關(guān)于Tcp及Ip協(xié)議.doc

這個tcp/ip的教程時主要是考慮到現(xiàn)在的網(wǎng)際網(wǎng)路幾乎全都是基于tcp/ip協(xié)議的，所以我們應該明白的一點就是這個tcp/ip的架構(gòu)究竟是什么？它怎樣為我們服務。它成為被稱作“全球互聯(lián)網(wǎng)”或“因特網(wǎng)(Internet)”的基礎，能夠?qū)⒔^大部分的計算機連接起來，不管你用什么操作系統(tǒng)，可見tcp/ip體系是本世紀互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根本基石。對于網(wǎng)絡程序員來說；了解tcp/ip的機理，可以有構(gòu)造任何網(wǎng)絡應用程序的基本要素，什么winsocket，串口通訊等等甚至木馬，你都會迎刃而解。 一 首先說說網(wǎng)絡協(xié)議的層次，網(wǎng)絡協(xié)議通常分不同層次進行開發(fā)，每一層分別負責不同的通信功能。一個協(xié)議族，比如T C P / I P，是一組不同層次上的多個協(xié)議的組合。 (1) 鏈路層，有時也稱作數(shù)據(jù)鏈路層或網(wǎng)絡接口層，通常包括操作系統(tǒng)中的設備驅(qū)動程序和計算中對應的網(wǎng)絡接口卡。它們一起處理與電纜（或其他任何傳輸媒介）的物理接口細節(jié)。 (2) 網(wǎng)絡層，有時也稱作互聯(lián)網(wǎng)層，處理分組在網(wǎng)絡中的活動，例如分組的選路。在T C P / I P協(xié)議族中，網(wǎng)絡層協(xié)議包括I P協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議），I C M P協(xié)議（I n t e r n e t互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議），以及I G M P協(xié)議（I n t e r n e t組管理協(xié)議）。 (3)運輸層,主要為兩臺主機上的應用程序提供端到端的通信。在T C P / I P協(xié)議族中，有兩個互不相同的傳輸協(xié)議： T C P（傳輸控制協(xié)議）和U D P（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）。T C P為兩臺主機提供高可靠性的數(shù)據(jù)通信。它所做的工作包括把應用程序交給它的數(shù)據(jù)分成合適的小塊交給下面的網(wǎng)絡層，確認接收到的分組，設置發(fā)送最后確認分組的超時時鐘等。由于運輸層提供了高可靠性的端到端的通信，因此應用層可以忽略所有這些細節(jié)。而另一方面， U D P則為應用層提供一種非常簡單的服務。它只是把稱作數(shù)據(jù)報的分組從一臺主機發(fā)送到另一臺主機，但并不保證該數(shù)據(jù)報能到達另一端。任何必需的可靠性必須由應用層來提供。 應用層 Telnet、FTP和e-mail等 運輸層 TCP和UDP 網(wǎng)絡層 IP、ICMP和IGMP 鏈路層 設備驅(qū)動程序及接口卡 (4)應用層,負責處理特定的應用程序細節(jié)。幾乎各種不同的T C P / I P實現(xiàn)都會提供下面這些通用的應用程序：?Telnet 遠程登錄，F(xiàn)TP 文件傳輸協(xié)議，SMTP 簡單郵件傳送協(xié)議，SNMP 簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議，現(xiàn)在想要給大家說的是大多數(shù)的網(wǎng)絡應用程序都被設計成客戶服務器模式在同一層上，雙方都有對應的一個或多個協(xié)議進行通信。例如，某個協(xié)議允許T C P層進行通信，而另一個協(xié)議則允許兩個I P層進行通信。 這里實際上就是說應用層本身本不注意數(shù)據(jù)的傳遞和交換，它一般只是一個用戶進程，而上面我提到的運輸層及其以下的三層的目的就是處理通信的過程，他們不管你應用程序的事，分工明確。二 還有一個概念問題，我們平時所聽到的諸如tcp，ip，ftp等等，實際上協(xié)議本身是獨立的，tcp是運輸層協(xié)議，ip是網(wǎng)絡層協(xié)議T C P / I P協(xié)議族是一組不同的協(xié)議組合在一起構(gòu)成的協(xié)議族。盡管通常稱該協(xié)議族為T C P / I P，但T C P和I P只是其中的兩種協(xié)議而已（該協(xié)議族的另一個名字是I n t e r n e t協(xié)議族(Internet Protocol Suite)）網(wǎng)絡接口層和應用層的目的是很顯然的前者處理有關(guān)通信媒介的細節(jié)（以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等），而后者處理某個特定的用戶應用程序（ F T P、Te l n e t等）。但是，從表面上看，網(wǎng)絡層和運輸層之間的區(qū)別不那么明顯。 構(gòu)造互連網(wǎng)最簡單的方法是把兩個或多個網(wǎng)絡通過路由器進行連接。它是一種特殊的用于網(wǎng)絡互連的硬件盒。路由器的好處是為不同類型的物理網(wǎng)絡提供連接：以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、點對點的鏈接和F D D I（光纖分布式數(shù)據(jù)接口）等等。這些盒子也稱作I P路由器（IP Router），但我們這里使用路由器( R o u t e r )這個術(shù)語。 從歷史上說，這些盒子稱作網(wǎng)關(guān)（ g a t e w a y），在很多T C P / I P文獻中都使用這個術(shù)語。 現(xiàn)在網(wǎng)關(guān)這個術(shù)語只用來表示應用層網(wǎng)關(guān)：一個連接兩種不同協(xié)議族的進程（例如，TCP/IP和IBM的SNA），它為某個特定的應用程序服務（常常是電子郵件或文件傳輸）。在T C P / I P協(xié)議族中，網(wǎng)絡層I P提供的是一種不可靠的服務。也就是說，它只是盡可能快地把分組從源結(jié)點送到目的結(jié)點，但是并不提供任何可靠性保證。而另一方面， T C P在不可靠的I P層上提供了一個可靠的運輸層。為了提供這種可靠的服務， T C P采用了超時重傳、發(fā)送和接收端到端的確認分組等機制。由此可見，運輸層和網(wǎng)絡層分別負責不同的功能。至于那些機制是如何工作的，我也是肯定不知道的，呵呵，有電信學方面愛好的朋友可以深入研究一下。 三 這里又有一個新概念：multihomed，任何具有多個接口的系統(tǒng)，英文都稱作是多接口的。你也許和我一樣會問：我們的主機也是多接口的，可以作router嗎？我們一個主機也可以有多個接口，但一般不稱作路由器, 除非它的功能只是單純地把分組從一個接口傳送到另一個接口。同樣，路由器并不一定指那種在互聯(lián)網(wǎng)中用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的特殊硬件盒。大多數(shù)的T C P / I P實現(xiàn)也允許一個多接口主機來擔當路由器的功能，但是主機為此必須進行特殊的配置。在這種情況下，我們既可以稱該系統(tǒng)為主機（當它運行某一應用程序時，如F T P或Te l n e t），也可以稱之為路由器（當它把分組從一個網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡時），在不同的場合下使用不同的術(shù)語。 然后我說說網(wǎng)橋，連接網(wǎng)絡的另一個途徑是使用網(wǎng)橋。網(wǎng)橋是在鏈路層上對網(wǎng)絡進行互連，而路由器則是在網(wǎng)絡層上對網(wǎng)絡進行互連。網(wǎng)橋使得多個局域網(wǎng)（ L A N）組合在一起，這樣對上層來說就好像是一個局域網(wǎng)。四 TCP /IP傾向于使用路由器而不是網(wǎng)橋來連接網(wǎng)絡，因此我們將著重介紹路由器,其實主要是資料一般比較注重講這個，我也不能省啊，了解的朋友不要打瞌睡。T C P和U D P是兩種最為著名的運輸層協(xié)議，二者都使用I P作為網(wǎng)絡層協(xié)議。雖然T C P使用不可靠的I P服務，但它卻提供一種可靠的運輸層服務。I P是網(wǎng)絡層上的主要協(xié)議，同時被T C P和U D P使用。T C P和U D P的每組數(shù)據(jù)都通過端系統(tǒng)和每個中間路由器中的I P層在互聯(lián)網(wǎng)中進行傳輸。I C M P是I P協(xié)議的附屬協(xié)議。I P層用它來與其他主機或路由器交換錯誤報文和其他重要信息。I C M P是I P協(xié)議的附屬協(xié)議。I P層用它來與其他主機或路由器交換錯誤報文和其他重要信息。大家先對這些協(xié)議有一個印象，以后我們再繼續(xù)探討。 關(guān)于ip地址，我想不應該多說了吧，I P地址長32 bit，我們平時說ip有三類地址格式，實際上一共有五類:前三類我就不說了，最基本的，現(xiàn)在說說d類和e類。 d：1 1 1 0 然后是28位的多播組號 e：1 1 1 1 0 后面27位留待后用 這些3 2位的地址通常寫成四個十進制的數(shù)，其中每個整數(shù)對應一個字節(jié)。這種表示方法稱作“點分十進制表示法（ Dotted decimal notation）”。需要再次指出的是，多接口主機具有多個I P地址，其中每個接口都對應一個I P地址。 由于互聯(lián)網(wǎng)上的每個接口必須有一個唯一的I P地址，因此必須要有一個管理機構(gòu)為接入互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡分配I P地址。這個管理機構(gòu)就是互聯(lián)網(wǎng)絡信息中心（ Internet Network InformationC e n t r e），稱作I n t e r N I C。I n t e r N I C只分配網(wǎng)絡號。主機號的分配由系統(tǒng)管理員來負責。有三類I P地址：單播地址（目的為單個主機）、廣播地址（目的端為給定網(wǎng)絡上的所有主機）以及多播地址（目的端為同一組內(nèi)的所有主機），不同于上面的分類方法了。 五 域名解析系統(tǒng)（dns）：盡管通過I P地址可以識別主機上的網(wǎng)絡接口，進而訪問主機，但是人們最喜歡使用的還是主機名。在T C P / I P領(lǐng)域中，域名系統(tǒng)（ D N S）是一個分布的數(shù)據(jù)庫，由它來提供I P地址和機名之間的映射信息。六 現(xiàn)在說說tcp/ip的封裝：當應用程序用T C P傳送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)被送入?yún)f(xié)議棧中，然后逐個通過每一層直到被當作一串比特流送入網(wǎng)絡。其中每一層對收到的數(shù)據(jù)都要增加一些首部信息（有時還要增加尾部信息），T C P傳給I P的數(shù)據(jù)單元稱作T C P報文段或簡稱為T C P段（T C Ps e g m e n t）。I P傳給網(wǎng)絡接口層的數(shù)據(jù)單元稱作I P數(shù)據(jù)報(IP datagram)。通過以太網(wǎng)傳輸?shù)谋忍亓鞣Q作幀(Fr a m e )。 更準確地說，I P和網(wǎng)絡接口層之間傳送的數(shù)據(jù)單元應該是分組（ p a c k e t）。我覺得也可以認為是數(shù)據(jù)包。分組既可以是一個I P數(shù)據(jù)報，也可以是I P數(shù)據(jù)報的一個片（f r a g m e n t），我認為這是最合理而仔細的解釋了，而有些國內(nèi)的資料在這里是籠統(tǒng)的。 U D P數(shù)據(jù)與T C P數(shù)據(jù)基本一致。唯一的不同是U D P傳給I P的信息單元稱作U D P數(shù)據(jù)報（UDP datagram），而且U D P的首部長為8字節(jié)。由于T C P、U D P、I C M P和I G M P都要向I P傳送數(shù)據(jù)，因此I P必須在生成的I P首部中加入某種標識，以表明數(shù)據(jù)屬于哪一層。為此， I P在首部中存入一個長度為8 b i t的數(shù)值，稱作協(xié)議域。1表示為I C M P協(xié)議， 2表示為I G M P協(xié)議， 6表示為T C P協(xié)議， 1 7表示為U D P協(xié)議。類似地，許多應用程序都可以使用T C P或U D P來傳送數(shù)據(jù)。運輸層協(xié)議在生成報文首部時要存入一個應用程序的標識符。T C P和U D P都用一個1 6 b i t的端口號來表示不同的應用程序。T C P和U D P把源端口號和目的端口號分別存入報文首部中。網(wǎng)絡接口分別要發(fā)送和接收I P、A R P和R A R P數(shù)據(jù)，因此也必須在以太網(wǎng)的幀首部中加入某種形式的標識，以指明生成數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡層協(xié)議。為此，以太網(wǎng)的幀首部也有一個16 bit的幀類型域。 七 現(xiàn)在我們講一下什么叫做分用，分用其實就是一個數(shù)據(jù)傳遞的過程。這樣的一個數(shù)據(jù)傳遞是逆過程的，數(shù)據(jù)就開始從協(xié)議棧中由底向上升，同時去掉各層協(xié)議加上的報文首部。每層協(xié)議盒都要去檢查報文首部中的協(xié)議標識，以確定接收數(shù)據(jù)的上層協(xié)議。這個過程稱作分用（ D e m u l t i p l e x i n g）。 這樣大家也好看得更明白一些。不知細心的朋友看到?jīng)]有，在這里的igmp和icmp定位，實際上他們都是被封裝在數(shù)據(jù)包中的，與ip位于同一層，是ip的從屬協(xié)議，這里不要混淆了。 我在開始就講過：大部分的網(wǎng)絡應用程序都是被設計成客戶端和服務器端的這種模型。具體為什么我也不知道，有點抽象：為了適應某些特定的服務。可以將這種服務分為兩種類型：重復型或并發(fā)型。重復型服務器通過以下步驟進行交互：重復型服務器通過以下步驟進行交互： I1. 等待一個客戶請求的到來。 I2. 處理客戶請求。 I3. 發(fā)送響應給發(fā)送請求的客戶。 并發(fā)型服務器采用以下步驟： C1. 等待一個客戶請求的到來。 C2. 啟動一個新的服務器來處理這個客戶的請求。在這期間可能生成一個新的進程、任務或線程，并依賴底層操作系統(tǒng)的支持。這個步驟如何進行