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。