在TCP/IP协议分组结构中，SNMP是在（50）协议之上的异步请求/响应协议。

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第50题

知识点： SNMP 简单网络管理协议 TCP TCP/IP TCP/IP协议

关键词： TCP/IP 协议 TCP 章/节：网络管理

A. TCP

B. UDP

C. HTTP

D. P2P

相关试题：网络管理协议

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第50题 2015年下半年

31%

在SNMPv2错误类型中，表示管理对象不可访问的是（50）。

第47题 2015年上半年

38%

SNMPv3新增了（47）功能。

第46题 2015年上半年

42%

SNMP协议属于（46）层协议。


知识点讲解
· SNMP · 简单网络管理协议 · TCP · TCP/IP · TCP/IP协议

SNMP

1）SNMP概述

SNMP的前身是简单网关监控协议（SGMP），用来对通信线路进行管理。随后对其改进并加入了符合Internet定义的SMI和MIB体系结构，改进后的协议就是著名的SNMP。SNMP的目标是管理Internet上众多厂家生产的软硬件平台，因此SNMP受Internet标准网络管理框架的影响很大。SNMP的体系结构如下图所示。

SNMP的体系结构

SNMP的体系结构围绕以下4个概念和目标进行设计。

◆使管理代理的软件成本尽可能低。

◆最大限度地保持远程管理的功能，以便充分利用Internet上的网络资源。

◆体系结构必须有扩充的余地。

◆保持SNMP的独立性，不依赖于具体的计算机、网关和网络传输协议。

在SNMP的改进版本SNMPv2中，又加入了保证SNMP体系本身安全性的目标。

另外，SNMP中提供了以下4类管理操作。

◆get操作：用来提取特定的网络管理信息。

◆get-next操作：通过遍历操作来提供强大的管理信息的提取能力。

◆set操作：用来对管理信息进行控制（修改、设置）。

◆trap操作：用来报告重要的事件。

各种操作的执行如下图所示。

SNMP的4种操作

2）SNMP管理控制框架与实现

（1）SNMP管理控制框架。

SNMP定义了管理进程（Manager）和管理代理（Agent）之间的关系，这个关系被称为共同体（Community）。描述共同体的语义是非常复杂的，但其句法却很简单。位于网络管理工作站（运行管理进程）和各网络元素上，利用SNMP相互通信，并对网络进行管理的软件统称为SNMP应用实体。若干个应用实体和SNMP组合起来形成一个共同体，不同的共同体之间用名字来区分。共同体的名字必须符合Internet的层次结构命名规则，由非保留字符串组成。此外，一个SNMP应用实体可以加入多个共同体。

SNMP的应用实体对Internet管理信息库中的管理对象进行操作。一个SNMP应用实体可操作的管理对象子集称为SNMP MIB授权范围。SNMP应用实体对授权范围内管理对象的访问还有进一步的访问控制限制，比如只读、读／写等；SNMP体系结构中要求每个共同体都规定其授权范围及其对每个对象的访问方式。记录这些定义的文件被称为共同体定义文件。

SNMP的报文总是源自每个应用实体，报文中包括该应用实体所在的共同体的名字。这种报文在SNMP中称为有身份标识的报文，共同体名字是在管理进程和管理代理之间交换管理信息报文时使用的。管理信息报文中包括以下两部分内容。

◆共同体名：加上发送方的一些标识信息（附加信息），用以验证发送方确实是共同体中的成员。共同体实际上就是用来实现管理应用实体之间身份鉴别的机制。

◆数据：这是两个管理应用实体之间真正需要交换的信息。

第三版本前的SNMP只是实现了简单的身份鉴别，接收方仅凭共同体名来判定收发双方是否在同一个共同体中，而前面提到的附加信息尚未应用。接收方在验明发送报文的管理代理或管理进程的身份后要对其访问权限进行检查。访问权限检查涉及以下因素。

◆一个共同体内各成员可以对哪些对象进行读、写等管理操作，这些可读写对象称为该共同体的授权对象（在授权范围内）。

◆共同体成员对授权范围内每个对象定义了访问模式：只读或可读写。

◆规定授权范围内每个管理对象（类）可进行的操作（包括get、get-next、set和trap）。

◆管理信息库（MIB）限制对每个对象的访问方式（如MIB中可以规定哪些对象只能读而不能写等）。

管理代理通过上述预先定义的访问模式和权限，来决定共同体中其他成员要求的管理对象访问（操作）是否允许。共同体概念同样适用于转换代理（Proxy Agent），只不过转换代理中包含的对象主要是其他设备的内容。

（2）SNMP的实现方式。

为了提供遍历管理信息库的手段，SNMP在其MIB中采用了树状命名方法对每个管理对象的实例进行命名。每个对象实例的名字都由对象类名字加上一个后缀构成，对象类的名字是不会相互重复的，因而不同对象类的对象实例之间也很少有重名的危险。

在共同体的定义中一般要规定该共同体授权的管理对象的范围，相应地也就规定了哪些对象实例是该共同体的"管辖范围"。据此，共同体的定义可以想象为一个多叉树，以字典序提供了遍历所有管理对象实例的手段。有了这个手段，SNMP就可以使用get-next操作符，顺序地从一个对象找到下一个对象。get-next（object-instance）操作返回的结果是一个对象实例的标识符及其相关信息，该对象实例在上面的多叉树中紧排在指定标识符object-instance对象的后面。这种手段的优点在于：即使不知道管理对象实例的具体名字，管理系统也能逐个地找到它，并提取到它的有关信息。遍历所有管理对象的过程可以从第一个对象实例开始（这个实例一定要给出），然后逐次使用get-next，直到返回一个差错（表示不存在的管理对象实例）结束（完成遍历）。

由于信息是以表格形式（一种数据结构）存放的，在SNMP的管理概念中，把所有表格都视为子树，其中一张表格（及其名字）是相应子树的根节点，每个列是根下面的子节点，一列中的每个行则是该列节点下面的子节点，并且是子树的叶节点，如下图所示。

管理信息库中的对象标识

因此，按照前面的子树遍历思路，对表格的遍历是先访问第一列的所有元素，再访问第二列的所有元素……直到最后一个元素。若试图得到最后一个元素的"下一个"元素，则返回差错标记。

SNMP中的各种管理信息大多以表格形式存在，一个表格对应一个对象类，每个元素对应于该类的一个对象实例。那么，管理信息表对象中单个元素（对象实例）的操作可以用前面提到的get-next方法，也可以用get/set等操作。下面主要介绍表格内一行信息的整体操作。

◆增加一行：通过SNMP只用一次set操作就可在一个表格中增加一行。操作中的每个变量都对应于待增加行中的一个列元素，包括对象实例的标识符。

◆删除一行：删除一行也可以通过SNMP调用set操作，将该行中的任意一个元素（对象实例）设置成"非法"即可。

至于删除一行时，表中的一行元素是否真的在表中消失，则与每个设备（管理代理）的具体实现有关，因此管理进程必须能通过各数据字段的内容来判断数据的合法性。

3）SNMP协议

SNMP是一个异步的请求／响应协议，即SNMP的请求和响应之间没有必定的时间顺序关系，换句话说，SNMP是一个面向无连接的协议。这样，SNMP实体不需要在发出请求后立即等待响应的到来，因此SNMP响应也可能丢失或出现错误。SNMP中设计了四种基本协议的交互过程。

第一种情况是管理进程从管理代理处提取管理信息。管理进程通过SNMP和传输网络发送get-request给管理代理，请求中包括管理对象的标识符等参数；管理代理收到请求后返回相应内容的get-response，响应中包括待提取的管理信息。

第二种情况是管理进程在管理代理的可见范围内遍历一部分管理对象实例。管理进程通过SNMP和传输网络发送get-next-request给管理代理，管理代理收到后完成遍历的一次操作，用get-response将遍历结果返回给管理进程。

第三种情况是管理进程在管理代理中存储信息，即对管理代理的管理信息库（MIB）进行写操作（包括设置工作参数）。管理进程发送一个set-request给管理代理，由管理代理完成set操作，然后用set-response返回操作结果。

第四种情况则是管理代理主动向管理进程报告事件。管理代理通过SNMP和传输网络将trap发送给管理进程，这个操作没有响应。

注意：上面的各个请求都是管理进程发给管理代理的，响应则都是由管理代理发给管理进程的。只有trap是无响应的，由管理代理单向发给管理进程。另外，请求、响应和trap的传输处理都要受"共同体"定义的限制，包括访问权限。

SNMP协议是一个对称协议，没有主从关系。SNMP上的管理进程和管理代理都可以得到SNMP完全相同的服务。下面对SNMP协议的部分特点和关键内容进行介绍。

（1）管理信息报文。

在大多数SNMP操作中都使用一个相同的报文数据结构。对于前面提到的身份鉴别方法，报文中包含三种数据（信息）传递给专门的"身份鉴别实体"：共同体名称、有关数据和发送方SNMP实体的传输层地址。

身份鉴别实体负责验证发送方是否是合法的对等实体，并返回两种可能的结果：一种结果是返回本次报文中的SNMP协议数据类型和发送方SNMP实体的权限标识符；另一种结果是返回例外。其中第一种结果表明发送方SNMP实体确实是本共同体的成员之一，接收方SNMP实体接下来对它进行处理。第二种结果（"例外"）表明发送方SNMP实体并非本共同体成员，不能接受此报文，并且接收方SNMP实体还可能根据配置产生一个"身份非法"的trap事件。

（2）协议数据单元及其管理操作。

SNMP协议实体之间的协议数据单元（PDU）只有两种不同的结构和格式，一个PDU格式在大部分操作中使用，而另一个则只在trap操作中作为trap的协议数据单元。

PDU一般包含多个代表特殊意义的字段：request-id是一个整数值，用来区分不同的PDU；error-status反映管理操作是成功还是失败；error-index表明操作中哪个变量错误；variable-bindings是一系列变量的清单，序列中每一项包含一个变量名及其变量值。

在SNMP中，接收方完成身份鉴别并得到共同体定义信息之后，SNMP实体根据PDU内容执行以下几种操作：get操作，根据变量名取出指定的对象实例；get-next操作，该操作与get操作不同，不是取变量名指定的对象实例，而是取出变量名指定的对象实例的按字典排序的下一个对象实例；set操作，对指定对象实体的值用请求中的新值替换；get-response对get/set报文做出响应并返回操作结果，收到该响应报文的操作请求方首先根据报文中的request-id在记录中查找有无这个序号的请求，如果没有则丢弃该响应，否则接收该响应，管理进程要进行响应处理。

（3）trap操作。

trap是一种捕捉事件并报告的操作，实际上几乎所有网络管理系统和管理协议都具有这种机制。trap在OSI网络管理国际标准中称为"事件和通报"，一般都简称为事件报告。

为了减少管理信息的业务流量，管理代理负责对管理对象的trap进行检查，管理检查可以设置检查条件，这样，管理进程就可以在一定程度上控制trap报告过程。引入trap报告的最大好处是许多重要事件的发生得以及时让管理进程知道。因为一般只有比较关键的trap事件才确实需要报告，再加上每个trap事件都很简短，因此由于trap而引入的不确定管理信息业务量是较少的，但却能大大改善网络管理的时效性。

由于事件多种多样，各种事件的发生环境也不一样，trap操作的复杂性比前面讲的几种操作都大，SNMP的trap操作PDU中的字段类型也较多。这些trap操作PDU中的字段包括：enterprise，记录发送trap事件的管理代理的标识符；agent-addr，管理代理的网络节点地址；generic-trap，描述该trap操作报告是哪一种异常事件；specific-trap，给出各管理代理自行定义的trap事件代码；time-stam，表示trap事件发生的时刻；variable-bindings，给出一组变量，这些变量及其值给出了与trap事件有关的详细信息。

当管理代理检测到一个例外或异常事件发生时，管理代理首先要判断需要将该事件报告给哪个或哪些管理进程。对每个管理进程，管理代理要选择相应的共同体号，由SNMP协议实体按照前面的字段格式构造trap报告的PDU，再将其发送出去。

（4）SNMP PDU的传输。

SNMP的设计是独立于具体的传输网络的，也就是说，它既可以在TCP/IP的支持下操作，也可以在OSI的传输层协议支持下完成操作，甚至可以在以太网的直接支持下实现操作。其中对OSI传输层的服务没有要求，既可以是有连接的服务，也可以是无连接的服务。为了实现上述目标，Internet组织定义了若干映射标准，规定了如何将SNMP协议数据单元PDU映射到下层的无连接传输请求上去。

在所有各种映射定义中，有一点是相同的，即所有SNMP报文数据是通过一个"顺序化"过程在网络上传输的，这个顺序化过程可以将任意结构的数据编码成一个有序的字符串进行传送。对方收到这些字符串后则按照完全相同的语法将它们解码成原来的数据结构。

（5）MIB中为SNMP定义的管理对象。

在Internet的第二版管理信息库（MIB-Ⅱ）中，为SNMP应用实体定义了若干管理对象，其中包括SNMP的各种服务原语、各种收发协议数据单元、各种参数指示或统计变量等，凡SNMP中可操作的数据结构或变量都包括在内，下面将详细介绍。

简单网络管理协议

SNMPv1

Internet最初的网络管理框架由4个文件定义，如下图所示，这就是SNMP第1版。RFC1155定义了管理信息结构（SMI），即规定了管理对象的语法和语义。SMI主要说明了怎样定义管理对象和怎样访问管理对象。RFC1212说明了定义MIB模块的方法，而RFC1213则定义了MIB-Ⅱ管理对象的核心集合，这些管理对象是任何SNMP系统必须实现的。RFC1157是SNMPv1的规范文件。

SNMP网络管理框架的定义

SNMP的通信基础是TCP/IP，它利用了传输层上的用户数据报协议（UDP）。SNMP的协议体系结构如下图所示。

SNMP的通信基础

其中的一些协议解释如下。

.BGP（Border Gateway Protocol）：边界网关协议。

.FTP（File Transfer Protocol）：文件传输协议。

.HTTP（HyperText Transfer Protocol）：超文本传输协议。

.SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）：简单邮件传输协议。

.MIME（Multi-Purpose Internet Mail Extension）：多用途的网际邮件扩展。

.ICMP（Internet Control Message Protocol）：因特网控制报文协议。

SNMPv2

SNMPv2的管理信息结构是在总结SNMP应用经验的基础上对SNMPv1 SMI进行了扩充，提供了更精致、更严格的规范，规定了新的管理对象和MIB的文档，可以说是SNMPv1 SMI的超集。SNMPv2 SMI引入了4个关键的概念。

.对象的定义。

.表的定义。

.通知的定义。

.信息模块。

对象的定义

对象的定义是使用对象语法来描述的。在每一个MIB内部的对象都有一个正式的定义，它规定了对象的数据类型、允许的形式、取值范围以及与其他MIB内部对象之间的关系。使用ASN.1符号定义了每一个对象，而且也定义了整个MIB的结构。为了保持对象的简单性，只是使用了ASN.1元素和特性的一个有限子集。其中对象的数据类型通常是UNIVERSAL，但是在MIB-Ⅱ中只有下列数据类型可用于MIB对象的定义。

.integer（UNIVERSAL 2）。

.octetstring（UNIVERSAL 4）。

.null（UNIVERSAL 5）。

.object identifier（UNIVERSAL 6）。

.sequence、sequence-of（UNIVERSAL 16）。

其中，前面4种是基本类型，是组成其他对象类型的基本块。sequence和sequence-of用来构建表。

在MIB-2中，每个应用程序都定义了自己的APPLICATION数据类型。这里APPLICATION类型是ASN.1的APPLICATION类，它由与特定应用程序相关的数据类型组成。RFC1155中定义的一些应用程序范围类型如下。

.networkaddress：使用CHOICE结构来定义，允许从许多协议组中选择一种地址格式。

.ipaddress：由IP定义的32位地址。

.counter：只能增加不能减少的非负整数。

.gauge：可增可减的非负整数。

.timeticks：计算从某一个时刻开始时间的非负整数，以0.01s为单位进行计算。

.opaque：该类型能够产生任意类型数据。

与SNMPv1一样，SNMPv2也是用ASN.1宏定义OBJECT-TYPE表示管理对象的语法和语义，但是SNMPv2的OBJECT-TYPE增加了新的内容，如下图所示。

SNMPv2新添内容

对象宏定义说明如下。

.UnitsPart：在SNMPv2的OBJECT-TYPE宏定义中增加了UNITS子句。这个子句用文字说明与对象有关的度量单位。当管理对象表示一种度量手段（如时间）时，这个子句是有用的。

.MAX-ACCESS子句：类似于SNMPv1的ACCESS子句，说明最大的访问级别，与授权策略无关。SNMPv2定义的访问类型中去掉了write-only类，增加了一个与概念行有关的访问类型read-create，表示可读、可写、可生成。还增加了accessible-for-notify访问类，这种访问方式与陷入有关。

.STATUS子句：这个子句是必要的，也就是说必须指明对象的状态。新标准去掉了SNMPv1中的optional和mandatory，只有3个可选的状态。如果说明管理对象的状态是current，则表示在当前的标准中是有效的。如果管理对象的状态是obsolete，表示不必实现这种对象。状态deprecated表示对象已经过时了，但是为了与旧的实现互操作，实现时还要支持这种对象。

其他子句的意义和SNMPv1相同。

表的定义

由于SMI只支持简单的二维标量表这一种数据结构，因此，与SNMPv1一样，SNMPv2的管理操作只能作用于标量对象，复杂的信息要用表来表示。按照SNMPv2规范，表是行的序列，而行是列对象的序列。SNMPv2把表分为两类。

（1）禁止删除和生成行的表。这种表的最高访问级别是read-write。在很多情况下这种表由代理控制，表中只包含read-only型的对象。

（2）允许删除和生成行的表。这种表开始时可能没有行，由管理站生成和删除行。行数可由管理站或代理改变。

在SNMPv2表的定义中必须含有INDEX或AUGUMENTS子句，但是只能有一个。INDEX子句定义了一个基本概念行，而INDEX子句中的索引对象确定了一个概念行实例。与SNMPv1不同，SNMPv2的INDEX子句中增加了任选的IMPLIED修饰符。假定一个对象的标识符为y，索引对象为i₁,i₂,…，i_N,则对象y的一个实例标识符为y.（i₁）.（i₂）.…（i_N）。

SMI中表的定义不允许嵌套，也就是说，不允许表中的元素又是另外一个表，这限制了SMI的性能和灵活性。

表的操作

SNMPv2允许生成和删除行的表必须有一个列对象，其SYNTAX子句的值为RowStatus, MAX-ACCESS子句的值为read-write，这种列称为概念行的状态列。状态列可取6种值。

.active（可读写）：被管理设备可以使用概念行。

.notInService（可读写）：概念行存在，但由于其他原因（下面解释）而不能使用。

.notReady（只读）：概念行存在，但因没有信息而不能使用。

.createAndGo（只写不读）：管理站生成一个概念行实例时先设置成这种状态，生成过程结束时自动变为active，被管理设备就可以使用了。

.createAndWait（只写不读）：管理站生成一个概念行实例时先设置成这种状态，但不会自动变成active。

.destroy（只写不读）：管理站需删除所有的概念行实例时设置成这种状态。

这6种状态中除notReady外的5种状态是管理站可以用set操作设置的状态，前3种可以是响应管理站的查询而返回的状态。

表中概念行的生成可以使用两种不同的方法，分成4个步骤。

（1）选择实例标识符。针对不同的索引对象可考虑用不同的方法选择实例标识符。

（2）a管理站通过事务处理产生和激活概念行。b管理站与代理协商生成概念行。

（3）初始化非默认值对象。管理站用get命令查询所有列，以确定是否能够或需要设置列对象的值。

（4）激活概念行。

概念行的挂起：当概念行处于active状态时，如果管理站希望概念行脱离服务，以便进行修改，则可以发出set命令，把状态列由active置为notInService。

概念行的删除：管理站发出set命令，把状态列置为destroy，如果这个操作成功，概念行立即被删除。

通知和信息模块

SNMPv2提供了通知类型的宏定义NOTIFICATION-TYPE，用于定义异常条件出现时SNMPv2实体发送的信息。

SNMPv2还引入了信息模块的概念，用于说明一组有关的定义。共有以下3种信息模块。

.MIB模块：包含一组有关的管理对象的定义。

.MIB的依从性声明模块：使用MODULE-COMPLIANCE和OBJECT-GROUP宏说明有关管理对象实现方面的最小要求。

.代理能力说明模块：用AGENT-CAPABILITIES宏说明代理实体应该实现的能力。

SNMPv3

在SNMPv3中，以前叫作管理站和代理的东西现在统一称为SNMP实体（SNMP Entity）。

实体是体系结构的一种实现，由一个或多个有关的SNMP引擎（SNMP Engine）和一个或者多个有关的SNMP应用（SNMP Application）组成。下图显示了SNMP实体的组成元素。

SNMP实体组成元素

SNMP引擎

SNMP引擎提供下列服务。

.发送和接收报文。

.认证和加密报文。

.控制对管理对象的访问。

SNMP引擎有唯一的标识snmpEngindID，这个标识在一个上层管理域中是无二义性的。

应用程序

SNMPv3的应用程序分为5种。

（1）命令生成器（Command Generators）：建立SNMP Read/Write请求，并且处理对这些请求的响应。

（2）命令响应器（Command Responders）：接收SNMP Read/Write请求，对管理数据进行访问，并按照协议规定的操作产生响应报文，返回读／写命令的发送者。

（3）通知发送器（Notification Originators）：监控系统中出现的特殊事件，产生通知类报文，并且要有一种机制，以决定向何处发送报文，使用何种SNMP版本和安全参数等。

（4）通知接收器（Notification Receivers）：监听通知报文，并产生响应。

（5）代理转发器（Proxy Repeaters）：在SNMP实体之间转发报文。

TCP

TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通信完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接的，所以只能用于端到端的通信。

TCP提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口，实际表示接收能力，用以限制发送方的发送速度。

如果IP数据包中有已经封装好的TCP数据包，那么IP将把它们向“上”传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路之间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包则可以被重传。

TCP将它的信息发送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层、设备驱动程序和物理介质，最后传送到接收方。

面向连接的服务（例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。

TCP/IP

由于OSI协议的实现较为复杂，运行效率低，很少有厂商推出符合OSI标准的商用产品。目前，互联网上广泛使用的是TCP/IP。TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议／互联网络协议）是Internet上不同子网之间的主机进行数据交换所遵守的网络通信协议。TCP/IP一般泛指所有与Internet有关的一系列网络协议的总称，其中TCP和IP是其中最重要的两个协议。TCP/IP体系结构主要由四层构成，分别为网络接口层、网络层、传输层和应用层。

TCP/IP采用的四层体系结构与OSI参考模型采用的七层体系结构是对应的，它们的结构对比如下图所示。

TCP/IP与OSI体系结构的对比

网络接口层

网络接口层也称链路层（Link Layer）或数据链路层，相当于OSI/RM参考模型的第1层和第2层，负责与网络中的传输介质打交道。常用的链路层技术主要有以太网（Ethernet）、令牌环（Token Ring）、光纤数据分布接口（FDDI）、X.25、帧中继（Frame Relay）、ATM等。

网络层

网络层的作用是将数据包从源主机发送出去，并且使这些数据包独立地到达目标主机。数据包传送过程中，到达目标主机的顺序可能不同于它们被发送时的顺序。因为网络情况复杂，随时可能有一些路径发生故障或是网络中的某处出现数据包的堵塞。网络层提供的服务是不可靠的，可靠性由传输层实现。

传输层

传输层提供应用程序之间的通信。传输层提供了可靠的传输协议TCP和不可靠的传输协议UDP。TCP是一个可靠的、面向连接的协议，允许在因特网上的两台主机之间进行信息的无差错传输。在网络传输过程中，为了保证数据在网络中传输的正确、有序，要使用“连接”的概念，一个TCP连接是指在传输数据前先要传送三次握手信号，以使双方为数据的传送做准备。UDP是用户数据报协议，使用此协议时，源主机一有数据就发送出去，不管发送的数据包是否能到达目标主机、数据包是否会出错，收到数据包的主机都不会通知发送方其是否正确地收到了数据，因此UDP是一种不可靠的传输协议。

应用层

应用层直接为用户的应用进程提供服务，如支持万维网应用的HTTP，支持电子邮件的SMTP，支持文件传送的FTP等。

TCP/IP协议

TCP/IP概述

在诸多网络互联协议中，传输控制协议／网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol, TCP/IP）是一个使用非常普遍的网络互联标准协议。TCP/IP协议是美国国防部高级计划研究局（DARPA）为实现ARPANet（后来发展为Internet）互联网而开发的，也是很多大学及研究所多年的研究及商业化的结果。目前，众多的网络产品厂家都支持TCP/IP协议，TCP/IP事实上已成为一个工业标准。

TCP/IP协议是计算机网络互联中使用最广泛的协议，它规定了计算机之间互相通信的方法。TCP/IP是为了使接入因特网的异种网络、不同网络设备之间能够进行正常的数据通信，而预先制订的一簇大家共同遵守的格式和约定。

TCP/IP协议簇包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、Telnet、FTP、SMTP和ARP等许多协议，对因特网中主机寻址方式、主机的命名机制、信息的传输规则以及各种各样的服务功能均做了详细约定。

TCP/IP协议的结构

TCP/IP也是一个分层结构，TCP/IP分为4层，由下到上分别是网络接口层、网络层、传输层和应用层。

1）网络接口层

网络接口层是TCP/IP软件的最底层，负责接收IP数据报并通过网络将其发送，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报交给IP层。

一般情况下，各物理网络可以使用自己的数据链路层协议和物理层协议，不需要在数据链路层上设置专门的TCP/IP协议。但是，当使用串行线路连接主机与网络，或连接网络与网络时（如用户使用电话线和Modem接入因特网或两个相距较远的网络通过数据专线互联时），则需要在数据链路层运行专门的SLIP（Serial Line IP）协议的PPP（Point to Point Protocol）协议。

SLIP协议提供在串行通信线路上封装IP分组的简单方法，使远程用户能通过电话线和Modem方便地接入TCP/IP网络。

SLIP是一种简单的组帧方式，使用时还存在一些问题。首先，SLIP不支持在连接过程中的动态IP地址分配，通信双方必须事先告知对方IP地址，这给没有固定IP地址的个人用户上Internet带来了很大的不便；其次，SLIP帧中无协议类型字段，因此它只能支持IP协议；再有，SLIP帧中无校验字段，因此链路层上无法检测出传输差错，必须由上层实体或具有纠错能力的Modem来解决传输差错问题。

为了解决SLIP协议存在的问题，在串行通信应用中又开发了PPP协议。PPP协议是一种有效的点一点通信协议，它由串行通信线路上的组帧方式，用于建立、配置、测试和拆除数据链路的链路控制协议（LCP）及一组用以支持不同网络层协议的网络控制协议（Network Control Protocol, NCP）3部分组成。

由于PPP帧中设置了校验字段，因而PPP在链路层上具有差错检验的功能。PPP中的LCP协议提供了通信双方进行参数协商的手段，并且提供了一组NCPs协议，使得PPP可以支持多种网络层协议，如IP、IPX、OSI等。另外，支持IP的NCP提供了在建立连接时动态分配IP地址的功能，从而解决了个人用户上Internet的问题。

2）网络层

网络层中含有4个重要协议，即网际协议（IP）、网际控制报文协议（ICMP）、地址解析协议（Address Resolution Protocol, ARP）和反向地址解析协议（RARP）。

网络层的功能主要由IP协议提供。除了提供端到端的分组分发功能外，IP协议还提供了很多扩充功能。例如，为了克服数据链路层对帧大小的限制，网络层提供了数据分块和重组功能，这使得很大的IP数据报能以较小的分组在网上传输。

网络层的另一个重要服务是在互相独立的局域网上建立互联网络，即网际网。网间的报文来往根据其目的IP地址通过路由器传到另一网络。

（1）网际协议（IP）。

网络层最重要的协议是网际协议（IP），它将多个网络连成一个互联网，可以把高层的数据以多个数据报的形式通过互联网分发出去。

IP协议的基本任务是通过互联网传送数据报，各个IP数据报之间是相互独立的。主机上的IP层向运输层提供服务。IP从源运输实体取得数据，通过它的数据链路层服务传给目的主机的IP层。IP协议不保证服务的可靠性，在主机资源不足的情况下，它可能丢弃某些数据报，同时IP协议也不检查被数据链路层丢弃的报文。

在传送时，高层协议将数据传送给IP协议，IP协议再将数据封装为IP数据报，并交给数据链路层协议通过局域网传送。若目的主机直接连在本网中，IP可直接通过网络将数据报传给目的主机；若目的主机在远程网络中，则IP路由器传送数据报，而路由器则依次通过下一网络将数据报传送到目的主机或再下一个路由器。也即一个IP数据报是通过互联网络，从一个IP模块传到另一个IP模块，直到目的主机为止。

需要连接独立管理的网络路由器，可以选择它所需的任何协议，这样的协议称为内部网关协议（Interior Gateway Protocol, IGP）。在IP环境中，一个独立管理的系统称为自治系统。

跨越不同管理域的路由器（如从专用网到PDN）所使用的协议，称为外部网关协议（Exterior Gateway Protocol, EGP），EGP是一组简单的定义完备的正式协议。

从IP协议的功能可以知道，IP提供的是一种不可靠的无连接的报文分组传送服务。若路由器或交换机故障使网络阻塞，就需要通知发送主机采取相应措施。

（2）网际控制报文协议（ICMP）。

为了使互联网能报告差错，或提供有关意外情况的信息，在IP层加入了一类特殊用途的报文机制，即网际控制报文协议（Internet Control Message Protocol, ICMP）。ICMP是IP正式协议的一部分，ICMP数据报通过IP送出，因此它在功能上属于网络第三层。

分组接收方利用ICMP来通知IP模块，发送某些方面所需的修改。ICMP通常是由发现别的站发来的报文有问题的站产生的。例如，可由目的主机或中继路由器来发现问题并产生有关的ICMP数据报。如果一个分组不能传送，ICMP便可以被用来报告分组源，说明有网络、主机或端口不可达。ICMP也可以用来报告网络阻塞。

（3）地址解析协议（ARP）。

在TCP/IP网络环境下，每个主机都分配了一个32位的IP地址，这种互联网地址是在国际范围内标识主机的一种逻辑地址。为了能让报文在物理网上传送，必须要知道彼此的物理地址。这样，就存在把互联网地址变换为物理地址的地址转换问题。以以太网（Ethernet）环境为例，为了正确地向目的站传送报文，必须把目的站的32位IP地址转换成48位以太网目的地址（DA）。这就需要在网络层有一组协议将IP地址转换为相应物理网络地址，这组协议就是ARP。

在进行报文发送时，如果源网络层给的报文只有IP地址，而没有对应的以太网地址，则网络层广播ARP请求以获取目的站信息，而目的站必须回答该ARP请求。这样源站点可以收到以太网48位地址，并将地址放入相应的高速缓存（Cache）。下一次源站点对同一目的站点的地址转换可直接引用高速缓存中的地址内容。地址转换协议使主机可以找出同一物理网络中任一个物理主机的物理地址，只需给出目的主机的IP地址即可。这样，网络的物理编址可以对网络层服务透明。

在互联网环境下，为了将报文送到另一个网络的主机，数据报需先确定发送方所在网络的路由器。因此，发送主机首先必须确定路由器的物理地址，然后依次将数据发往接收端。除基本ARP机制外，有时还需在路由器上设置代理ARP，其目的是由IP路由器代替目的站对发送方ARP请求作出响应。

（4）反向地址解析协议（RARP）。

反向地址解析协议（Reverse Address Resolution Protocol, RARP）用于一种特殊情况，如果站点初始化以后，只有自己的物理地址而没有IP地址，则它可以通过RARP协议，发出广播请求，征求自己的IP地址，而RARP服务器则负责回答。这样，无IP地址的站点可以通过RARP协议取得自己的IP地址，这个地址在下一次系统重新开始以前都有效，不用连续广播请求。RARP广泛用于获取无盘工作站的IP地址。

3）传输层

传输层的功能是提供应用程序间的通信。其功能包括格式化信息流和提供可靠传输。为实现可靠性传输，传输层协议规定接收端必须发回确认信息，并且假如分组丢失，必须重新发送从而保证可靠传输。

TCP/IP在传输层提供了两个主要的协议，即传输控制协议（Transfer Control Protocol, TCP）和用户数据报协议（User Datagram Protocol, UDP）。另外，还有其他一些协议，如用于传送数字化语音的NVP协议。

TCP协议提供的是一种可靠的数据流服务。当传送受差错干扰的数据，或基础网络故障，或网络负荷太重而使网际基本传输系统（无连接报文递交系统）不能正常工作时，就需要通过其他协议来保证通信的可靠。TCP就是这样的协议，它对应于OSI模型的运输层，在IP协议的基础上，提供端到端的面向连接的可靠传输。

TCP采用"带重传的肯定确认"技术来实现传输的可靠性。简单的"带重传的肯定确认"是指与发送方通信的接收者，每接收一次数据，就送回一个确认报文，发送者对每个发出去的报文都留一份记录，等收到确认信息之后再发出下一报文分组。发送者发出一个报文分组时，启动一个计时器，若计时器计数完毕，确认信息还未到达，则发送者重新发送该报文分组。

简单的确认重传严重浪费带宽，TCP还采用一种叫"滑动窗口"的流量控制机制来提高网络的吞吐量，窗口的范围决定了发送方发送的但未被接收方确认的数据报的数量。每当接收方正确收到一则报文时，窗口便向前滑动，这种机制决定了发送方发送的但未被接收方确认的数据报的数量，从而提高了网络的吞吐量。

TCP通信建立在面向连接的基础上，实现了一种"虚电路"的概念。双方通信之前，先建立一条连接，然后双方就可以在其上发送数据流。这种数据交换方式能提高效率，但事先建立连接和事后拆除连接需要开销。TCP连接的建立采用三次握手，整个过程由以下3个环节组成。一是初始化主机通过一个同步比特SYN置位（即SYN=1）的数据段发出会话请求。二是接收主机通过发回具有以下项目的数据段表示回复：同步比特SYN置位（即SYN=1）、即将发送的数据段的起始字节的顺序号、应答并带有将收到的下一个数据段的字节顺序号。三是请求主机再回送一个数据段，并带有确认顺序号和确认号。

用户数据报协议（UDP）是对IP协议簇的扩充，它增加了一种机制，发送方使用这种机制可以区分一台计算机上的多个接收者。每个UDP报文除了包含某用户进程发送的数据外，还包含报文目的端口的编号和报文源端口的编号。UDP的这种扩充使得在两个用户进程之间传送数据报成为可能。

UDP协议是依靠IP协议来传送报文的，因而它的服务和IP一样，是不可靠的。这种服务不能确认，不对报文排序，也不进行流量控制，UDP报文可能会出现丢失、重复、失序等现象。

4）应用层

应用层的功能是向用户提供一组常用的应用程序，如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录使用Telnet协议提供了在其他网络主机上注册的接口，Telnet会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输协议（FTP）可以提供网络内机器间的文件复制功能。

文件传输协议是互联网提供的用于访问远程机器的一个协议，它使用户可以在本地机与远程机之间进行有关文件的操作。FTP工作时建立两条TCP连接：一条用于传送文件；另一条用于传送控制。

FTP采用客户机／服务器模式，它包含客户FTP和服务器FTP。客户FTP启动传送过程，而服务器对其作出应答。客户FTP大多有一个交互式界面，具有访问权限的客户可以灵活地向远地传文件或从远地取文件。

Telnet的连接是一个TCP连接，用于传送具有Telnet控制信息的数据。它提供了与终端设备或终端进程交互的标准方法，支持终端到终端的连接及进程到进程分布式计算的通信。

DNS是一个域名服务的协议，提供域名到IP地址的转换，允许对域名资源进行分散管理。DNS最初设计的目的是使邮件发送方知道邮件接收主机及邮件发送主机的IP地址，后来发展成为可服务于其他许多目标的协议。

互联网标准中的电子邮件协议是一个简单的基于文件的协议，用于可靠、有效的数据传输。SMTP作为应用层的服务，并不关心它下面采用的是何种传输服务，它可通过网络在TCP连接上传送邮件，或者简单地在同一机器的进程之间通过进程通信的通道来传送邮件。这样，邮件传输就独立于传输子系统，可在TCP/IP环境、OSI的传输层或X.25协议环境中传输邮件。

邮件发送之前必须协商好发送者、接收者。在邮件传输过程中，所经过的路由被记录下来。这样，当邮件不能正常传输时可按原路由找到发送者。

在当前的UNIX版本中，已将TCP/IP协议融入其中，使之成为UNIX操作系统的一部分。DOS上也推出了相应的TCP/IP软件产品。Sun公司则将TCP/IP广泛推向商务系统，它在所在的工作站系统中都预先安装了TCP/IP网络软件及网络硬件，使网络和计算机成为一体，同时也使TCP/IP网络软件及其客户机／服务器的工作方式为广大用户所接受。

TCP/IP与OSI RM的关系

TCP/IP的应用层对应着OSI模型的会话层、表示层和应用层，TCP/IP的网络接口层对应着OSI模型的物理层和数据链路层，而TCP/IP的传输层、网络层与OSI的传输层、网络层分别对应。

IP数据包的格式

一个IP数据包由首部和数据两部分组成。首部由固定20B的基本首部和0~40B可变长度的任选项组成。其中首部字段主要包括版本号、首部长度、服务类型、数据包长度、标识、标志、数据块偏移值、生存期、协议号、首部校验和以及地址等。

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