TCP/IP协议相关知识点

一、TCP/IP协议簇概述

核心思想：分层、封装、端到端通信。

TCP/IP不是一个单一的协议，而是一个协议栈 （Protocol Stack），由一系列协同工作的协议组成。它采用了四层模型（软考中常与OSI七层模型对比考察）。

TCP/IP四层模型	对应OSI层	核心功能	主要协议
应用层	应用层、表示层、会话层	为应用程序提供网络服务接口	HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, POP3, IMAP, DNS, DHCP, Telnet, SNMP
传输层	传输层	提供端到端的通信，数据分段、流量控制、差错恢复	TCP , UDP
网络层	网络层	寻址和路由，将数据包从源主机发送到目标主机	IP , ICMP , IGMP , ARP , RARP
网络接口层	数据链路层、物理层	负责在物理网络上帧的发送和接收	Ethernet, PPP, Frame Relay, 802.11 (Wi-Fi)

TCP/IP模型	OSI七层模型
应用层	应用层 表示层 会话层
传输层	传输层
网际层	网络层
网络接口层	数据链路层 物理层

记忆诀窍1（分层）：

"应传网接" 或 "A4-T4-N3-L2"

• 应（应用层）-传（传输层）-网（网络层）-接（接口层）
• A4（Application）、T4（Transport）、N3（Network）、L2（Link），数字代表大致对应的OSI层数。

二、各层核心协议详解（软考重点）

1. 网络层

这一层负责"寻址和路由"，是互联网的"邮政系统"。

• IP（网际协议）

  • 功能 ：无连接、不可靠的数据包传输服务。负责寻址 （IP地址）和路由（选择路径）。
  • 关键概念 ：
    • IP地址 ：逻辑地址，如 192.168.1.1。分为IPv4和IPv6。
    • 数据包：IP协议的数据传输单元。
  • 软考考点：IP地址分类（A、B、C、D、E）、子网划分、CIDR（无类别域间路由）、NAT（网络地址转换）。

• ICMP（网际控制报文协议）

  • 功能 ：用于传输控制信息 ，如网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等。它不传输用户数据。
  • 常见应用 ：ping 命令（使用ICMP Echo Request和Reply）、tracert/traceroute 命令（跟踪路径）。
  • 记忆诀窍2 ：ICMP ≈ 网络"侦察兵"，负责探路和报信。

• ARP（地址解析协议）

  • 功能 ：通过已知的IP地址 ，获取其对应的MAC地址（物理地址）。
  • 工作过程 ：在局域网内广播"谁是IP-A？"，拥有IP-A的主机回应"我是IP-A，我的MAC是MAC-A"。
  • 记忆诀窍3 ：ARP：IP -> MAC（问路：你要找的门牌号对应的具体房间）。

• RARP（逆地址解析协议）

  • 功能 ：与ARP相反，通过已知的MAC地址 获取IP地址。现在已被DHCP协议取代。

2. 传输层

这一层负责"端到端"的通信，是应用程序之间的"数据传输管家"。

• TCP（传输控制协议）

  • 特点 ：面向连接 、可靠 、基于字节流。
  • 如何保证可靠 ？
    1. 三次握手建立连接。
    2. 确认与重传机制。
    3. 流量控制（滑动窗口）。
    4. 拥塞控制（慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复）。
  • 软考考点：TCP首部格式（序列号、确认号、窗口大小等）、三次握手/四次挥手过程、滑动窗口机制。

• UDP（用户数据报协议）

  • 特点 ：无连接 、不可靠 、基于数据报、传输效率高。
  • 应用场景：DNS查询、视频流媒体、语音通话（VoIP）、在线游戏等对实时性要求高、允许少量丢失的场景。
  • 与TCP对比记忆诀窍4 ：
    • TCP像打电话 ：先拨号（连接），确认对方在听（可靠），说慢了你会等我（流量控制）。------ "可靠但慢"
    • UDP像发短信/寄明信片 ：直接发出，不管对方收没收到。------ "快速但不可靠"

3. 应用层

这一层的协议直接为用户应用程序提供服务。

• HTTP (80) / HTTPS (443)：网页浏览。
• FTP (20/21)：文件传输。端口20用于数据传输，21用于控制连接。
• SMTP (25)：发送邮件。
• POP3 (110) / IMAP (143)：接收邮件。
• DNS (53) ：域名解析，将域名（如 www.baidu.com）转换为IP地址。
• DHCP (67/68)：动态分配IP地址。
• Telnet (23)：远程登录。
• SNMP (161/162)：网络管理。

三、端口（Port）详解

端口的作用 ：在一台主机上，唯一标识一个正在运行的应用程序（进程）。IP地址好比公司的地址，端口号好比公司内部的部门或工位号。

端口号范围：

• 0-1023 ：知名端口，分配给系统主要服务。如 HTTP-80, HTTPS-443, FTP-21, DNS-53。
• 1024-49151 ：注册端口，分配给用户进程或应用程序。如 MySQL-3306, Oracle-1521。
• 49152-65535 ：动态/私有端口，客户端程序临时使用。

记忆诀窍5（端口号串联故事法）：

• HTTP 80 ：80 像两扇打开的网页（"8"像两个圈）。
• HTTPS 443 ：443 比80更安全，所以数字也多了（4+4+3=11，比8大）。
• FTP 21 ：21 像"FTP"里的"T"和"1"组合。
• DNS 53 ：53 谐音"巫山"，在"巫山"问路（域名解析）。
• SMTP 25 ：25 是圣诞老人发礼物的日子，他给你"发送"礼物（发邮件）。
• POP3 110 ：110 是报警电话，你需要"呼叫"警察来"接收"帮助（收邮件）。

四、软考核心考点与记忆总结

1. TCP vs UDP 对比

   • 这是必考点。务必从连接性、可靠性、有序性、速度、应用场景、首部开销等方面进行全面对比。

2. TCP三次握手与四次挥手

   • 三次握手 （建立连接）：
     • Client -> SYN -> Server
     • Server -> SYN+ACK -> Client
     • Client -> ACK -> Server
     • 记忆诀窍6 ："SYN， SYN+ACK， ACK" ------ 可以想象成"你好，收到你好，我也好"。
   • 四次挥手 （断开连接）：
     • A -> FIN -> B
     • B -> ACK -> A
     • B -> FIN -> A
     • A -> ACK -> B
     • 记忆诀窍7 ："FIN， ACK， FIN， ACK" ------ 可以想象成A说"我说完了"，B说"好的"，B说"我也说完了"，A说"好的"。

3. IP地址与子网划分

   • 熟练掌握A/B/C类地址的默认掩码和范围。
   • 掌握根据IP地址和子网掩码计算网络地址、广播地址、可用主机数。这是计算题高频考点。

4. 协议与端口号对应关系

   • 选择题中经常出现，要求选出某个服务对应的端口号。记住上面"串联故事法"中的几个关键端口即可应对大部分题目。

5. ARP与ICMP的作用

   • 理解ARP是解决"下一跳"的MAC地址问题，在局域网内工作。
   • 理解ICMP是网络层的"辅助"协议，用于传递控制和错误信息。

总记忆诀窍（思维导图法）

• 中心：TCP/IP协议簇
• 第一层分支：应用层、传输层、网络层、网络接口层
• 第二层分支 ：
  • 应用层：画出HTTP/80, FTP/21等协议和端口。
  • 传输层：画出TCP和UDP两个大分支，下面再细写它们的特点。
  • 网络层：画出IP, ICMP, ARP，并注明其核心功能（寻址、控管、地址解析）。
  • 网络接口层：注明Ethernet等，知道其作用即可。