TCPIP详解学习笔记

1TCP/IP详解学习笔记(1)-基本概念为什么会有TCP/IP协议在世界上各地，各种各样的电脑运行着各自不同的操作系统为大家服务，这些电脑在表达同一种信息的时候所使用的方法是千差万别。就好像圣经中上帝打乱了各地人的口音，让他们无法合作一样。计算机使用者意识到，计算机只是单兵作战并不会发挥太大的作用。只有把它们联合起来，电脑才会发挥出它最大的潜力。于是人们就想方设法的用电线把电脑连接到了一起。但是简单的连到一起是远远不够的，就好像语言不同的两个人互相见了面，完全不能交流信息。因而他们需要定义一些共通的东西来进行交流，TCP/IP就是为此而生。TCP/IP不是一个协议，而是一个协议族的统称。里面包括了IP协议，IMCP协议，TCP协议，以及我们更加熟悉的http、ftp、pop3协议等等。电脑有了这些，就好像学会了外语一样，就可以和其他的计算机终端做自由的交流了。TCP/IP协议分层提到协议分层，我们很容易联想到ISO-OSI的七层协议经典架构，但是TCP/IP协议族的结构则稍有不同。如图所示TCP/IP协议族按照层次由上到下，层层包装。最上面的就是应用层了，这里面有http，ftp,等等我们熟悉的协议。而第二层则是传输层，著名的TCP和UDP协议就在这个层次（不要告诉我你没用过udp玩星际）。第三层是网络层，IP协议就在这里，它负责对数据加上IP地址和其他的数据（后面会讲到）以确定传输的目标。第四层是叫数据链路层，这个层次为待传送的数据加入一个以太网协议头，并进行CRC编码，为最后的数据传输做准备。再往下则是硬件层次了，负责网络的传输，这个层次的定义包括网线的制式，网卡的定义等等（这些我们就不用关心2了，我们也不做网卡），所以有些书并不把这个层次放在tcp/ip协议族里面，因为它几乎和tcp/ip协议的编写者没有任何的关系。发送协议的主机从上自下将数据按照协议封装，而接收数据的主机则按照协议从得到的数据包解开，最后拿到需要的数据。这种结构非常有栈的味道，所以某些文章也把tcp/ip协议族称为tcp/ip协议栈。一些基本的常识在学习协议之前，我们应该具备一些基本知识。互联网地址(ip地址)网络上每一个节点都必须有一个独立的Internet地址（也叫做IP地址）。现在，通常使用的IP地址是一个32bit的数字，也就是我们常说的IPv4标准，这32bit的数字分成四组，也就是常见的255.255.255.255的样式。IPv4标准上，地址被分为五类，我们常用的是B类地址。具体的分类请参考其他文档。需要注意的是IP地址是网络号+主机号的组合，这非常重要。域名系统域名系统是一个分布的数据库，它提供将主机名（就是网址啦）转换成IP地址的服务。RFCRFC是什么？RFC就是tcp/ip协议的标准文档，在这里我们可以看到RFC那长长的定义列表，现在它一共有4000多个协议的定义，当然，我们所要学习的，也就是那么十几个协议而已。端口号(port)注意，这个号码是用在TCP，UDP上的一个逻辑号码，并不是一个硬件端口，我们平时说把某某端口封掉了，也只是在IP层次把带有这个号码的IP包给过滤掉了而已。应用编程接口现在常用的编程接口有socket和TLI。而前面的有时候也叫做“Berkeleysocket”，可见Berkeley对于网络的发展有多大的贡献。TCP/IP详解学习笔记(2)-数据链路层数据链路层有三个目的：为IP模块发送和接收IP数据报。为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答。为RARP发送RARP请求和接收RARP应答ip大家都听说过。至于ARP和RARP，ARP叫做地址解析协议，是用IP地址换MAC地址的一种协议，而RARP则叫做逆地址解析协议，在tcp/ip协议的后面章节会介绍它们（在局域网里面用ARP协议可以很容易的搞瘫痪网络哦）数据链路层的协议还是很多的，有我们最常用的以太网（就是平时我们用的网卡）协议，也有不太常见的令牌3环，还有FDDI，当然，还有国内现在相当普及的PPP协议（就是adsl宽带），以及一个loopback协议。联系linux里面的ifconfig-a命令，这个命令通常会得到如下的结果eth0Linkencap:EthernetHWaddr00:01:4A:03:5B:EDinetaddr:192.168.11.2Bcast:192.168.11.255Mask:255.255.255.0inet6addr:fe80::201:4aff:fe03:5bed/64Scope:LinkUPBROADCASTRUNNINGMULTICASTMTU:1500Metric:1RXpackets:2819errors:0dropped:0overruns:0frame:0TXpackets:76errors:0dropped:0overruns:0carrier:0collisions:0txqueuelen:1000RXbytes:241609(235.9KiB)TXbytes:9596(9.3KiB)loLinkencap:LocalLoopbackinetaddr:127.0.0.1Mask:255.0.0.0inet6addr:::1/128Scope:HostUPLOOPBACKRUNNINGMTU:16436Metric:1RXpackets:2713errors:0dropped:0overruns:0frame:0TXpackets:2713errors:0dropped:0overruns:0carrier:0collisions:0txqueuelen:0RXbytes:3516032(3.3MiB)TXbytes:3516032(3.3MiB)其中，eth0就是以太网接口，而lo则是loopback接口。这也说明这个主机在网络链路层上至少支持loopback协议和以太网协议。以太网（Ether-net）的定是指数字设备公司（DigitalEquipmentCorp.）、英特尔公司（IntelCorp.）和Xerox公司在1982年联合公布的一个标准，这个标准里面使用了一种称作CSMA/CD的接入方法。而IEEE802提供的标准集802.3(还有一部分定义到了802.2中)也提供了一个CSMA/CD的标准。这两个标准稍有不同，TCP/IP协议对这种情况的处理方式如下:以太网的IP数据报封装在RFC894中定义，而IEEE802网络的IP数据报封装在RFC1042中定义。一台主机一定要能发送和接收RFC894定义的数据报。一台主机可以接收RFC894和RFC1042的封装格式的混合数据报。一台主机也许能够发送RFC1042数据报。。如果主机能同时发送两种类型的分组数据，那么发送的分组必须是可以设置的，而且默认条件下必须是RFC894分组。可见，RFC1042在TCP/IP里面处于一个配角的地位。这两种不同的数据报格式请参考教材。ppp(点对点协议)是从SLIP的替代品。他们都提供了一种低速接入的解决方案。而每一种数据链路层协议，都有一个MTU（最大传输单元）定义，在这个定义下面，如果IP数据报过大，则要进行分片(fragmentation)，使得每片都小于MTU，注意PPP的MTU并不是一个物理定义，而是指一个逻辑定义（个人认为就是用程序控制）。可以用netstat来打印出MTU的结果，比如键入netstat-inKernelInterfacetableIfaceMTUMetRX-OKRX-ERRRX-DRPRX-OVRTX-OKTX-ERRTX-DRPTX-OVRFlgeth0150001774000587000BMRUlo16436026670002667000LRU4就可以观察到eth0的MTU是1500。而lo（环回接口）的MTU则是16436。最后说说那个环回接口（loopback）。平时我们用127.0.0.1来尝试自己的机器服务器好使不好使。走的就是这个loopback接口。对于环回接口，有如下三点值得注意:传给环回地址（一般是127.0.0.1）的任何数据均作为IP输入。传给广播地址或多播地址的数据报复制一份传给环回接口，然后送到以太网上。这是因为广播传送和多播传送的定义包含主机本身。任何传给该主机IP地址的数据均送到环回接口。这一章还是很简单的，一般作为了解知识也就足够了，没必要抠的那么详细。TCP/IP详解学习笔记(3)-IP协议，ARP协议，RARP协议把这三个协议放到一起学习是因为这三个协议处于同一层，ARP协议用来找到目标主机的Ethernet网卡Mac地址，IP则承载要发送的消息。数据链路层可以从ARP得到数据的传送信息，而从IP得到要传输的数据信息。1.IP协议IP协议是TCP/IP协议的核心，所有的TCP，UDP，IMCP，IGCP的数据都以IP数据格式传输。要注意的是，IP不是可靠的协议，这是说，IP协议没有提供一种数据未传达以后的处理机制－－这被认为是上层协议－－TCP或UDP要做的事情。所以这也就出现了TCP是一个可靠的协议，而UDP就没有那么可靠的区别。这是后话，暂且不提1.1.IP协议头如图所示挨个解释它是教科书的活计，我感兴趣的只是那八位的TTL字段，还记得这个字段是做什么的么？这个字段规定该数据包在穿过多少个路由之后才会被抛弃(这里就体现出来IP协议包的不可靠性，它不保证数据被送达)，某个ip数据包每穿过一个路由器，该数据包的TTL数值就会减少1，当该数据包的TTL成为零，它就会被自动抛弃。这个字段的最大值也就是255，也就是说一个协议包也就在路由器里面穿行255次就会被抛弃了，根据系统的不同，这个数字也不一样，一般是32或者是64，Tracerouter这个工具就是用这个原理工作的，tranceroute的-m选项要求最大值是255，也就是因为这个TTL在IP协议里面只有8bit。5现在的ip版本号是4，所以也称作IPv4。现在还有IPv6，而且运用也越来越广泛了。1.2.IP路由选择当一个IP数据包准备好了的时候，IP数据包（或者说是路由器）是如何将数据包送到目的地的呢？它是怎么选择一个合适的路径来送货的呢？最特殊的情况是目的主机和主机直连，那么主机根本不用寻找路由，直接把数据传递过去就可以了。至于是怎么直接传递的，这就要靠ARP协议了，后面会讲到。稍微一般一点的情况是，主机通过若干个路由器(router)和目的主机连接。那么路由器就要通过ip包的信息来为ip包寻找到一个合适的目标来进行传递，比如合适的主机，或者合适的路由。路由器或者主机将会用如下的方式来处理某一个IP数据包如果IP数据包的TTL（生命周期）以到，则该IP数据包就被抛弃。搜索路由表，优先搜索匹配主机，如果能找到和IP地址完全一致的目标主机，则将该包发向目标主机搜索路由表，如果匹配主机失败，则匹配同子网的路由器，这需要“子网掩码(1.3.)”的协助。如果找到路由器，则将该包发向路由器。搜索路由表，如果匹配同子网路由器失败，则匹配同网号（第一章有讲解）路由器，如果找到路由器，则将该包发向路由器。搜索陆游表，如果以上都失败了，就搜索默认路由，如果默认路由存在，则发包如果都失败了，就丢掉这个包。这再一次证明了，ip包是不可靠的。因为它不保证送达。1.3.子网寻址IP地址的定义是网络号+主机号。但是现在所有的主机都要求子网编址，也就是说，把主机号在细分成子网号+主机号。最终一个IP地址就成为网络号码+子网号+主机号。例如一个B类地址：210.30.109.134。一般情况下，这个IP地址的红色部分就是网络号，而蓝色部分就是子网号，绿色部分就是主机号。至于有多少位代表子网号这个问题上，这没有一个硬性的规定，取而代之的则是子网掩码，校园网相信大多数人都用过，在校园网的设定里面有一个255.255.255.0的东西，这就是子网掩码。子网掩码是由32bit的二进制数字序列,形式为是一连串的1和一连串的0，例如：255.255.255.0(二进制就是111