202002483