TCPIP网络协议族简单的入门自学手册

1、By 韩大卫 吉林师范大学主要学习 TCP/IP协议族 中传输层 ,网络层,链路层 的协议。总体思想:网络间的数据传输是在链路层间实现的 , 用户层的数据如果想进入链路层 , 要经 过逐层封装 , 最后封装成以太网帧格式进行发送 ,这样将不同的数据都包装成以太网 帧,实现了在不同网络的数据互联和通信。例如 :一个用户层数据 data经过传输层 TCP 协议 data经过网络层 IP协议 TCP协议 data链路层以太网祯首部 IP协议 TCP协议 data CRC以太网帧格式 : 目的 MAC 地址(6字节源 MAC 地址(6字节帧类型 (2字节data(46 1500CRC(4字节常见帧类型

2、 :0800: IP 协议0806: ARP 协议IP报文格式:4bit协议格式 4bit首部长度 8bit TOS16bitIP报文总长度16bitIP 报文标志 16bit 分片信息8bitTTL8bit 上层协议 16bit 检验和32bit源 IP地址32bit 目的 IP地址data上层协议:06: TCP协议01: ICMP 协议17:UDP协议TCP段格式:16bit 源端口号 16bit 目的端口号32bit 序列号32bit 确认序号4bitTCP首部长度 6bit保留 6bit标志位 。ACK 。 SYN FIN16bit 窗口大小 16bit 检验和 16bit紧急指针可

3、选项dataUDP 段格式:16bit 源端口号 16bit 目的端口号16bitUDP 长度 16bit 检验和dataTCP是面向连接的协议 ,UDP 是面向不连接的协议。TCP: 提供可靠的 ,有连接的传输UDP:提供不可靠的 ,无连接的传输TCP是面向连接的协议 , 所以在双方通信前要建立连接 , 建立连接的过程分为 三部,简称三次握手 : 第一次: A 发送 SYN,1000(0,mss第二次: B 发送 SYN, 8000(0,ACK 1001, mss第三此:A发送 ACK 8001从 TCP状态迁移图中得知 , 这个过程中客户端的状态变化是 :CLOSEDSYS_SENTEST

4、ABLISHED服务器端 :CLOSEDLISTENSYS_RCVDESTABLISHED实例:IP 192.168.10.50.50258 123.125.115.43.80: Flags S, seq 2916403917, win 14600, options mss 1460,sackOK,TS val 1163706 ecr 0,nop,wscale 4, length 0 0x0000: 0022 3f11 74b2 ac81 1250 b016 0800 4500 .?.tPE.0x0010: 003c 0b77 4000 4006 75c2 c0a8 0a32 7b7d . 1

5、92.168.10.50.50258: Flags S., seq3002973477, ack 2916403918, win 14600, options mss 1452,sackOK,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop, length0 0x0000: ac81 1250 b016 0022 3f11 74b2 0800 4500 .P.?.t.E.0x0010: 003c 0b77 4000 3606 7fc2 7b7d 732b c0a8 . 123.125.115.43.80: Flags ., ack

6、1, win14600, length 00x0000: 0022 3f11 74b2 ac81 1250 b016 0800 4500 .?.tPE.0x0010: 0028 0b78 4000 4006 75d5 c0a8 0a32 7b7d .(.x.u20x0020: 732b c452 0050 add4 cace b2fd bd26 5010 s+.R.P&P./5010 A CK0x0030: 3908 b99d 0000本机向服务器发送 ACK至此 ,本机与服务器双方的连接就连立起来了。 关闭连接是分为四部 , 简称四次握手。实例如下:IP 192.168.10.50.3930

7、9 123.125.115.126.80: Flags F., seq 1094, ack 188, win15544, length 00x0000: 0022 3f11 74b2 ac81 1250 b016 0800 4500 .?.tPE.0x0010: 0028 a994 4000 4006 d765 c0a8 0a32 7b7d .(.e.20x0020: 737e 998d 0050 2b7a e5e2 4eea 2fb6 5011 s.P+z.N./.P.0x0030: 3cb8 b9f0 0000 192.168.10.50.39309: Flags ., ack 1095,

8、 win 7651, length 00x0000: ac81 1250 b016 0022 3f11 74b2 0800 4500 .P.?.t.E.0x0010: 0028 e970 4000 3306 a489 7b7d 737e c0a8 .(.p.3.s.0x0020: 0a32 0050 998d 4eea 2fb6 2b7a e5e3 5010 .2.P.N./.+z.P.0x0030: 1de3 ae3f 0000 .?.目标地址发送了 5010, 对本机的请求回复 ACK 确认。14:38:34.396202 IP 123.125.115.126.80 192.168.10.

9、50.39309: Flags F., seq 188, ack 1095, win 7651, length 00x0000: ac81 1250 b016 0022 3f11 74b2 0800 4500 .P.?.t.E.0x0010: 0028 e972 4000 3306 a487 7b7d 737e c0a8 .(.r.3.s.0x0020: 0a32 0050 998d 4eea 2fb6 2b7a e5e3 5011 .2.P.N./.+z.P.0x0030: 1de3 ae3e 0000 .目标地址也发送了 FIN 请求。14:38:34.396235 IP 192.168.

10、10.50.39309 123.125.115.126.80: Flags ., ack 189, win 15544, length 00x0000: 0022 3f11 74b2 ac81 1250 b016 0800 4500 .?.tPE.0x0010: 0028 0000 4000 4006 80fa c0a8 0a32 7b7d .(.20x0020: 737e 998d 0050 2b7a e5e3 4eea 2fb7 5010 s.P+z.N./.P.0x0030: 3cb8 8f69 0000本机回应 ACK, 结束了双方的通信。在 TCP状态迁移图中 , 客户端的状态变化是

11、 :ESTABLISHEDFIN_WAIT1FIN_WAIT2TIME_WAITCLOSED服务器状态变化 :ESTABLISHEDCLOSE_WAITLAST_ACKCLOSED问题 1: 为什么建立连接时需要三次握手 , 关闭连接时需要四次 ?从 TCP状态迁移图中得知 , 当服务器是 CLOSE_WAIT 这个状态时 ,可能还有 数据要传输 ,稍后再关闭 ,数据传输全部完成后发送 FIN,进入 LAST_ACK 状态。一个实例:在 ping 192.168.10.1 时, 如果 arp中有没此地址的缓存表那么需要发送 ARP数据包在局域网内进行广播 , 寻找目的 MAC 地址, 对于广

12、播范围的控制 ,可使用 VLAN 技术。ARP协议: IP地址和对应 MAC 地址映射协议。ARP协议格式 : 16bit硬件类型（0x0001为MAC 地址 16bit协议类型（0x0080为 IP协议8bit硬件地址长度 （MAC 为6 8bit 协议长度（IPv4为 48bit操作码 源硬件地址 源 IP 地址 目的硬件地址 目的 IP 地址#tcpdump -ni wlan0 -XXARP, Request who-has 192.168.10.50 tell 192.168.10.1, length 280x0000: ffff ffff ffff 0022 3f11 74b2 08

13、06 0001 ?.t /0806 是 ARP 请求/应答0x0010: 0800 0604 0001 0022 3f11 74b2 c0a8 0a01 ?.t/000是1 ARP 请求0x0020: 0000 0000 0000 c0a8 0a32 （2ARP, Reply 192.168.10.50 is-at ac:81:12:50:b0:16, length 280x0000: 0022 3f11 74b2 ac81 1250 b016 0806 0001 .?.tP0x0010: 0800 0604 0002 ac81 1250 b016 c0a8 0a32 P 2/000是2 AR

14、P 应答0x0020: 0022 3f11 74b2 c0a8 0a01 .?.t在内核执行 ping时,对 IP地址在路由表中进行 IP选路,# route -n内核 IP 路由表目标 网关 子网掩码 标志 跃点 引用 使用 接口0.0.0.0 192.168.10.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 wlan0169.254.0.0 0.0.0.0 255.255.0.0 U 1000 0 0 wlan0192.168.10.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 2 0 0 wlan0先匹配本机地址 ,再匹配网络地址 , 最后交给默认网关 , 由网关进行路由。 如果 IP地

15、址 是本机地址 ,那么经过 lo回环到本机 :ping 192.168.10.50PING 192.168.10.50 (192.168.10.50 56(84 bytes of data.64 bytes from 192.168.10.50: icmp_req=1 ttl=64 time=0.048 ms64 bytes from 192.168.10.50: icmp_req=2 ttl=64 time=0.032 ms。- 192.168.10.50 ping statistics -11 packets transmitted, 11 received, 0% packet loss

16、, time 9996ms# tcpdump -ni lotcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decodelistening on lo, link-type EN10MB (Ethernet, capture size 65535 bytes16:59:53.068568 IP 192.168.10.50 192.168.10.50: ICMP echo request, id 4194, seq 13, length 6416:59:53.068585 IP 192.168.10.50 19

17、2.168.10.50: ICMP echo reply, id 4194, seq 13, length 6416:59:54.068539 IP 192.168.10.50 192.168.10.50: ICMP echo request, id 4194, seq 14, length 64或者:$ ping 127.12.1.1PING 127.12.1.1 (127.12.1.1 56(84 bytes of data.64 bytes from 127.12.1.1: icmp_req=1 ttl=64 time=0.049 ms64 bytes from 127.12.1.1:

18、icmp_req=2 ttl=64 time=0.030 ms64 bytes from 127.12.1.1: icmp_req=3 ttl=64 time=0.032 ms64 bytes from 127.12.1.1: icmp_req=4 ttl=64 time=0.039 ms64 bytes from 127.12.1.1: icmp_req=5 ttl=64 time=0.035 ms64 bytes from 127.12.1.1: icmp_req=6 ttl=64 time=0.035 msC- 127.12.1.1 ping statistics -6 packets

19、transmitted, 6 received, 0% packet loss, time 4997ms# tcpdump -ni lo/ 在 tcpdump -ni lo 中可以显示出相应信息。tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decodelistening on lo, link-type EN10MB (Ethernet, capture size 65535 bytes15:17:21.174084 IP 127.0.0.1 127.12.1.1: ICMP echo request,

20、 id 14317, seq 1, length 6415:17:21.174106 IP 127.12.1.1 127.0.0.1: ICMP echo reply, id 14317, seq 1, length 6415:17:22.173979 IP 127.0.0.1 127.12.1.1: ICMP echo request, id 14317, seq 2, length 6415:17:22.174001 IP 127.12.1.1 127.0.0.1: ICMP echo reply, id 14317, seq 2, length 6415:17:23.173980 IP

21、127.0.0.1 127.12.1.1: ICMP echo request, id 14317, seq 3, length 6415:17:23.173997 IP 127.12.1.1 127.0.0.1: ICMP echo reply, id 14317, seq 3, length 64C6 packets captured12 packets received by filter0 packets dropped by kernel如果 IP 地址是本网段地址 ,比如 192.168.10.53 那么可交 0.0.0.0,0.0.0.0即给默 认网关, 最后从 wlan0 接口

22、发送给本机路由器。$ ping 192.168.10.53PING 192.168.10.53 (192.168.10.53 56(84 bytes of data.64 bytes from 192.168.10.53: icmp_req=1 ttl=64 time=1.91 ms64 bytes from 192.168.10.53: icmp_req=2 ttl=64 time=1.15 ms64 bytes from 192.168.10.53: icmp_req=3 ttl=64 time=1.26 ms# tcpdump -ni wlan0tcpdump: verbose outp

23、ut suppressed, use -v or -vv for full protocol decodelistening on wlan0, link-type EN10MB (Ethernet, capture size 65535 bytes15:09:49.244483 IP 192.168.10.50 192.168.10.53: ICMP echo request, id 14139, seq 1, length 6415:09:49.247589 IP 192.168.10.53 192.168.10.50: ICMP echo reply, id 14139, seq 1,

24、length 6415:09:50.245809 IP 192.168.10.50 192.168.10.53: ICMP echo request, id 14139, seq 2, length 64路由器经过 ARP广播后, 如果能得到目的 MAC 地址, 那么在主机的 ARP 缓存 中会自动记录并更新这张地址表 :#arp -alocalhost (192.168.10.1 位于 00:22:3f:11:74:b2 ether 在 wlan0对于几个概念的理解 :路由器: router, 作用在网络层 , 路由器是组建互联网的设备。 路由器接在两个 或多个不同的网络上 , 不同网络间通

25、信时发送包装好的以太网帧相应的路由器 , 由路 由器根据 IP 地址寻找相应路由进行转发 ,直至发送到目的 IP 地址。交换机: switch, 作用于链路层 ,交换机是组建以太网的设备。 交换机根据以太 网帧中 MAC 地址进行转发 ,直到发送至目的 MAC 地址。注:对于 tcpdump 结果的详细解释 :18:24:07.045137 IP 220.181.112.122.80 192.168.10.51.39056: Flags S., seq 3453925520, ack 501098039, win 14600, options mss1452,sackOK,nop,nop,no

26、p,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop, length0 0x0000: ac81 1250 b016 0022 3f11 74b2 0800 4500 .P.?.t.E.0x0010: 003c f255 4000 3106 3f5b dcb5 707a c0a8 .U.1.?.pz.0x0020: 0a33 0050 9890 cdde b890 1dde 2637 a012 .3.P&7.0x0030: 3908 988c 0000 0204 05ac 0402 0101 0101 90x0040: 0101 0101 0101 0101 0101 ac81 1250 b016目: 的 MAC0022 3f11 74b2:源 MCA0800:上层协议类型 :IP 类型4500:IPv,IP首部长度 5*4=20 字节, TOS服务类型无003c:IP数据报长度 60 字节f255:62037,IP数据报标志4000:标志位 ,用于分片3106:31,TTL,06:上层协议为 TCP 协议3f5b:校验码dcb5 707a:源 IP 地址:220.181.112.122c0a8 0a33:目的 IP地址 :192.168.10.510050:源端口号 :809890:目的端口号 :39056cdde b890:数据序号