tcp和ip总结.docx
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tcp和ip总结
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所见所想所得
TCP/IP学习笔记（全）
作者：
xchbin
发表时间：
2004-04-2709:
22:
37
更新时间：
2004-04-2709:
22:
37
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一、 TCP/IP结构：
TCP/IP是一个四层协议，结构如下：
1、应用层：
各种应用程序和协议，如Http、FTP等。
2、传输层：
TCP和UDP
TCP提供一种可靠的运输层服务，但UDP是不可靠的，不能保证数据报到正确到达目的地。
3、网络层：
IP、IGMP、ICMP
IP提供的是一种不可靠的服务，也就是尽可能块地把分组从源节点送到目的节点，但并
不提供任何可靠性保证。
ICMP是IP的附属协议，主要用来交换错误报文，IGMP是组管理协议，用来将UDP数据报多播到多个主机。
4、链路层：
设备驱动程序和网卡等
二、 IP地址和子网掩码
要学习TCP/IP协议，首先要提到的是IP地址。
每台主机的IP地址是一个32位的二进制数。
每个IP地址被分割位两部分：
前缀和后缀。
前缀用来确定计算机从属的物理网络，后缀用来确定网络上单独的计算机。
互联网上每一个物理网络都有一个唯一的值作为网络号，该网络号必须全球一致。
1、IP地址分类：
IP地址分位五类：
A类、B类、C类、D类、E类，其中A类、B类和C类为基本类，D类用于多播，E类属于保留类，现在不用。
它们的格式如下（其中*代表网络号）：
A类：
0******* XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX
B类：
10****** ******** XXXXXXXX XXXXXXXX
C类：
110***** ******** ******** XXXXXXXX
D类：
1110**** XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX
E类：
1111**** XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX
这样，A类地址的范围为：
0.0.0.0-127.255.255.255
B类地址的范围为：
128.0.0.0-191.255.255.255
C类地址的范围为：
192.0.0.0-223.255.255.255
D类地址的范围为：
224.0.0.0-239.255.255.255
E类地址的范围为：
240.0.0.0-247.255.255.266
◆ 几个特殊IP地址
网络地址：
IP地址中主机地址全为0的地址，如128.211.0.0。
广播地址：
IP地址中主机地址全为1的地址，如128.211.255.255。
环回地址：
127.0.0.1，主要用于测试。
2、子网掩码：
现在的主机都要求支持子网掩码，不再把IP地址看成为由单纯的一个网络号和一个主机号组成，而是把主机号再分成一个子网号和一个主机号。
例如一个B类地址（140.252），在剩下的16位中，8位用于子网号，8位用于主机号，这样就允许254个子网，每个子网就可以有254台主机。
为了确定多少位用于子网号，多少位用于主机号，这就要用到子网掩码了。
其中值为1的位留给网络号和子网号，为0的位留给主机号。
三、 数据包的封装和分用
1、 封装：
应用程序→TCP/UDP→IP→以太网
2、 分用：
以太网←IP←TCP/UDP←应用程序
以太网
首部
（14） IP首部
（20） TCP首
部（20） 应用数据 以太网
尾部（4）
四、 IP首部：
IP协议是TCP/IP协议族中最核心的协议，所有的TCP、UDP、ICMP和IGMP数据都以IP数据报格式传输。
IP传输的两个特点：
不可靠和无连接。
IP协议并不保证数据报能成功地到达目的地，也不维护后续数据报的状态信息。
必须由上层协议处理。
4位
版本 4位首
部长度 8位服务类型 16位总长度（字节数）
16位标识 3位
标志 13位片偏移
8位TTL 8位协议 16位首部检验和
32位源IP地址
32位目的IP地址
IP首部定义：
typedef struct ip_hdr
{
unsigned char ip_verlen; // 4-bit 版本号
// 4-bit 首部长度 （in 32-bit words）
unsigned char ip_tos; // IP 服务类型
unsigned short ip_totallength; // 总长度（字节数）
//第一个32位
unsigned short ip_id; // 标识
unsigned short ip_offset; //3位标志，13位分片偏移，
#define IP_DF 0x4000 //0x4000 don''t fragment flag
#define IP_MF 0x2000 //0x2000 more fragment flag
#define IP_OFFMASK 0x1fff //0x1fff mask for fragmenting bits
//第二个32位
unsigned char ip_ttl; // 生存时间
unsigned char ip_protocol; // 上层协议
unsigned short ip_checksum; // 首部检验和
//第三个32位
unsigned int ip_srcaddr; // 源IP地址
//第四个32位
unsigned int ip_destaddr; // 目的IP地址
//第五个32位
} ip,IPV4_HDR, *PIPV4_HDR, FAR * LPIPV4_HDR;
说明：
ip_verlen前4位目前为4，表示为IPv4，后4位为5，表示首部长度为5X4=20个字节。
ip_tos为服务类型（type of service），aaabbbbc，aaa为优先权子字段，现在已被忽略，bbbb为TOS子字段，代表：
最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用，c未使用必须为0。
如果bbbb均为0，则表示为一般服务。
目前大多数TCP/IP实现都不支持TOS特性。
ip_totallength为IP数据报的总长度，以字节为单位，因此理论最大值为65535，但实际是不可能的。
ip_id为唯一标识主机发送的每一个数据报，通常每发一份它的值就会加1。
ip_off前3位标志abc,a为保留，必须为0，b为不分片标志,c为更多分片标志。
ip_off后13位为分片位置，以8字节为单位计算。
因此，除最后一个分片外，其他每个分片都希望是一个8字节倍数的数据，从而使后面的分片从8字节边界开始。
ip_ttl为IP报的生存周期，每经过一个路由器就减1，如果该字段为0，则该数据报被丢弃。
ip_protocol：
1=ICMP,2=IGMP,3=TCP,17=UDP
ip_checksum为数据报的首部检验和。
计算方法如下：
USHORT checksum（ip *ip, int size）
{
unsigned long cksum=0;
while （size > 1）
{
cksum += * （（USHORT*）ip ）++;
size -= sizeof（USHORT）;
}
if （size）
{
cksum +=（USHORT） *（UCHAR*）ip;
}
cksum = （cksum >> 16） + （cksum & 0xffff）;
cksum += （cksum >>16）;
return （USHORT）（~cksum）;
}
ICMP、IGMP、TCP和UDP协议也采用相同的检验和算法。
五、 端口号：
TCP/UDP都使用一个16bit地端口号来表示不同地程序。
1、 知名端口：
一般介于1～255之间，例如：
FTP的TCP端口号是21。
2、 临时端口，由于客户端对端口号一般并不关心，只需保证唯一就可以了，所以系统一般分配临时端口号。
六、 链路层：
（以以太网为例，地址为48bit）
1、 链路层的功能：
◆ 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模块发送RARP请求和接收RARP应答
2、 以太网的封装，以太网IP数据报的封装在RFC 894中定义的：
目的地址
（6） 源地址
（6） 类型
（2） 数据（46-1500），包括IP、ARP、RARP CRC
（4）
对于ARP和RARP请求/应答数据报大小只有28字节，为了达到46字节的最小长度，必须在后面添加18字节的填充字节。
七、 环回地址：
一般把127.0.0.1分配给这个接口，并命名为localhost，一个发给环回接口的IP数据报不能在任何网络上出现。
1、 传给环回地址的任何数据均作为IP输入。
2、 传给广播地址和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。
3、 任何传给该主机IP地址的数据均送到环回接口。
八、 最大传输单元MTU：
以太网对数据帧的长度都有限制，其最大值为1500。
链路层的这个特性叫做最大传输单元MTU。
如果一个IP数据报比MTU大，那IP层就必须进行分片，把数据报分为若干片。
如果两台主机间的通信要通过多个网络时，那么每个网络的链路层可能有不同的MTU。
重要的不是两台主机所在网络的MTU，重要的是两台主机路径中的最小MTU，它被成为路径MTU。
九、 IP路由选择
如果目的主机与源主机直接相连或都在一个共享网络上，那么IP数据报就直接送到目的主机上。
否则主机就会把数据报发送到一个默认的路由器上，由该路由器来转发该数据报。
IP层在内存中有一个路由表，当收到一份数据报并进行发送时，它都要对该表搜索一次。
当数据报来自某个网络接口时，IP首先检查目的IP地址是否为本机的IP地址之一或者IP广播地址。
如果是这样，数据报就被送到由IP首部协议字段所指定的协议模块进行处理，否则如果IP层被设置为路由器的功能，那么就对数据报进行转发，否则丢弃数据报。
我们来看看路由表是什么：
C:
\WINNT\system32>route PRINT
==========================================================================
Interface List
0x1 ........................... MS TCP Loopback interface
0x1000003 ...00 08 02 ca 2d 11 ...... Intel 8255x-based Integrated Fast Ethernet
==========================================================================
Active Routes:
Network Destination Netmask Gateway Interface Metric
目的地 掩码 网关 主机
0.0.0.0 0.0.0.0 192.1.8.26 192.1.8.84 1
127.0.0.0 255.0.0.0 127.0.0.1 127.0.0.1 1
192.1.8.0 255.255.255.0 192.1.8.84 192.1.8.84 1
192.1.8.84 255.255.255.255 127.0.0.1 127.0.0.1 1
192.1.8.255 255.255.255.255 192.1.8.84 192.1.8.84 1
224.0.0.0 224.0.0.0 192.1.8.84 192.1.8.84 1
255.255.255.255 255.255.255.255 192.1.8.84 192.1.8.84 1
Default Gateway:
192.1.8.26
==================================================================
IP路由的主要功能：
1、 搜索路由表，寻找与目的IP地址完全匹配的表目，如果找到，则将数据报发给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口。
2、 搜索路由表，寻找能与目的网络号相匹配的表目，如果找到，则将数据报发给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口。
一、 ARP：
地址解析协议
先看：
C:
\document. and Settings\xiaoj>arp -a
Interface:
192.1.8.84 on Interface 0x1000003
Internet Address Physical Address Type
192.1.8.12 00-0b-cd-03-c4-27 dynamic
192.1.8.15 00-0d-9d-93-09-f5 dynamic
192.1.8.18 00-e0-18-c1-86-3d dynamic
192.1.8.26 00-80-2d-78-4f-81 dynamic
192.1.8.33 00-0b-cd-0f-a4-c5 dynamic
192.1.8.38 00-30-6e-36-5f-99 dynamic
192.1.8.86 00-0b-cd-b8-0c-ae dynamic
192.1.8.247 00-50-ba-e5-20-af dynamic
192.1.8.248 00-0d-56-19-ba-56 dynamic
第一列显示的是主机的IP地址，第二列就是主机的网卡MAC地址。
ARP协议就是提供IP地址到对应的硬件地址提供动态映射。
这个过程一般是系统自动完成的。
ARP发送一份ARP请求给以太网上的主机,该请求中包含目的主机的IP地址，其意思是“如果你是这个IP的拥有者，请回答你的硬件地址”。
当目的主机的ARP层收到这份广播报文时，识别出这是发送端在询问它的IP地址，于是就会发送一个ARP应答，这个ARP应答包括IP地址及对应的硬件地址。
二、 ARP分组格式
以太网目的地址6 以太网源地址6 帧类型2 硬件类型2 协议类型2 硬件地址长度
1 协议地址长度1 请求应答1 发送者硬件地址6 发送者IP地址
4 目的硬件地址6 目的IP地址4
先看定义：
//ARP首部
struct arphdr（
u_short ar_hrd; //硬件类型
u_short ar_pro; //协议类型
u_char ar_hln; //硬件地址长度
u_char ar_pln; //协议地址长度
u_short ar_op; // 请求还是应答
u_char arp_sha[6]; //发送者硬件地址
u_char arp_spa[4]; //发送者IP地址
u_char arp_tha[6]; //目的硬件地址
u_char arp_tpa[4]; //目的IP地址
u_char arp_zero[18]; //填充字段
};
说明：
◆以太网目的地址全为1的特殊地址为广播地址。
◆ 以太网帧类型ARP对应的值为0x0806。
◆ 硬件类型表示硬件地址的类型，以太网为1。
◆ 协议类型字段表示要映射的协议地址类型，IP地址对应的值为0x0800。
◆ 硬件地址长度：
以太网为6。
◆ 协议地址长度：
以太网为4，即IP地址长度。
◆ 操作字段：
ARP请求＝1，ARP应答＝2，RARP请求＝3，RARP应答＝4。
◆ 当系统收到一份目的端为本机的ARP请求报文时，它就把硬件地址填进去，然后用两个目的端地址分别替换两个发送端地址，并把操作字段置为2，最后把它发送出去。
三、 ARP代理：
如果ARP请求是从一个网络的主机发往另一个网络的主机，那么连接这两个网络的路由器可以回答该请求，这个过程称为ARP代理，这样可以欺骗发起ARP请求的发送端，使它误以为路由器就是目的主机。
四、 免费ARP
指主机启动时发送ARP查找自己的IP地址，主要作用：
1、 查找网络上有没有相同的IP地址。
2、 更新ARP缓存。
五、 RARP协议：
逆地址解析协议，这里就不详细介绍了。
RARP协议一般用于无盘工作站，根据硬件地址查找IP地址。
RARP分组格式与ARP分组格式相同。
六、 ICMP协议：
Internet控制报文协议：
ICMP经常被认为是IP层的一个组成部分，它传递差错报文以及其他需要注意的事项。
ICMP报文通常被IP层或更高层协议（TCP或UDP）使用。
ICMP报文是在IP数据报内部被传输的。
ICMP报文包差错报文和查询报文。
报文格式如下：
8位类型 8位代码 16位检验和
不同类型和代码有不同的内容
类型字段可以有15个不同的值（0、3－5、8－18）。
某些报文还使用代码字段来进一步描述不同的条件。
检验和字段覆盖整个ICMP报文，与IP首部检验和算法是一样的。
以下情况不会产生ICMP差错报文：
◆ ICMP差错报文
◆ 目的地址为广播地址或者多播地址
◆ 作为链路层的数据报
◆ 不是IP分片的第一片
◆ 源地址不是单个主机的数据报，也即源地址不能为0地址、环回地址、广播地址或多播地址
七、 ICMP地址掩码请求与应答：
ICMP地址掩码请求用于无盘系统在引导过程中获取自己的子网掩码，系统广播它的ICMP请求报文。
ICMP地址掩码请求和应答报文格式如下：
类型（17或18） 代码（0） 检验和
标识符 序列号
32位子网掩码
ICMP报文中的标识符和序列号由发送端任意选择设定，这些值在应答中将被返回。
struct icmp_mask{
unsigned char icmp_type; //类型
unsigned char icmp_code; //代码
unsigned short icmp_checksum; //检验和
unsigned short icmp_id; //标识符
unsigned short icmp_sequence; //序列号
unsigned long icmp_mask; //32位子网掩码
};
说明：
RFC规定，除非是地址掩码的授权代理，否则不能发送地址掩码应答。
向本机IP地址和环回地址发送地址掩码请求结果是一样的。
八、 ICMP时间戳请求与应答：
ICMP时间戳请求允许系统向另一个系统查询当前时间，返回的是自午夜开始记算的毫秒数。
调用者必须通过其他方法获取当前时间。
ICMP时间戳请求与应答报文格式如下：
类型（13或14） 代码（0） 检验和
标识符 序列号
发起时间戳
接收时间戳
传送时间戳
请求端填写发起时间戳，然后发送报文。
应答系统收到报文填写接收时间戳，发送应答时填写发送时间戳。
实际上，大多数实现将后两个字段一般设置为一样的。
struct icmp_time{
unsigned char icmp_type; //类型
unsigned char icmp_code; //代码
unsigned short icmp_checksum; //检验和
unsigned short icmp_id; //标识符
unsigned short icmp_sequence; //序列号
unsigned long icmp_request_time; //发起时间戳
unsigned long icmp_receive_time; //接收时间戳
unsigned long icmp_send_time; //传送时间戳
};
九、 ICMP端口不可达差错
主机如果收到一份UDP数据报而目的端口与某个正在使用的进程，那么UDP返回一个ICMP不可达报文。
报文格式如下：
类型3 代码（0－15） 检验和
保留（必须为0）
IP首部＋原始IP数据报中数据的前8个字节
当代码为4时，路径MTU发现机制允许路由器把外出接口的MTU填在这个32bit的低16bit中。
struct icmp_unreach{
unsigned char icmp_type; //类型
unsigned char icmp_code; //代码
unsigned short icmp_checksum; //检验和
unsigned long icmp_zero; //保留
unsigned char icmp_ip[28]; //IP首部＋原始IP数据报中前8个字节，也就是地址信息
}
一、Ping程序：
先看：
//ping C:
\WINNT\system32>ping svr00804 Pinging [192.1.8.12] with 32 bytes of data:
Reply from 192.1.8.12:
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