TCPIP详解学习笔记.docx
《TCPIP详解学习笔记.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《TCPIP详解学习笔记.docx（38页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
TCPIP详解学习笔记
TCP/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。
RFC
RFC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:
ED
inetaddr:
192.168.11.2Bcast:
192.168.11.255Mask:
255.255.255.0
inet6addr:
fe80:
:
201:
4aff:
fe03:
5bed/64Scope:
Link
UPBROADCASTRUNNINGMULTICASTMTU:
1500Metric:
1
RXpackets:
2819errors:
0dropped:
0overruns:
0frame:
0
TXpackets:
76errors:
0dropped:
0overruns:
0carrier:
0
collisions:
0txqueuelen:
1000
RXbytes:
241609（235.9KiB）TXbytes:
9596（9.3KiB）
loLinkencap:
LocalLoopback
inetaddr:
127.0.0.1Mask:
255.0.0.0
inet6addr:
:
:
1/128Scope:
Host
UPLOOPBACKRUNNINGMTU:
16436Metric:
1
RXpackets:
2713errors:
0dropped:
0overruns:
0frame:
0
TXpackets:
2713errors:
0dropped:
0overruns:
0carrier:
0
collisions:
0txqueuelen:
0
RXbytes:
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-in
KernelInterfacetable
IfaceMTUMetRX-OKRX-ERRRX-DRPRX-OVRTX-OKTX-ERRTX-DRPTX-OVRFlg
eth0150001774000587000BMRU
lo16436026670002667000LRU
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。
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
1如果IP数据包的TTL（生命周期）以到，则该IP数据包就被抛弃。
2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
3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。
4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。
5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
6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11111111.11111111.11111111.00000000）对于刚才的那个B类地址，因为210.30是网络号，那么后面的109.134就是子网号和主机号的组合，又因为子网掩码只有后八bit为0，所以主机号就是IP地址的后八个bit，就是134，而剩下的就是子网号码－－109。
2.ARP协议
还记得数据链路层的以太网的协议中，每一个数据包都有一个MAC地址头么？
我们知道每一块以太网卡都有一个MAC地址，这个地址是唯一的，那么IP包是如何知道这个MAC地址的？
这就是ARP协议的工作。
ARP（地址解析）协议是一种解析协议，本来主机是完全不知道这个IP对应的是哪个主机的哪个接口，当主机要发送一个IP包的时候，会首先查一下自己的ARP高速缓存（就是一个IP-MAC地址对应表缓存），如果查询的IP－MAC值对不存在，那么主机就向网络发送一个ARP协议广播包，这个广播包里面就有待查询的IP地址，而直接收到这份广播的包的所有主机都会查询自己的IP地址，如果收到广播包的某一个主机发现自己符合条件，那么就准备好一个包含自己的MAC地址的ARP包传送给发送ARP广播的主机，而广播主机拿到ARP包后会更新自己的ARP缓存（就是存放IP-MAC对应表的地方）。
发送广播的主机就会用新的ARP缓存数据准备好数据链路层的的数据包发送工作。
一个典型的arp缓存信息如下，在任意一个系统里面用“arp-a”命令:
Interface:
192.168.11.3---0x2
InternetAddressPhysicalAddressType
192.168.11.100-0d-0b-43-a0-2fdynamic
192.168.11.200-01-4a-03-5b-eadynamic
都会得到这样的结果。
这样的高速缓存是有时限的，一般是20分钟（伯克利系统的衍生系统）。
3.RARP协议（略）
TCP/IP详解学习笔记（4）-ICMP协议，ping和Traceroute
1.IMCP协议介绍
前面讲到了，IP协议并不是一个可靠的协议，它不保证数据被送达，那么，自然的，保证数据送达的工作应该由其他的模块来完成。
其中一个重要的模块就是ICMP（网络控制报文）协议。
当传送IP数据包发生错误－－比如主机不可达，路由不可达等等，ICMP协议将会把错误信息封包，然后传送回给主机。
给主机一个处理错误的机会，这也就是为什么说建立在IP层以上的协议是可能做到安全的原因。
ICMP数据包由8bit的错误类型和8bit的代码和16bit的校验和组成。
而前16bit就组成了ICMP所要传递的信息。
书上的图6－3清楚的给出了错误类型和代码的组合代表的意思。
尽管在大多数情况下，错误的包传送应该给出ICMP报文，但是在特殊情况下，是不产生ICMP错误报文的。
如下：
1ICMP差错报文不会产生ICMP差错报文（出IMCP查询报文）（防止IMCP的无限产生和传送）
2目的地址是广播地址或多播地址的IP数据报。
3作为链路层广播的数据报。
4不是IP分片的第一片。
5源地址不是单个主机的数据报。
这就是说，源地址不能为零地址、环回地址、广播地址或多播地址。
虽然里面的一些规定现在还不是很明白，但是所有的这一切规定，都是为了防止产生ICMP报文的无限传播而定义的。
ICMP协议大致分为两类，一种是查询报文，一种是差错报文。
其中查询报文有以下几种用途:
6ping查询（不要告诉我你不知道ping程序）
7子网掩码查询（用于无盘工作站在初始化自身的时候初始化子网掩码）
8时间戳查询（可以用来同步时间）
而差错报文则产生在数据传送发生错误的时候。
就不赘述了。
2.ICMP的应用--ping
ping可以说是ICMP的最著名的应用，当我们某一个网站上不去的时候。
通常会ping一下这个网站。
ping会回显出一些有用的信息。
一般的信息如下:
Replyfrom10.4.24.1:
bytes=32time<1msTTL=255
Replyfrom10.4.24.1:
bytes=32time<1msTTL=255
Replyfrom10.4.24.1:
bytes=32time<1msTTL=255
Replyfrom10.4.24.1:
bytes=32time<1msTTL=255
Pingstatisticsfor10.4.24.1:
Packets:
Sent=4,Received=4,Lost=0（0%loss）,
Approximateroundtriptimesinmilli-seconds:
Minimum=0ms,Maximum=0ms,Average=0ms
ping这个单词源自声纳定位，而这个程序的作用也确实如此，它利用ICMP协议包来侦测另一个主机是否可达。
原理是用类型码为0的ICMP发请求，受到请求的主机则用类型码为8的ICMP回应。
ping程序来计算间隔时间，并计算有多少个包被送达。
用户就可以判断网络大致的情况。
我们可以看到，ping给出来了传送的时间和TTL的数据。
我给的例子不太好，因为走的路由少，有兴趣地可以ping一下国外的网站比如，就可以观察到一些丢包的现象，而程序运行的时间也会更加的长。
ping还给我们一个看主机到目的主机的路由的机会。
这是因为，ICMP的ping请求数据报在每经过一个路由器的时候，路由器都会把自己的ip放到该数据报中。
而目的主机则会把这个ip列表复制到回应icmp数据包中发回给主机。
但是，无论如何，ip头所能纪录的路由列表是非常的有限。
如果要观察路由，我们还是需要使用更好的工具，就是要讲到的Traceroute（windows下面的名字叫做tracert）。
3.ICMP的应用--Traceroute
Traceroute是用来侦测主机到目的主机之间所经路由情况的重要工具，也是最便利的工具。
前面说到，尽管ping工具也可以进行侦测，但是，因为ip头的限制，ping不能完全的记录下所经过的路由器。
所以Traceroute正好就填补了这个缺憾。
Traceroute的原理是非常非常的有意思，它受到目的主机的IP后，首先给目的主机发送一个TTL=1（还记得TTL是什么吗？
）的UDP（后面就知道UDP是什么了）数据包，而经过的第一个路由器收到这个数据包以后，就自动把TTL减1，而TTL变为0以后，路由器就把这个包给抛弃了，并同时产生一个主机不可达的ICMP数据报给主机。
主机收到这个数据报以后再发一个TTL=2的UDP数据报给目的主机，然后刺激第二个路由器给主机发ICMP数据报。
如此往复直到到达目的主机。
这样，traceroute就拿到了所有的路由器ip。
从而避开了ip头只能记录有限路由IP的问题。
有人要问，我怎么知道UDP到没到达目的主机呢？
这就涉及一个技巧的问题，TCP和UDP协议有一个端口号定义，而普通的网络程序只监控少数的几个号码较小的端口，比如说80,比如说23,等等。
而traceroute发送的是端口号>30000（真变态）的UDP报，所以到达目的主机的时候，目的主机只能发送一个端口不可达的ICMP数据报给主机。
主机接到这个报告以后就知道，主机到了，所以，说Traceroute是一个骗子一点也不为过:
）
Traceroute程序里面提供了一些很有用的选项，甚至包含了IP选路的选项，请察看man文档来了解这些，这里就不赘述了。
TCP/IP详解学习笔记（5）-IP选路，动态选路，和一些细节
1.静态IP选路
1.1.一个简单的路由表
选路是IP层最重要的一个功能之一。
前面的部分已经简单的讲过路由器是通过何种规则来根据IP数据包的IP地址来选择路由。
这里就不重复了。
首先来看看一个简单的系统路由表。
DestinationGatewayGenmaskFlagsMetricRefUseIface
192.168.11.0*255.255.255.0U000eth0
169.254.0.0*255.255.0.0U000eth0
default192.168.11.10.0.0.0UG000eth0
对于一个给定的路由器，可以打印出五种不同的flag。
1U表明该路由可用。
2G表明该路由是到一个网关。
如果没有这个标志，说明和Destination是直连的，而相应的Gateway应该直接给出Destination的地址。
3H表明该路由是到一个主机，如果没有该标志，说明Destination是一个网络，换句话说Destination就应该写成一个网络号和子网号的组合，而不包括主机号（主机号码处为0），例如192.168.11.0
4D表明该路由是为重定向报文创建的
5M该路由已经被重定向报文修改
U没啥可说的，G说明这是一个网关，如果你要发数据给Destination，IP头应该写Destination的IP地址，而数据链路层的MAC地址就应该是GateWay的Mac地址了；反之，如果没有G标志，那么数据链路层和IP层的地址应该是对应的。
H说明了Destination的性质，如果是H的，则说明该地址是一个完整的地址，既有网络号又有主机号，那么再匹配的时候就既要匹配网络号，又要匹配主机号；反之，Destination就代表一个网络，在匹配的时候只要匹配一下网络号就可以了。
这样，IP选路的方式就可以更加具体化了。
如下
6首先用IP地址来匹配那些带H标志的DestinationIP地址。
7如果1失败就匹配那些网络地址。
8如果2失败就发送到Default网关
顺便提一下那个GenMask（还记得子网掩码么），它指定了目的地址的子网号，例如第一条的子网就是11。
1.2.其他有关路由表的知识
一般，我们在配置好一个网络接口的时候，一个路由就被直接创建好了。
当然我们也可以手动添加路由。
用routeadd命令就可以了。
而当一个IP包在某一个路由器的时候发现没有路由可走，那么该路由器就会给源主机发送“主机不可达”或者“网络不可达”的ICMP包来报错。
注意，一般的操作系统默认是没有路由功能的，这需要自己配置。
这些历史原因就不细说了，
1.3.ICMP的IP重定向报文和路由发现报文
当IP包在某一个地方转向的时候，都回给发送IP报的源主机一个ICMP重定向报文，而源主机就可以利用这个信息来更新自己的路由表，这样，随着网络通信的逐渐增多，路由表也就越来越完备，数据转发的速度也会越来越快。
我们需要注意的是：
9重定向报文只能由路由器发出。
10重定向报文为主机所用，而不是为路由器所用。
在主机引导的时候，一般会发送在网内广播一个路由请求的ICMP报文，而多个路由器则会回应一个路由通告报文。
而且，路由其本身不定期的在网络内发布路由通告报文，这样，根据这些报文，每一个主机都会有机会建立自己的路由表
升级会员 