TCPIP学习笔记——第一部分.doc

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* 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：-55 B类地址的范围为：-55 C类地址的范围为：-55 D类地址的范围为：-55 E类地址的范围为：-66 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。 广播地址：IP地址中主机地址全为1的地址，如55。 环回地址：，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/UDPIP以太网 2、 分用： 以太网IPTCP/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TTL8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 dont 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1255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、RARPCRC(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:WINNTsystem32route PRINT=Interface List0x1 . MS TCP Loopback interface0x1000003 .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 6 4 1 1 4 4 14 55 155 55 4 4 1 4 4 155 55 4 4 1Default Gateway: 6=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。 十、 TCP/IP协议头部结构体/ i386 is little_endian.#ifndef LITTLE_ENDIAN#define LITTLE_ENDIAN (1) /BYTE ORDER#else#error Redefine LITTLE_ORDER#endif/Mac头部，总长度14字节typedef struct _eth_hdrunsigned char dstmac6; /目标mac地址unsigned char srcmac6; /源mac地址unsigned short eth_type; /以太网类型eth_hdr;/IP头部，总长度20字节typedef struct _ip_hdr#if LITTLE_ENDIANunsigned char ihl:4; /首部长度unsigned char version:4, /版本 #elseunsigned char version:4, /版本unsigned char ihl:4; /首部长度#endifunsigned char tos; /服务类型unsigned short tot_len; /总长度unsigned short id; /标志unsigned short frag_off; /分片偏移unsigned char ttl; /生存时间unsigned char protocol; /协议unsigned short chk_sum; /检验和struct in_addr srcaddr; /源IP地址struct in_addr dstaddr; /目的IP地址ip_hdr;/TCP头部，总长度20字节typedef struct _tcp_hdrunsigned short src_port; /源端口号unsigned short dst_port; /目的端口号unsigned int seq_no; /序列号unsigned int ack_no; /确认号#if LITTLE_ENDIANunsigned char reserved_1:4; /保留6位中的4位首部长度unsigned char thl:4; /tcp头部长度