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5.1.1 通信-＞TCP IP协议簇标准（IETF RFC 791 793）：TCP（Transmission Control Protocol）、IP（Internet Protocol）

news 2026/5/12 22:31:32

RFC 791（IPv4 协议）与RFC 793（TCP 协议）是 TCP/IP 协议簇的核心基石，分别定义了网络层与传输层的标准规范，二者协同构建了互联网可靠通信的基础

协议总览与定位

RFC 791 —— Internet Protocol (IP / IPv4)

发布时间：1981 年 9 月IETF Datatracker
作者：Jon PostelIETF Datatracker
协议层级：网络层（OSI 第三层）
核心定位：定义无连接、不可靠的网际数据报传输服务，负责寻址、路由、分片与重组
核心作用：屏蔽底层网络差异，实现跨网络的数据包交付，是互联网的 “邮政系统”

RFC 793 —— Transmission Control Protocol (TCP)

发布时间：1981 年 9 月IETF Datatracker
作者：Jon PostelIETF Datatracker
协议层级：传输层（OSI 第四层）
核心定位：定义面向连接、可靠的端到端字节流服务
核心作用：在不可靠的 IP 层之上，通过确认、重传、排序、流量控制保障数据完整、有序、无差错传输

RFC 791 IPv4 协议详解

核心设计原则

无连接（Connectionless）：每个数据报独立路由，不建立、维护连接状态
不可靠（Unreliable）：不保证送达、不保证顺序、不检测重复
尽力而为（Best-Effort）：仅当资源耗尽或网络不可达时丢弃包
支持异构网络：通过 ** 分片（Fragmentation）** 适配不同 MTU 的网络

IPv4 数据报格式（头部 20~60 字节）

0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |Version| IHL |Type of Service| Total Length | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Identification |Flags| Fragment Offset | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Time to Live | Protocol | Header Checksum | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Source Address | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Destination Address | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Options | Padding | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Data | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

关键字段解析RFC Editor：

Version（4 位）：版本号，IPv4=0100
IHL（4 位）：头部长度，单位 4 字节，最小值 5（20 字节）
Total Length（16 位）：整个数据报总长度（头部 + 数据），最大 65535 字节
Identification（16 位）：标识，同一数据报的所有分片共享此 ID
Flags（3 位）
- 比特 0：保留，必须为 0
- 比特 1（DF）：Don’t Fragment（禁止分片）
- 比特 2（MF）：More Fragments（更多分片，最后一片为 0）
Fragment Offset（13 位）：分片偏移，单位 8 字节，指示分片在原数据报的位置
TTL（8 位）：生存时间，每经路由减 1，为 0 则丢弃，防环路
Protocol（8 位）：指示上层协议，TCP=6，UDP=17，ICMP=1
Header Checksum（16 位）：仅校验头部，不校验数据区
Source/Destination Address（32 位）：源 / 目标 IP 地址

核心机制

寻址与路由：32 位 IP 地址（网络号 + 主机号），路由器查表转发
分片与重组
- 分片：当数据报 > 出口 MTU 且 DF=0 时，路由器拆分RFC Editor
- 重组：目标主机根据 ID、MF、Offset 重组RFC Editor
差错处理：出错时向源发送 ICMP 差错报文（超时、目标不可达等）

RFC 793 TCP 协议详解

核心设计原则

面向连接（Connection-Oriented）：传输前必须通过三次握手建立连接
全双工（Full-Duplex）：连接两端可同时收发
可靠交付（Reliable）：数据无丢失、无重复、无差错、按序到达
字节流（Byte Stream）：无边界，以字节为单位编号，而非消息
流量控制（Flow Control）：接收方通过滑动窗口控制发送速率

TCP 报文段格式（头部 20~60 字节）

0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Source Port | Destination Port | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Sequence Number | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Acknowledgment Number | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Data | |U|A|P|R|S|F| | | Offset| Reserved |R|C|S|S|Y|I| Window | | | |G|K|H|T|N|N| | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Checksum | Urgent Pointer | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Options | Padding | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Data | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

关键字段解析RFC Editor：

Source/Destination Port（16 位）：源 / 目标端口号，标识应用进程
Sequence Number（32 位）：序列号，本报文第一个字节的编号
Acknowledgment Number（32 位）：确认号，期望接收的下一字节编号（ACK=1 时有效）
Data Offset（4 位）：头部长度，单位 4 字节，最小 5（20 字节）
Control Flags（6 位）
- URG：紧急指针有效
- ACK：确认号有效（连接建立后必须置 1）
- PSH：推送，立即交付应用层
- RST：重置连接
- SYN：同步序列号（建连）
- FIN：结束连接
Window（16 位）：接收窗口大小，流量控制核心，通告可接收字节数
Checksum（16 位）：校验头部 + 数据 + 伪 IP 头，强校验
Urgent Pointer（16 位）：指向紧急数据末尾

核心机制

(1) 连接管理（三次握手、四次挥手）

三次握手（建立）
1. 客户端 → 服务器：SYN=1, Seq=x（SYN_SENT）
2. 服务器 → 客户端：SYN=1, ACK=1, Ack=x+1, Seq=y（SYN_RCVD）
3. 客户端 → 服务器：ACK=1, Ack=y+1（ESTABLISHED）
四次挥手（关闭）
1. 主动方 → 被动方：FIN=1, Seq=u（FIN_WAIT_1）
2. 被动方 → 主动方：ACK=1, Ack=u+1（CLOSE_WAIT）
3. 被动方 → 主动方：FIN=1, Seq=v（LAST_ACK）
4. 主动方 → 被动方：ACK=1, Ack=v+1（TIME_WAIT → CLOSED）