TCPIP学习笔记.docx

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TCPIP学习笔记

TCP/IP学习笔记——第一部分

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*******XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

   B类：

10**************XXXXXXXXXXXXXXXX

   C类：

110*********************XXXXXXXX

   D类：

1110****XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

   E类：

1111****XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 

   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（解封装）

   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：

typedefstructip_hdr

{

unsignedcharip_verlen;//4-bit版本号

//4-bit首部长度（in32-bitwords）

unsignedcharip_tos;//IP服务类型

unsignedshortip_totallength;//总长度（字节数）

//第一个32位

unsignedshortip_id;//标识

unsignedshortip_offset;//3位标志，13位分片偏移，

#defineIP_DF0x4000//0x4000don''tfragmentflag

#defineIP_MF0x2000//0x2000morefragmentflag

#defineIP_OFFMASK0x1fff//0x1fffmaskforfragmentingbits

//第二个32位

unsignedcharip_ttl;//生存时间

unsignedcharip_protocol;//上层协议

unsignedshortip_checksum;//首部检验和

//第三个32位

unsignedintip_srcaddr;//源IP地址

//第四个32位

unsignedintip_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（typeofservice），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：

USHORTchecksum（ip*ip,intsize） 

{ 

unsignedlongcksum=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RFC894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>routePRINT

==========================================================================

InterfaceList

0x1...........................MSTCPLoopbackinterface

0x1000003...000802ca2d11......Intel8255x-basedIntegratedFastEthernet

==========================================================================

ActiveRoutes:

NetworkDestination  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

255.255.255.255255.255.255.255   192.1.8.84     192.1.8.841

DefaultGateway:

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。

TCP/IP学习笔记——第二部分

一、ARP：

地址解析协议

   先看：

C:

\DocumentsandSettings\xiaoj>arp-a

Interface:

192.1.8.84onInterface0x1000003

InternetAddressPhysicalAddressType

192.1.8.1200-0b-cd-03-c4-27dynamic

192.1.8.1500-0d-9d-93-09-f5dynamic

192.1.8.1800-e0-18-c1-86-3ddynamic

192.1.8.2600-80-2d-78-4f-81dynamic

192.1.8.3300-0b-cd-0f-a4-c5dynamic

192.1.8.3800-30-6e-36-5f-99dynamic

192.1.8.8600-0b-cd-b8-0c-aedynamic

192.1.8.24700-50-ba-e5-20-afdynamic

192.1.8.24800-0d-56-19-ba-56dynamic

   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

structarphdr（

u_shortar_hrd;//硬件类型

u_shortar_pro;//协议类型

u_charar_hln;//硬件地址长度

u_charar_pln;//协议地址长度

u_shortar_op;//请求还是应答

u_chararp_sha[6];//发送者硬件地址

u_chararp_spa[4];//发送者IP地址

u_chararp_tha[6];//目的硬件地址

u_chararp_tpa[4];//目的IP地址

u_chararp_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。

structicmp_mask{

unsignedcharicmp_type;//类型

unsignedcharicmp_code;//代码

unsignedshorticmp_checksum;//检验和

unsignedshorticmp_id;//标识符

unsignedshorticmp_sequence;//序列号

unsignedlongicmp_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。

structicmp_time{

unsignedcharicmp_type;//类型

unsignedcharicmp_code;//代码

unsignedshorticmp_checksum;//检验和

unsignedshorticmp_id;//标识符

unsignedshorticmp_sequence;//序列号

unsignedlongicmp_request_time;//发起时间戳

unsignedlongicmp_receive_time;//接收时间戳

unsignedlongicmp_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。

structicmp_unreach{

unsignedcharicmp_type;//类型

unsignedcharicmp_code;//代码

unsignedshorticmp_checksum;//检验和

unsignedlongicmp_zero;//保留

unsignedcharicmp_ip[28];//IP首部＋原始IP数据报中前8个字节，也就是地址信息

}

TCP/IP学习笔记——第三部分

一、Ping程序：

　　先看：

//ping

C:

\WINNT\system32>pingsvr00804

Pinging[192.1.8.12]with32bytesofdata:

Replyfrom192.1.8.12:

bytes=32time<10msTTL=128

Replyfrom192.1.8.12:

bytes=32time<10msTTL=128

Replyfrom192.1.8.12:

bytes=32time<10msTTL=128

Replyfrom192.1.8.12:

bytes=32time<10msTTL=128

Pingstatisticsfor192.1.8.12:

Packets:

Sent=4,Received=4,Lost=0（0%loss）,

Approximateroundtriptimesinmilli-seconds:

Minimum=0ms,Maximum=0ms,Average=0ms

ICMP回显请求和回显应答报文格式如下：

（以Ping为例）

类型0或8

代码0

检验和

标识符

序号