TCP与IP.docx

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TCP与IP

TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。

而IP是给因特网的每一台电脑规定一个地址。

基本原理

整体构架概述

　　TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。

传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的7层抽象的参考模型,其中每一层执行某一特定任务。

该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。

这7层是:

物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

而TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。

这4层分别为：

　　应用层：

应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。

　　传输层：

在此层中，它提供了节点间的数据传送，应用程序之间的通信服务，主要功能是数据格式化、数据确认和丢失重传等。

如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。

　　互连网络层：

负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机（但不检查是否被正确接收），如网际协议（IP）。

　　网络接口层（主机-网络层）：

接收IP数据报并进行传输，从网络上接收物理帧，抽取IP数据报转交给下一层，对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、SerialLine等）来传送数据。

主要协议

　　以下简单介绍TCP/IP中的协议都具备什么样的功能，都是如何工作的：

　　1．IP

　　网际协议IP是TCP/IP的心脏，也是网络层中最重要的协议。

　　IP层接收由更低层（网络接口层例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层---TCP或UDP层；相反，IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。

IP数据包是不可靠的，因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。

IP数据包中含有发送它的主机的地址（源地址）和接收它的主机的地址（目的地址）。

　　高层的TCP和UDP服务在接收数据包时，通常假设包中的源地址是有效的。

也可以这样说，IP地址形成了许多服务的认证基础，这些服务相信数据包是从一个有效的主机发送来的。

IP确认包含一个选项，叫作IPsourcerouting，可以用来指定一条源地址和目的地址之间的直接路径。

对于一些TCP和UDP的服务来说，使用了该选项的IP包好像是从路径上的最后一个系统传递过来的，而不是来自于它的真实地点。

这个选项是为了测试而存在的，说明了它可以被用来欺骗系统来进行平常是被禁止的连接。

那么，许多依靠IP源地址做确认的服务将产生问题并且会被非法入侵。

　　2.TCP

　　如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。

TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。

TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。

　　TCP将它的信息送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。

应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层，设备驱动程序和物理介质，最后到接收方。

　　面向连接的服务（例如Telnet、FTP、rlogin、XWindows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。

DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。

　　3.UDP

　　UDP与TCP位于同一层，但它不管数据包的顺序、错误或重发。

因此，UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务，UDP主要用于那些面向查询---应答的服务，例如NFS。

相对于FTP或Telnet，这些服务需要交换的信息量较小。

使用UDP的服务包括NTP（网络时间协议）和DNS（DNS也使用TCP）。

　　欺骗UDP包比欺骗TCP包更容易，因为UDP没有建立初始化连接（也可以称为握手）（因为在两个系统间没有虚电路），也就是说，与UDP相关的服务面临着更大的危险。

　　4.ICMP

　　ICMP与IP位于同一层，它被用来传送IP的的控制信息。

它主要是用来提供有关通向目的地址的路径信息。

ICMP的‘Redirect’信息通知主机通向其他系统的更准确的路径，而‘Unreachable’信息则指出路径有问题。

另外，如果路径不可用了，ICMP可以使TCP连接‘体面地’终止。

PING是最常用的基于ICMP的服务。

　　5.TCP和UDP的端口结构

　　TCP和UDP服务通常有一个客户/服务器的关系，例如，一个Telnet服务进程开始在系统上处于空闲状态，等待着连接。

用户使用Telnet客户程序与服务进程建立一个连接。

客户程序向服务进程写入信息，服务进程读出信息并发出响应，客户程序读出响应并向用户报告。

因而，这个连接是双工的，可以用来进行读写。

　　两个系统间的多重Telnet连接是如何相互确认并协调一致呢？

TCP或UDP连接唯一地使用每个信息中的如下四项进行确认：

　　源IP地址发送包的IP地址。

　　目的IP地址接收包的IP地址。

　　源端口源系统上的连接的端口。

　　目的端口目的系统上的连接的端口。

　　端口是一个软件结构，被客户程序或服务进程用来发送和接收信息。

一个端口对应一个16比特的数。

服务进程通常使用一个固定的端口，例如，SMTP使用25、Xwindows使用6000。

这些端口号是‘广为人知’的，因为在建立与特定的主机或服务的连接时，需要这些地址和目的地址进行通讯。

参考模型

　　TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。

传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的7层抽象的参考模型,其中每一层执行某一特定任务。

该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。

这7层是:

物理层、数据链路层、网路层、传输层、话路层、表示层和应用层。

而TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。

这4层分别为：

　　应用层：

应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。

　　传输层：

在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。

　　互连网络层：

负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机（但不检查是否被正确接收），如网际协议（IP）。

　　网络接口层：

对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、SerialLine等）来传送数据。

IP地址及其分类

　　在Internet上连接的所有计算机，从大型机到微型计算机都是以独立的身份出现，我们称它为主机。

为了实现各主机间的通信，每台主机都必须有一个唯一的网络地址。

就好像每一个住宅都有唯一的门牌一样，才不至于在传输资料时出现混乱。

　　Internet的网络地址是指连入Internet网络的计算机的地址编号。

所以，在Internet网络中，网络地址唯一地标识一台计算机。

　　我们都已经知道，Internet是由几千万台计算机互相连接而成的。

而我们要确认网络上的每一台计算机，靠的就是能唯一标识该计算机的网络地址，这个地址就叫做IP（InternetProtocol的简写）地址，即用Internet协议语言表示的地址。

　　目前，在Internet里，IP地址是一个32位的二进制地址，为了便于记忆，将它们分为4组，每组8位，由小数点分开，用四个字节来表示，而且，用点分开的每个字节的数值范围是0~255，如202.116.0.1，这种书写方法叫做点数表示法。

　　IP地址可确认网络中的任何一个网络和计算机，而要识别其它网络或其中的计算机，则是根据这些IP地址的分类来确定的。

一般将IP地址按节点计算机所在网络规模的大小分为A，B，C三类，默认的网络屏蔽是根据IP地址中的第一个字段确定的。

　　1.A类地址

　　A类地址的表示范围为：

1.0.0.1~126.255.255.255，默认网络屏蔽为：

255.0.0.0；A类地址分配给规模特别大的网络使用。

A类网络用第一组数字表示网络本身的地址，后面三组数字作为连接于网络上的主机的地址。

分配给具有大量主机（直接个人用户）而局域网络个数较少的大型网络。

例如IBM公司的网络。

　　127.0.0.0到127.255.255.255是保留地址，用做循环测试用的。

　　0.0.0.0到0.255.255.255也是保留地址，用做表示所有的IP地址。

　　一个A类IP地址由1字节（每个字节是8位）的网络地址和3个字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”,即第一段数字范围为1～127。

每个A类地址理论上可连接16777214<256*256*256-2>台主机（因为不存在最后一个字节值为“0”或“256”的IP地址，例如127.234.123.0或123.5.34.256这样的地址是不存在的），Internet有126个可用的A类地址。

A类地址适用于有大量主机的大型网络。

　　2.B类地址

　　B类地址的表示范围为：

128.0.0.1~191.255.255.255，默认网络屏蔽为：

255.255.0.0；B类地址分配给一般的中型网络。

B类网络用第一、二组数字表示网络的地址，后面两组数字代表网络上的主机地址。

　　169.254.0.0到169.254.255.255是保留地址。

如果你的IP地址是自动获取IP地址，而你在网络上又没有找到可用的DHCP服务器，这时你将会从169.254.0.0到169.254.255.255中临时获得一个IP地址。

　　一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，即第一段数字范围为128～191。

每个B类地址可连接65534（2^16-2,因为主机号的各位不能同时为0,1）台主机，Internet有16383（2^14-1）个B类地址（因为B类网络地址128.0.0.0是不指派的，而可以指派的最小地址为128.1.0.0[COME06]）。

　　3.C类地址

　　C类地址的表示范围为：

192.0.0.1~223.255.255.255，默认网络屏蔽为：

255.255.255.0；C类地址分配给小型网络，如一般的局域网，它可连接的主机数量是最少的，采用把所属的用户分为若干的网段进行管理。

C类网络用前三组数字表示网络的地址，最后一组数字作为网络上的主机地址。

　　一个C类地址是由3个字节的网络地址和1个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”，即第一段数字范围为192～223。

每个C类地址可连接254台主机，Internet有2097152个C类地址段（32*256*256），有532676608个地址（32*256*256*254）。

　　RFC1918留出了3块IP地址空间（1个A类地址段，16个B类地址段，256个C类地址段）作为私有的内部使用的地址。

在这个范围内的IP地址不能被路由到Internet骨干网上；Internet路由器将丢弃该私有地址。

　　IP地址类别　RFC1918内部地址范围

　　A类　10.0.0.0到10.255.255.255

　　B类　172.16.0.0到172.31.255.255

　　C类　192.168.0.0到192.168.255.255

　　使用私有地址将网络连至Internet，需要将私有地址转换为公有地址。

这个转换过程称为网络地址转换（NetworkAddressTranslation，NAT），通常使用路由器来执行NAT转换。

　　实际上，还存在着D类地址和E类地址。

但这两类地址用途比较特殊，在这里只是简单介绍一下：

　　D类地址不分网络地址和主机地址，它的第1个字节的前四位固定为1110。

D类地址范围：

224.0.0.1到239.255.255.254。

D类地址用于多点播送。

D类地址称为广播地址，供特殊协议向选定的节点发送信息时用。

　　E类地址保留给将来使用。

　　连接到Internet上的每台计算机，不论其IP地址属于哪类都与网络中的其它计算机处于平等地位，因为只有IP地址才是区别计算机的唯一标识。

所以，以上IP地址的分类只适用于网络分类。

　　在Internet中，一台计算机可以有一个或多个IP地址，就像一个人可以有多个通信地址一样，但两台或多台计算机却不能共享一个IP地址。

如果有两台计算机的IP地址相同，则会引起异常现象，无论哪台计算机都将无法正常工作。

　　顺便提一下几类特殊的IP地址：

　　1.广播地址目的端为给定网络上的所有主机，一般主机段为全1

　　2.单播地址目的端为指定网络上的单个主机地址

　　3.组播地址目的端为同一组内的所有主机地址

　　4.环回地址127.0.0.1在环回测试和广播测试时会使用

子网的划分

　　若公司不上Internet,那一定不会烦恼IP地址的问题,因为可以任意使用所有的IP地址,不管是A类或是B类,这个时候不会想到要用子网,但若是上Internet那IP地址便弥足珍贵了,目前全球一阵Internet热,IP地址已经愈来愈少了,而所申请的IP地址目前也趋保守,而且只有经申请的IP地址能在Internet使用,但对某些公司只能申请到一个C类的IP地址,但又有多个点需要使用,那这时便需要使用到子网,这就需要考虑子网的划分，下面简介子网的原理及如何规划。

　　1．5．1子网掩码（SubnetMask）的介绍

　　设定任何网络上的任何设备不管是主机、个人电脑、路由器等皆需要设定IP地址,而跟随着IP地址的是所谓的子网掩码（NetMask,SubnetMask）,这个子网掩码主要的目的是由IP地址中也能获得网络编码,也就是说IP地址和子网掩码作和而得到网络编码,如下所示：

　　IP地址

　　192.10.10.611000000.00001010.00001010.00000110

　　子网掩码

　　255.255.255.011111111.11111111.11111111.00000000

　　AND

　　-------------------------------------------------------------------

　　NetworkNumber

　　192.10.10.011000000.00001010.00001010.00000000

　　子网掩码有所谓的默认值,如下所示

　　类IP地址范围子网掩码

　　A　1.0.0.0-126.255.255.255255.0.0.0

　　B　128.0.0.0-191.255.255.255255.255.0.0

　　C　192.0.0.0-223.255.255.255255.255.255.0

　　在预设的子网掩码（NetMask）都只有255的值,在谈到子网掩码（SubnetMask）时这个值便不一定是255了。

在完整一组C类地址中如203.67.10.0-203.67.10.255子网掩码255.255.255.0,203.67.10.0称之网络编码（NetworkNumber，将IP地址和子网掩码作和）,而203.67.10.255是广播的IP地址,所以这两者皆不能使用,实际只能使用203.67.10.1--203.67.10.254等254个IP地址,这是以255.255.255.0作子网掩码的结果,而所谓SubnetMsk尚可将整组C类地址分成数组网络编码,这要在子网掩码上作手脚,若是要将整组C类地址分成2个网络编码那子网掩码设定为255.255.255.128,若是要将整组C类分成8组网络编码则子网掩码要为255.255.255.224,这是怎么来的,由以上知道网络编码是由IP地址和子网掩码作AND而来的,而且将子网掩码以二进制表示法知道是1的会保留,而为0的去掉

　　192.10.10.193--11000000.00001010.00001010.11000001

　　255.255.255.0--11111111.11111111.11111111.00000000

　　--------------------------------------------------------------

　　192.10.10.0--11000000.00001010.00001010.00000000

　　以上是以255.255.255.0为子网掩码的结果,网络编码是192.10.10.0,若是使用255.255.255.224作子网掩码结果便有所不同

　　192.10.10.193--11000000.00001010.00001010.11000001

　　255.255.255.224--11111111.11111111.11111111.11100000

　　--------------------------------------------------------------

　　192.10.10.192--11000000.00001010.00001010.11000000

　　此时网络编码变成了192.10.10.192,这便是子网。

那要如何决定所使用的子网掩码,255.255.255.224以二进制表示法为11111111.11111111.11111111.11100000,变化是在最后一组,11100000便是224,以三个位（Bit）可表示2的3次方便是8个网络编码

　　子网掩码二进制表示法可分几个网络

　　255.255.255.011111111.11111111.11111111.000000001

　　255.255.255.128

　　11111111.11111111.11111111.100000002

　　255.255.255.192

　　11111111.11111111.11111111.110000004

　　255.255.255.224

　　11111111.11111111.11111111.111000008

　　255.255.255.240

　　11111111.11111111.11111111.1111000016

　　255.255.255.248

　　11111111.11111111.11111111.1111100032

　　255.255.255.252

　　11111111.11111111.11111111.1111110064

　　以下使用255.255.255.224将C类地址203.67.10.0分成8组网络编码,各个网络编码及其广播IP地址及可使用之IP地址序号网络编码广播可使用之IP地址

（1）203.67.10.0--203.67.10.31

　　203.67.10.1--203.67.10.30

（2）203.67.10.32--203.67.10.63

　　203.67.10.33--203.67.10.62

　　（3）203.67.10.64--203.67.10.95

　　203.67.10.65--203.67.10.94

　　（4）203.67.10.96--203.67.10.127

　　203.67.10.97--203.67.10.126

　　（5）203.67.10.128--203.67.10.159

　　203.67.10.129--203.67.10.158

　　（6）203.67.10.160--203.67.10.191

　　203.67.10.161--203.67.10.190

　　（7）203.67.10.192--203.67.10.223

　　203.67.10.193--203.67.10.222

　　（8）203.67.10.224--203.67.10.255

　　203.67.10.225--203.67.10.254

　　可验证所使用的IP地址是否如上表所示

　　203.67.10.115--11001011.01000011.00001010.01110011

　　255.255.255.224--11111111.11111111.11111111.11100000

　　--------------------------------------------------------------

　　203.67.10.96--11001011.01000011.00001010.01100000

　　203.67.10.55--11001011.01000011.00001010.00110111

　　255.255.255.224--11111111.11111111.11111111.11100000

　　--------------------------------------------------------------

　　203.67.10.32--11001011.01000011.00001010.00100000

　　其它的子网掩码所分成的网络编码可自行以上述方法自行推演出来。

　　1．5．3子网的应用

　　使用子网是要解决只有一组C类地址但需要数个网络编码的问题,并不是解决IP地址不够用的问题,因为使用子网反而能使用的IP地址会变少,子网通常是使用在跨地域的网络互联之中,两者之间使用路由器连线,同时也上Internet,但只申请到一组C类IP地址,过路由又需不同的网络,所以此时就必须使用到子网,当然二网络间也可以远程桥接（RemoteBridge，字面翻译）连接,那便没有使用子网的问题。

　　网关地址

　　若要使两个完全不同的网络（异构网）连接在一起，一般使用网关，在Internet中两个网络也要通过一台称为网关的计算机实现互联。

这台计算机能根据用户通信目标计算机的IP地址，决定是否将用户发出的信息送出本地网络，同时，它还将外界发送给属于本地网络计算机的信息接收过来，它是一个网络与另一个网络相联的通道。

为了使TCP/IP协议能够寻址，该通道被赋予一个IP地址，这个IP地址称为网关地址。

　　完美测试TCP/IP协议简介

　　安装网络硬件和网络协议之后，我们一般要进行TCP/IP协议的测试工作，那么怎样测试才算是比较全面的测试呢?

我们认为，全面的测试应包括局域网和互联网两个方面，因此应从局域网和互联网两个方面测试，以下是我们在实际工作中利用命令行测试TCP/IP配置的步骤：

　　1、单击“开始”/“运行”，输入CMD按回车，打开命令提示符窗口。

　　2、首先检查IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器地址是否正确，输入命令ipconfig/all,按回车。

此时显示了你的网络配置，观查是否正确。

　　3、输入ping127.0.0.1，观查网卡是否能转发数据，如果出现“Requesttimedout”，表明配置差错或网络有问题。

　　4、Ping