tcpip协议详解Word文档下载推荐.docx
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也可以这样说，IP地址形成了许多效劳的认证根底，这些效劳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的效劳来说，使用了该选项的IP包好象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源地址做确认的效劳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的效劳程序和客户程序。
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。
面向连接的效劳〔例如Telnet、、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，但对于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效劳，UDP主要用于那些面向查询---应答的效劳，例如NFS。
相对于，这些效劳需要交换的信息量较小。
使用UDP的效劳包括NTP〔网落时间协议〕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相关的效劳面临着更大的危险。
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’信息那么指出路径有问题。
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的效劳。
5.TCP和UDP的端口结构
TCP和UDP效劳通常有一个客户/效劳器的关系，例如，一个Telnet效劳进程开始在系统上处于空闲状态，等待着连接。
用户使用Telnet客户程序与效劳进程建立一个连接。
客户程序向效劳进程写入信息，效劳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，被客户程序或效劳进程用来发送和接收信息。
一个端口对应一个16比特的数。
效劳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效劳的连接时，需要这些地址和目的地址进行通讯。
TCP/IP协议详解（图）
第一组查找效劳器
目前，网络的速度开展非常快，学习网络的人也越来越多，稍有网络常识的人都知道TCP/IP协议是网络的根底，是Internet的语言，可以说没有TCP/IP协议就没有互联网的今天。
目前搞网络的人非常多，许多人就是从一把夹线钳，一个测线器联网开始接触网络的，如果只是联网玩玩，知道几个Ping之类的命令就行了，如果想在网络上有更多的开展不管是黑道还是红道，必须要把TCP/IP协议搞的非常明白。
学习过TCP/IP协议的人多都有一种感觉，这东西太抽象了，没有什么数据实例，看完不久就忘了。
本文将介绍一种直观的学习方法，利用分析监测工具IRIS学习TCP/IP，在学习的同时通过IRIS能直观的看到数据的具体传输过程，这对学习TCP/IP能起到事半功倍的效果。
为了初学者更容易理解，本文将搭建一个最简单的网络环境，不包含子网。
二、试验环境
1、网络环境
如图1所示
为了表述方便，下文中208号机即指地址为192.168.113.208的计算机，1号机指地址为192.168.113.1的计算机。
2、操作系统
两台机器都为Windows2000，1号机机器作为效劳器，安装FTP效劳
3、协议分析工具
Windows环境下常用的工具有：
SnifferPro、Natxray、IRIS以与windows2000自带的网络监视器等。
本文选用IRIS作为协议分析工具。
在客户机208号机安装IRIS软件.
三、测试过程
1、测试例子：
将1号机计算机中的一个文件通过FTP下载到208号机中。
2、IRIS的设置。
由于IRIS具有网络监听的功能，如果网络环境中还有其它的机器将抓很多别的数据包，这样为学习带来诸多不便，为了清楚地看清楚上述例子的传输过程首先将IRIS设置为只抓208号机和1号机之间的数据包。
设置过程如下：
1）用热键CTRL+B弹出如以下图的地址表，在表中填写机器的IP地址，为了对抓的包看得更清楚不要添主机的名字〔name〕,设置好后关闭此窗口。
图2
2〕用热键CTRL+E弹出如以下图过滤设置，选择左栏“IPaddress〞，右栏按以下图将addressbook中的地址拽到下面，设置好后确定，这样就这抓这两台计算机之间的包。
图3
3、抓包
按下IRIS工具栏中开始按钮。
在浏览器中输入：
，找到要下载的文件，鼠标右键该文件，在弹出的菜单中选择“复制到文件夹〞开始下载，下载完后在IRIS工具栏中按按钮停止抓包。
图4显示的就是FTP的整个过程，下面我们将详细分析这个过程。
图4
说明：
为了能抓到ARP协议的包，在WINDOWS2000中运行arp–d去除arp缓存。
四、过程分析
1、TCP/IP的根本原理
本文的重点虽然是根据实例来解析TCP/IP，但要讲明白下面的过程必须简要讲一下TCP/IP的根本原理。
A．网络是分层的，每一层分别负责不同的通信功能。
TCP/IP通常被认为是一个四层协议系统，TCP/IP协议族是一组不同的协议组合在一起构成的协议族。
尽管通常称该协议族为TCP/IP，但TCP和IP只是其中的两种协议而已，如表1所示。
每一层负责不同的功能：
TCP/IP层描述主要协议主要功能
应用层Http、Telnet、等负责把数据传输到传输层或接收从传输层返回的数据
传输层TCP和UDP主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信，TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。
它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成适宜的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。
UDP那么为应用层提供一种非常简单的效劳。
它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。
网络层ICMP、IP和IGMP有时也称作互联网层，主要为数据包选择路由，其中IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。
所有的TCP、UDP、ICMP与IGMP数据都以IP数据报格式传输
链路层ARP、RARP和设备驱动程序与接口卡发送时将IP包作为帧发送；
接收时把接收到的位组装成帧；
提供链路管理；
错误检测等
表1
分层的概念说起来非常简单，但在实际的应用中非常的重要，在进行网络设置和排除故障时对网络层次理解得很透，将对工作有很大的帮助。
例如：
设置路由是网络层IP协议的事，要查找MAC地址是链路层ARP的事，常用的Ping命令由ICMP协议来做的。
图5显示了各层协议的关系，理解它们之间的关系对下面的协议分析非常重要。
图5
b.数据发送时是自上而下，层层加码；
数据接收时是自下而上，层层解码。
当应用程序用TCP传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作一串比特流送入网络。
其中每一层对收到的数据都要增加一些首部信息〔有时还要增加尾部信息〕，该过程如图6所示。
TCP传给IP的数据单元称作TCP报文段或简称为TCP段。
IP传给网络接口层的数据单元称作IP数据报。
通过以太网传输的比特流称作帧（Frame）。
数据发送时是按照图6自上而下，层层加码；
C.逻辑上通讯是在同级完成的
垂直方向的结构层次是当今普遍认可的数据处理的功能流程。
每一层都有与其相邻层的接口。
为了通信，两个系统必须在各层之间传递数据、指令、地址等信息，通信的逻辑流程与真正的数据流的不同。
虽然通信流程垂直通过各层次，但每一层都在逻辑上能够直接与远程计算机系统的相应层直接通信。
从图7可以看出，通讯实际上是按垂直方向进行的，但在逻辑上通信是在同级进行的。
2、过程描述
为了更好的分析协议，我们先描述一下上述例子数据的传输步骤。
如图8所示：
1）FTP客户端请求TCP用效劳器的IP地址建立连接。
2）TCP发送一个连接请求分段到远端的主机，即用上述IP地址发送一份IP数据报。
3）如果目的主机在本地网络上，那么IP数据报可以直接送到目的主机上。
如果目的主机在一个远程网络上，那么就通过IP选路函数来确定位于本地网络上的下一站路由器地址，并让它转发IP数据报。
在这两种情况下，IP数据报都是被送到位于本地网络上的一台主机或路由器。
4）本例是一个以太网，那么发送端主机必须把32位的IP地址变换成48位的以太网地址，该地址也称为MAC地址，它是出厂时写到网卡上的世界唯一的硬件地址。
把IP地址翻译到对应的MAC地址是由ARP协议完成的。
5）如图的虚线所示，ARP发送一份称作ARP请求的以太网数据帧给以太网上的每个主机，这个过程称作播送。
ARP请求数据帧中包含目的主机的IP地址，其意思是“如果你是这个IP地址的拥有者，请答复你的硬件地址。
〞
6）目的主机的ARP层收到这份播送后，识别出这是发送端在寻问它的IP地址，于是发送一个ARP应答。
这个ARP应答包含IP地址与对应的硬件地址。
7）收到ARP应答后，使ARP进行请求—应答交换的IP数据包现在就可以传送了。
8）发送IP数据报到目的主机。
3、实例分析
下面通过分析用IRIS捕获的包来分析一下TCP/IP的工作过程，为了更清晰的解释数据传送的过程，我们按传输的不同阶段抓了四组数据，分别是查找效劳器、建立连接、数据传输和终止连接。
每组数据，按下面三步进行解释。
显示数据包
解释该数据包
按层分析该包的头信息
第一组查找效劳器
1〕以下图显示的是1、2行的数据。
2〕解释数据包
这两行数据就是查找效劳器与效劳器应答的过程。
在第1行中，源端主机的MAC地址是00:
50:
FC:
22:
C7:
BE。
目的端主机的MAC地址是FF:
FF:
FF，这个地址是十六进制表示的，F换算为二进制就是1111，全1的地址就是播送地址。
所谓播送就是向本网上的每台网络设备发送信息，电缆上的每个以太网接口都要接收这个数据帧并对它进行处理，这一行反映的是步骤5〕的内容，ARP发送一份称作ARP请求的以太网数据帧给以太网上的每个主机。
网内的每个网卡都接到这样的信息“谁是192.168.113.1的IP地址的拥有者，请将你的硬件地址告诉我〞。
第2行反映的是步骤6〕的内容。
在同一个以太网中的每台机器都会"
接收"
到这个报文，但正常状态下除了1号机外其他主机应该会忽略这个报文，而1号的主机的ARP层收到这份播送报文后，识别出这是发送端在寻问它的IP地址，于是发送一个ARP应答。
告知自己的IP地址和MAC地址。
第2行可以清楚的看出1号答复的信息__自己的MAC地址00:
这两行反映的是数据链路层之间一问一答的通信过程。
这个过程就像我要在一个坐满人的教室找一个叫“张三〞的人，在门口喊了一声“张三〞，这一声大家都听见了，这就叫播送。
张三听到后做了回应，别人听到了没做回应，这样就与张三取得了联系。
3〕头信息分析
如以下图左栏所示，第1数据包包含了两个头信息：
以太网〔Ethernet〕和ARP。
下表2是以太网的头信息，括号内的数均为该字段所占字节数，以太网报头中的前两个字段是以太网的源地址和目的地址。
目的地址为全1的特殊地址是播送地址。
电缆上的所有以太网接口都要接收播送的数据帧。
两个字节长的以太网帧类型表示后面数据的类型。
对于ARP请求或应答来说，该字段的值为0806。
第2行中可以看到，尽管ARP请求是播送的，但是ARP应答的目的地址却是1号机的〔0050FC22C7BE〕。
ARP应答是直接送到请求端主机的。
行以太网目的地址〔6〕以太网源地址〔6〕帧类型〔2〕
1FFFFFFFFFFFF0050FC22C7BE0806
20050FC22C7BE009027F654530806
表2
下表3是ARP协议的头信息。
硬件类型字段表示硬件地址的类型。
它的值为1即表示以太网地址。
协议类型字段表示要映射的协议地址类型。
它的值为0800即表示IP地址。
它的值与包含IP数据报的以太网数据帧中的类型字段的值相同。
接下来的两个1字节的字段，硬件地址长度和协议地址长度分别指出硬件地址和协议地址的长度，以字节为单位。
对于以太网上IP地址的ARP请求或应答来说，它们的值分别为6和4。
Op即操作〔Opoperation〕，1是ARP请求、2是ARP应答、3是RARP请求和4为RARP应答，第二行中该字段值为2表示应答。
接下来的四个字段是发送端的硬件地址、发送端的IP地址、目的端的硬件地址和目的端IP地址。
注意，这里有一些重复信息：
在以太网的数据帧报头中和ARP请求数据帧中都有发送端的硬件地址。
对于一个ARP请求来说，除目的端硬件地址外的所有其他的字段都有填充值。
表3的第2行为应答，当系统收到一份目的端为本机的ARP请求报文后，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，最后把它发送回去。
行12
硬件类型
（2）00010001
协议类型
（2）08000800
硬件地址长度
（1）0606
协议地址长度
（1）0404
Op
（2）00010002
发送端以太网地址（6）0050FC22C7BE009027F65453
发送端IP地址（4）C0A871D0C0A87101
目的以太网地址（6）0000000000000050FC22C7BE
目的IP地址（4）C0A87101C0A871D0
表3
第二组建立连接
1〕以下图显示的是3-5行的数据。
这三行数据是两机建立连接的过程。
这三行的核心意思就是TCP协议的三次握手。
TCP的数据包是靠IP协议来传输的。
但IP协议是只管把数据送到出去，但不能保证IP数据报能成功地到达目的地，保证数据的可靠传输是靠TCP协议来完成的。
当接收端收到来自发送端的信息时，接受打量发送短发送一条应答信息，意思是：
“我已收到你的信息了。
〞第三组数据将能看到这个过程。
TCP是一个面向连接的协议。
无论哪一方向另一方发送数据之前，都必须先在双方之间建立一条连接。
建立连接的过程就是三次握手的过程。
这个过程就像要我找到了张三向他借几本书，第一步：
我说：
“你好，我是担子〞，第二步：
张三说：
“你好，我是张三〞，第三步：
“我找你借几本书。
〞这样通过问答就确认对方身份，建立了联系。
下面来分析一下此例的三次握手过程。
A.请求端208号机发送一个初始序号〔SEQ〕987694419给1号机。
B.效劳器1号机收到这个序号后，将此序号加1值为987694419作为应答信号〔ACK〕，同时随机产生一个初始序号〔SEQ〕1773195208，这两个信号同时发回到请求端208号机，意思为：
“消息已收到，让我们的数据流以1773195208这个数开始。
C.请求端208号机收到后将确认序号设置为效劳器的初始序号〔SEQ〕1773195208加1为1773195209作为应答信号。
以上三步完成了三次握手，双方建立了一条通道，接下来就可以进行数据传输了。
下面分析TCP头信息就可以看出，在握手过程中TCP头部的相关字段也发生了变化。
3〕头信息分析
如图12所示，第3数据包包含了三头信息：
以太网〔Ethernet〕和IP和TCP。
头信息少了ARP多了IP、TCP，下面的过程也没有ARP的参与，可以这样理解，在局域网内，ARP负责的是在众多联网的计算机中找到需要找的计算机，找到工作就完成了。
以太网的头信息与第1、2行不同的是帧类型为0800，指明该帧类型为IP。
IP协议头信息
IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。
从图5可以看出所有的TCP、UDP、ICMP与IGMP数据都以IP数据报格式传输的，有个形象的比喻IP协议就像运货的卡车，将一车车的货物运向目的地。
主要的货物就是TCP或UDP分配给它的。
需要特别指出的是IP提供不可靠、无连接的数据报传送，也就是说IP仅提供最好的传输效劳但不保证IP数据报能成功地到达目的地。
看到这你会不会担忧你的E_MAIL会不会送到朋友那，其实不用担忧，上文提过保证数据正确到达目的地是TCP的工作，稍后我们将详细解释。
如表4是IP协议的头信息。
32位20
字
节
4位版本4位首部长度8位效劳类型（TOS）16位总长度（字节数）
16位标识3位标志13位片偏移
8位生存时间〔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
选项（如果有）
数据
表4IP数据报格式与首部中的各字段
图12中所宣布分4500—7101为IP的头信息。
这些数是十六进制表示的。
一个数占4位，例如：
4的二进制是0100
4位版本：
表示目前的协议版本号，数值是4表示版本为4，因此IP有时也称作IPv4；
4位首部长度：
头部的是长度，它的单位是32位（4个字节），数值为5表示IP头部长度为20字节。
8位效劳类型（TOS）：
00，这个8位字段由3位的优先权子字段，现在已经被忽略，4位的TOS子字段以与1位的未用字段〔现在为0〕构成。
4位的TOS子字段包含：
最小延时、最大吞吐量、最高可靠性以与最小费用构成，这四个1位最多只能有一个为1，本例中都为0，表示是一般效劳。
16位总长度（字节数）：
总长度字段是指整个IP数据报的长度，以字节为单位。
数值为0030，换算为十进制为48字节，48字节=20字节的IP头+28字节的TCP头，这个数据报只是传送的控制信息，还没有传送真正的数据，所以目前看到的总长度就是报头的长度。
16位标识：
标识字段唯一地标识主机发送的每一份数据报。
通常每发送一份报文它的值就会加1，第3行为数值为3021，第5行为3022，第7行为3023。
分片时涉与到标志字段和片偏移字段，本文不讨论这两个字段。
8位生存时间〔TTL〕：
TTL〔time-to-live〕生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数。
它指定了数据报的生存时间。
ttl的初始值由源主机设置，一旦经过一个处理它的路由器，它的值就减去1。
可根据TTL值判断效劳器是什么系统和经过的路由器。
本例为80，换算成十进制为128，WINDOWS操作系统TTL初始值一般为128，UNIX操作系统初始值为255，本例表示两个机器在同一网段且操作系统为WINDOWS。
8位协议：
表示协议类型，6表示传输层是TCP协议。
16位首部检验和：
当收到一份IP数据报后，同样对首部中每个16位进行二进制反码的求和
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