windows网络编程第2章

1、第第2章章 TCP/IP协议簇及其应用协议簇及其应用本章将介绍本章将介绍TCP/IPTCP/IP协协议簇中包含的常用网议簇中包含的常用网络协议及其应用，使络协议及其应用，使读者了解它们的基本读者了解它们的基本功能和工作原理，为功能和工作原理，为后面基于这些协议编后面基于这些协议编写网络应用程序奠定写网络应用程序奠定基础。基础。本章知识点本章知识点pIPIP协议协议pTCPTCP协议协议pUDPUDP协议协议pTCP/IPTCP/IP协议簇中的其他常用协议协议簇中的其他常用协议2.1 IP协议协议2.1.1 IP2.1.1 IP协议基础协议基础2.1.2 IP2.1.2 IP协议的关键机制协议的

2、关键机制2.1.1 IP协议基础协议基础pIP协议包含两个最基本的功能，即寻址和分片。协议包含两个最基本的功能，即寻址和分片。p当发送或接收数据时（例如收取电子邮件或浏览网当发送或接收数据时（例如收取电子邮件或浏览网页），信息将被拆分成若干个小块，称为数据包。每页），信息将被拆分成若干个小块，称为数据包。每个数据包都包含发送者和接收者的个数据包都包含发送者和接收者的IP地址。数据包首地址。数据包首先被发送到网关，网关读取数据包中的目的地址，然先被发送到网关，网关读取数据包中的目的地址，然后将其转发到能够到达该目的地址的邻近的网关；每后将其转发到能够到达该目的地址的邻近的网关；每个网关都重复上面

3、的过程，直到网关认定目的主机在个网关都重复上面的过程，直到网关认定目的主机在其可以直接到达的网段或域中，则网关将数据包直接其可以直接到达的网段或域中，则网关将数据包直接发送给目的计算机。发送给目的计算机。pIP是无连接的协议，也就是说在通信的两个端点之间是无连接的协议，也就是说在通信的两个端点之间不存在持续的连接。不存在持续的连接。 使用使用IP协议发送数据包的示意图协议发送数据包的示意图 IP数据包的格式数据包的格式IP数据包各字段的含义数据包各字段的含义p版本版本，目前使用的，目前使用的IPIP版本，大小为版本，大小为4 4位。位。p包头长度包头长度，用于指定数据包头的长度，大小为，用于指

4、定数据包头的长度，大小为4 4位。位。p服务类型（服务类型（TOSTOS），），用于设置数据传输的优先权或者优先级，大小为用于设置数据传输的优先权或者优先级，大小为8 8位。位。p总长度总长度，用于指定数据包的总长度，等于包头长度加上数据长度，大小为，用于指定数据包的总长度，等于包头长度加上数据长度，大小为1616位。位。p标识标识，用于指定当前数据包的标识号，大小为，用于指定当前数据包的标识号，大小为1616位。位。p分段标志分段标志，确定一个数据包是否可以分段，同时也指出当前分段后面是否还有更多分，确定一个数据包是否可以分段，同时也指出当前分段后面是否还有更多分段，大小为段，大小为3 3位

5、。位。p分段偏移量分段偏移量，帮助目标主机查找分段在整个数据包中的位置，大小为，帮助目标主机查找分段在整个数据包中的位置，大小为1313位。位。p生存时间（生存时间（TTLTTL），），设置数据包可以经过的最多路由器数，每经过一个路由器，该值设置数据包可以经过的最多路由器数，每经过一个路由器，该值会减会减1 1。该值等于。该值等于0 0时，数据包被丢弃。该字段的长度为时，数据包被丢弃。该字段的长度为8 8位。位。p协议协议，指定与该数据包相关联的上层协议，大小为，指定与该数据包相关联的上层协议，大小为8 8位。位。p包头校验和包头校验和，检查传输数据的完整性，大小为，检查传输数据的完整性，大小

6、为1616位。位。p源地址源地址，发送数据包的计算机的，发送数据包的计算机的IPIP地址，大小为地址，大小为3232位。位。p目的地址目的地址，接收数据包的计算机的，接收数据包的计算机的IPIP地址，大小为地址，大小为3232位。位。p选项选项，指定，指定IPIP数据包中的选项。关于选项的具体含义请参照数据包中的选项。关于选项的具体含义请参照.2小节理解。小节理解。p数据数据，数据包中传输的数据。，数据包中传输的数据。IP协议的关键机制协议的关键机制p服务类型服务类型。p生存时间生存时间。p选项选项。p包头校验和包头校验和。ping命令命令结果中的结果中的TTL值值2.2 TC

7、P和和UDP协议协议2.2.1 TCP2.2.1 TCP协议的网络功能协议的网络功能2.2.2 TCP2.2.2 TCP段结构段结构2.2.3 TCP2.2.3 TCP的基本工作流程的基本工作流程2.2.4 UDP2.2.4 UDP协议协议2.2.1 TCP协议的网络功能协议的网络功能p TCPTCP（Transmission Control ProtocolTransmission Control Protocol，传输控制协，传输控制协议）是面向连接的传输协议，通过序列确认和包重发议）是面向连接的传输协议，通过序列确认和包重发机制提供可靠的数据流发送和应用程序的虚拟连接服机制提供可靠的数据

8、流发送和应用程序的虚拟连接服务。务。TCPTCP协议和协议和IPIP协议相结合，构成了协议相结合，构成了InternetInternet协议的协议的核心。核心。p TCPTCP是一个精确传输协议，但并不是及时传输协议。使是一个精确传输协议，但并不是及时传输协议。使用用TCPTCP传输数据可能会导致相对较长的延时，通常用来传输数据可能会导致相对较长的延时，通常用来等待打乱顺序的消息或者重新传输丢失的消息。等待打乱顺序的消息或者重新传输丢失的消息。p TCPTCP是可靠的流传输服务，它可以保证从一个主机传送是可靠的流传输服务，它可以保证从一个主机传送到另一个主机的数据流不会出现重复数据或丢失数据到

9、另一个主机的数据流不会出现重复数据或丢失数据的情况。因为在的情况。因为在IPIP协议中数据包的传输是不可靠的，协议中数据包的传输是不可靠的，所以在传输时需要使用一种叫做主动确认的技术来确所以在传输时需要使用一种叫做主动确认的技术来确保数据包传输的可靠性。保数据包传输的可靠性。2.2.2 TCP段结构段结构p为了更高效地在网络中传输，消息被拆分成一个个消息单元，为了更高效地在网络中传输，消息被拆分成一个个消息单元，在网络上的计算机之间传递。消息单元被称为段（在网络上的计算机之间传递。消息单元被称为段（segmentsegment）。）。TCP段段结构结构2.2.3 TCP的基本工作流程的基本工作

10、流程p两个主机使用两个主机使用TCPTCP协议进行通信可以分为协议进行通信可以分为3 3个阶段，即建立连个阶段，即建立连接阶段、数据传输阶段和断开连接释放资源阶段。接阶段、数据传输阶段和断开连接释放资源阶段。1 1TCPTCP的状态的状态2 2建立连接建立连接3 3数据传输数据传输4 4断开连接断开连接1TCP的状态的状态pLISTENLISTEN：服务器端等待远程客户端连接请求的状态。：服务器端等待远程客户端连接请求的状态。pSYN-SENTSYN-SENT：当要访问其他计算机的服务时，首先要发送一个同步信号给该端口，：当要访问其他计算机的服务时，首先要发送一个同步信号给该端口，此时状态变为

11、此时状态变为SYN_SENTSYN_SENT。如果连接成功了，状态就会变为。如果连接成功了，状态就会变为ESTABLISHEDESTABLISHED，因此，因此SYN_SENTSYN_SENT状态是非常短暂的。但如果发现状态是非常短暂的。但如果发现SYN_SENTSYN_SENT非常多且在向不同的机器发送非常多且在向不同的机器发送数据，那这台计算机很可能中了冲击波或震荡波之类的病毒。数据，那这台计算机很可能中了冲击波或震荡波之类的病毒。pSYN-RECEIVEDSYN-RECEIVED：在收到和发送一个连接请求后等待对方对连接请求的确认。：在收到和发送一个连接请求后等待对方对连接请求的确认。p

12、ESTABLISHEDESTABLISHED：代表一个打开的连接。：代表一个打开的连接。pFIN-WAIT-1FIN-WAIT-1：等待远程：等待远程TCPTCP的连接中断请求，或者等待对先前连接中断请求的确的连接中断请求，或者等待对先前连接中断请求的确认。认。pFIN-WAIT-2FIN-WAIT-2：从远程：从远程TCPTCP等待连接中断请求。等待连接中断请求。pCLOSE-WAITCLOSE-WAIT：等待从本地用户发来的连接中断请求。：等待从本地用户发来的连接中断请求。pCLOSINGCLOSING：等待远程：等待远程TCPTCP对连接中断的确认。对连接中断的确认。pLAST-ACKL

13、AST-ACK：等待对上次发向远程：等待对上次发向远程TCPTCP的连接中断请求的确认。的连接中断请求的确认。pTIME-WAITTIME-WAIT：等待足够的时间以确保远程：等待足够的时间以确保远程TCPTCP接收到连接中断请求的确认。接收到连接中断请求的确认。pCLOSEDCLOSED：没有任何连接状态。：没有任何连接状态。2建立连接建立连接3数据传输数据传输pTCPTCP是一种可靠的传输协议，它使用序列号来标识数据中的每是一种可靠的传输协议，它使用序列号来标识数据中的每个字节。个字节。p序列号中包含每个主机中发送的字节的顺序，从而使目的主机序列号中包含每个主机中发送的字节的顺序，从而使目

14、的主机可以按照顺序对数据进行重组。可以按照顺序对数据进行重组。p每个字节的序列号是递增的。每个字节的序列号是递增的。p在建立连接时在建立连接时3 3次握手的前两次中，两端的主机会交换初始序次握手的前两次中，两端的主机会交换初始序列号（列号（ISNISN）。初始序列号是随机的，不可预知的。）。初始序列号是随机的，不可预知的。pTCPTCP还提供流量控制的功能。如果发送方主机的网卡带宽高于还提供流量控制的功能。如果发送方主机的网卡带宽高于接收方主机的网卡带宽，则要对发送数据的流量进行控制，否接收方主机的网卡带宽，则要对发送数据的流量进行控制，否则接收方将无法稳定地接收和处理数据。则接收方将无法稳定

15、地接收和处理数据。4断开连接断开连接p 在多数情况下，在多数情况下，TCPTCP使用使用4 4次握手来断开连接。当一方次握手来断开连接。当一方希望断开连接时，它会向对方发送一个希望断开连接时，它会向对方发送一个FINFIN包；对方在包；对方在收到收到FINFIN包后，会发送一个包后，会发送一个ACKACK确认包。因此，通常来确认包。因此，通常来说双向连接需要从每个说双向连接需要从每个TCPTCP端点发送一对端点发送一对FINFIN和和ACKACK段。段。p 也可以使用也可以使用3 3次握手的方式断开次握手的方式断开TCPTCP连接。当主机连接。当主机A A发送发送FINFIN包后，主机包后，主

16、机B B回复回复FINFIN加加ACKACK包，将上面的两个步骤包，将上面的两个步骤合并为一个步骤，然后主机合并为一个步骤，然后主机A A再回复再回复ACKACK包。包。p 如果两个主机同时发送如果两个主机同时发送FINFIN包，然后又都收到了对应的包，然后又都收到了对应的ACKACK包，则这种情况可以看作是包，则这种情况可以看作是2 2次握手。次握手。2.2.4 UDP协议协议p UDPUDP（User Datagram ProtocolUser Datagram Protocol，用户数据报协议）可以提供一，用户数据报协议）可以提供一种基本的、低延时的数据报传输。种基本的、低延时的数据报传

17、输。p UDPUDP协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据报的形式进行协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据报的形式进行传输。每个数据报的前传输。每个数据报的前8 8个字节用来包含报头信息，剩余字节则个字节用来包含报头信息，剩余字节则是具体的传输数据。是具体的传输数据。p 与与TCPTCP相比，相比，UDPUDP更适合发送数据量比较少、但对响应速度要求更适合发送数据量比较少、但对响应速度要求比较高的情况。比较高的情况。常用的常用的TCP和和UDP端口端口端口号端口号协议协议说明说明21TCPFTP服务器所开放的端口，用于上传、下载22TCPPcAnywhere建立的TCP连接的端口23TC

18、PTelnet远程登录25TCPSMTP服务器所开放的端口，用于发送邮件53TCPDNS服务器所开放的端口80TCPHttp端口，用于网页浏览137UDPNetBios命名服务138UDPNetBios数据报服务139TCPNetBios会话服务，当通过网上邻居传输文件时用137、138和139端口161UDP简单网络管理协议SNMP443TCP/UDPHttps网页浏览端口，能提供加密和通过安全端口传输的另一种HTTP1433TCPSQL Server数据库服务器开放的端口2.3 其他常用协议其他常用协议2.3.1 ARP2.3.1 ARP协议协议2.3.2 ICMP2.3.2 ICMP协议

19、协议2.3.3 Telnet2.3.3 Telnet协议协议2.3.4 FTP2.3.4 FTP协议协议2.3.5 SMTP2.3.5 SMTP和和POP3POP3协议协议2.3.1 ARP协议协议p大多数应用程序都根据大多数应用程序都根据IPIP地址实现网络通信，那么如地址实现网络通信，那么如何将何将IPIP地址转换为对应的地址转换为对应的MACMAC地址呢？地址呢？ARPARP（Address Address Resolution ProtocolResolution Protocol，地址解析协议）可以帮助用，地址解析协议）可以帮助用户实现此功能。查看本地户实现此功能。查看本地ARPAR

20、P表的命令如下：表的命令如下：arp -aarp -a动态维护动态维护ARP表的过程表的过程手动删除手动删除ARP表项中的条目表项中的条目arpd【例【例2.12.1】从本地】从本地ARPARP表中删除表中删除IPIP地址为地址为0505的条目，命令如下：的条目，命令如下：arpd052ARP攻击攻击ARPARP欺骗通常有如下两种情况欺骗通常有如下两种情况（1 1）对路由器）对路由器ARPARP表的欺骗，感染表的欺骗，感染ARPARP木马的主机会不断木马的主机会不断地向路由器发送一系列错误的内网地向路由器发送一系列错误的内网MA

21、CMAC地址，使真实的地地址，使真实的地址信息无法通过更新保存在路由器上。因为路由器负责转址信息无法通过更新保存在路由器上。因为路由器负责转发数据包，是主机连接发数据包，是主机连接InternetInternet的关键设备，所以路由器的关键设备，所以路由器被欺骗后，网络中的大量主机都无法正常上网。被欺骗后，网络中的大量主机都无法正常上网。（2 2）伪造网关，欺骗其他主机向假网关发送数据，而不）伪造网关，欺骗其他主机向假网关发送数据，而不是通过正确的路由器途径上网。是通过正确的路由器途径上网。3RARP协议协议pRARPRARP（Reverse Address Resolution Protoc

22、olReverse Address Resolution Protocol，反，反向地址解析协议）可以根据局域网中一个设备的向地址解析协议）可以根据局域网中一个设备的MACMAC地址获取它的地址获取它的IPIP地址。地址。 pRARPRARP协议广泛应用于无盘工作站，用于获取协议广泛应用于无盘工作站，用于获取IPIP地址。地址。普通计算机的普通计算机的IPIP地址保存在硬盘上，每次启动系统地址保存在硬盘上，每次启动系统时可以从硬盘的配置文件中获得。但无盘工作站没时可以从硬盘的配置文件中获得。但无盘工作站没有硬盘，因此它只能在每次启动时通过有硬盘，因此它只能在每次启动时通过RARPRARP协议向

23、协议向RARPRARP服务器申请服务器申请IPIP地址。地址。RARP协议的工作过程协议的工作过程（1 1）申请）申请IPIP地址的主机在本地网络中发送一个地址的主机在本地网络中发送一个RARPRARP广播广播包，其中包括自己的包，其中包括自己的MACMAC地址，希望任何收到该请求的地址，希望任何收到该请求的RARPRARP服务器为其分配一个服务器为其分配一个IPIP地址。地址。（2 2）收到请求的）收到请求的RARPRARP服务器将检查其服务器将检查其RARPRARP列表，判断是列表，判断是否存在该否存在该MACMAC地址对应的地址对应的IPIP地址。如果存在，则给源主机地址。如果存在，则给

24、源主机发送一个响应数据包，并将此发送一个响应数据包，并将此IPIP地址提供给对方主机使用地址提供给对方主机使用；如果不存在，则；如果不存在，则RARPRARP服务器对该请求不做响应。一个网服务器对该请求不做响应。一个网段中可以存在多个段中可以存在多个RARPRARP服务器。服务器。（3 3）源主机收到）源主机收到RARPRARP服务器发回的响应信息后，使用得服务器发回的响应信息后，使用得到的到的IPIP地址进行通讯。地址进行通讯。（4 4）如果一直没有收到）如果一直没有收到RARPRARP服务器的响应信息，则表明服务器的响应信息，则表明初始化失败。初始化失败。2.3.2 ICMP协议协议p I

25、CMPICMP（Internet Control Message ProtocolInternet Control Message Protocol，InternetInternet控制控制报文协议），用于在报文协议），用于在IPIP主机、路由器之间传递控件消息。通常主机、路由器之间传递控件消息。通常可以使用它来探测主机或网络设备的在线状态。可以使用它来探测主机或网络设备的在线状态。p ICMPICMP报文可以分为差错报文和询问报文两种类型。在报文可以分为差错报文和询问报文两种类型。在ICMPICMP数据数据包中，使用类型和代码两个字段来描述包中，使用类型和代码两个字段来描述ICMPICMP报

26、文的具体类型报文的具体类型。2.3.3 Telnet协议协议 Telnet（Teletype network，网络终端协议）是在，网络终端协议）是在Internet和局域网上应用的网络协议，用于提供双向和局域网上应用的网络协议，用于提供双向交互式的通讯功能。交互式的通讯功能。Telnet可以提供对远程主机进可以提供对远程主机进行访问的命令行接口，到远程主机的连接是基于行访问的命令行接口，到远程主机的连接是基于TCP协议的虚拟终端连接。协议的虚拟终端连接。 Telnet是客户机是客户机/服务器结构的协议，它基于可靠的、服务器结构的协议，它基于可靠的、面向连接的数据传输。通常，面向连接的数据传输。

27、通常，Telnet协议使用协议使用TCP端口端口23来建立连接，来建立连接，Telnet服务器应用程序会在该服务器应用程序会在该端口上监听连接请求。端口上监听连接请求。实现实现Telnet远程登录服务远程登录服务的的4个步骤个步骤（1 1）与远程主机建立一个）与远程主机建立一个TCPTCP连接，用户需要连接，用户需要指定远程主机的指定远程主机的IPIP地址和域名。地址和域名。（2 2）在本地终端上输入用户名和口令，然后）在本地终端上输入用户名和口令，然后输入控制命令，客户端会将它们以输入控制命令，客户端会将它们以NVTNVT（Net Net Virtual TerminalVirtual Te

28、rminal）格式传送到远程主机。）格式传送到远程主机。（3 3）将远程主机输出的）将远程主机输出的NVTNVT格式的数据转化为格式的数据转化为本地所接受的格式，然后送回本地终端，包本地所接受的格式，然后送回本地终端，包括命令的回显和命令的执行结果。括命令的回显和命令的执行结果。（4 4）最后，本地终端断开连接，结束到远程）最后，本地终端断开连接，结束到远程主机的主机的TCPTCP连接。连接。telnet命令命令telnet -a-e escape char-f log file-l user-t termhost telnet -a-e escape char-f log file-l us

29、er-t termhost portport参数说明如下：参数说明如下：p -a-a，试图自动登录。除了使用当前已经登录的用户名之外，与，试图自动登录。除了使用当前已经登录的用户名之外，与-l-l选项选项的功能相同。的功能相同。p -e-e，指定，指定EscapeEscape字符。字符。telnettelnet客户端将不发送客户端将不发送EscapeEscape字符到远程主机字符到远程主机。默认的。默认的EscapeEscape字符中字符中CTRL+CTRL+。p -f-f，指定客户端登录的文件名。，指定客户端登录的文件名。p -l-l，指定远程系统上登录的用户名。，指定远程系统上登录的用户名

30、。p -t-t，指定终端类型，包括，指定终端类型，包括vt100vt100、vt52vt52、ansiansi和和vtntvtnt等。等。p hosthost，指定要连接的远程主机的名称或，指定要连接的远程主机的名称或IPIP地址。地址。p portport，指定端口号或服务名。，指定端口号或服务名。Telnet命令命令TelnetTelnet命令命令简写简写功功 能能 描描 述述closec关闭当前连接 displayd显示操作参数open o连接到指定主机的指定端口，默认端口为23quitq退出Telnetsetset设置选项sendsen将字符串发送到服务器statusst显示状态信息u

31、nsetu解除设置选项help?或者h显示帮助信息2.3.4 FTP协议协议p FTPFTP（File Transfer ProtocolFile Transfer Protocol，文件传输协议）是，文件传输协议）是TCP/IPTCP/IP网络中交换和管理文件的标准网络协议。网络中交换和管理文件的标准网络协议。FTPFTP基基于客户机于客户机/ /服务器结构，用户使用服务器结构，用户使用FTPFTP客户端可以连接到客户端可以连接到一个运行一个运行FTPFTP服务器程序的远程计算机，查看它上面有服务器程序的远程计算机，查看它上面有哪些文件，并可以在本地计算机和远程计算机之间复制哪些文件，并可以

32、在本地计算机和远程计算机之间复制文件。文件。p FTPFTP服务器程序在端口服务器程序在端口2020和端口和端口2121上进行监听。上进行监听。FTPFTP客户客户端程序首先连接服务器的端口端程序首先连接服务器的端口2121，该连接被称为控制连，该连接被称为控制连接，它在整个会话过程中都处于开放状态；当需要传输接，它在整个会话过程中都处于开放状态；当需要传输文件数据时，客户端程序将连接服务器的端口文件数据时，客户端程序将连接服务器的端口2020。运行模式运行模式1 1主动模式主动模式在主动模式下，客户端向服务器发送自己用于数据连接的在主动模式下，客户端向服务器发送自己用于数据连接的IPIP地址

33、和端口号，然后由服务器程序打开数据连接。地址和端口号，然后由服务器程序打开数据连接。2 2被动模式被动模式当客户端在防火墙后面或者无法接收当客户端在防火墙后面或者无法接收TCPTCP连接时，通常建连接时，通常建议采用被动模式。在被动模式下，服务器向客户端发送自议采用被动模式。在被动模式下，服务器向客户端发送自己用于数据连接的己用于数据连接的IPIP地址和端口号，则客户端打开数据连地址和端口号，则客户端打开数据连接。接。数据表示模式数据表示模式pASCIIASCII模式，只能传送纯文本。模式，只能传送纯文本。p二进制模式，发送方将文件按字节发送，接收二进制模式，发送方将文件按字节发送，接收方以字

34、节流的方式接收并保存数据。通常称这方以字节流的方式接收并保存数据。通常称这种模式为种模式为IMAGEIMAGE模式或模式或I I模式。模式。FTP站点站点p在在IEIE浏览器中访问下面的浏览器中访问下面的FTPFTP站点。站点。ftp:/ SMTP和和POP3协议协议pSMTPSMTP（Simple Mail Transfer ProtocolSimple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议）是一种可靠并且，简单邮件传输协议）是一种可靠并且高效的电子邮件传输的协议；高效的电子邮件传输的协议；pPOP3POP3（Post Office Protocol 3Post Office Protocol 3，邮局，邮局协议版本协议版本3 3）是规定计算机如何连接到邮）是规定计算机如何连接到邮件服务器进行收发邮件的协议。件服务器进行收发邮件的协议。1SMTP协议协议p 电子邮件服务器和其他邮件传输代理使用电子邮件服务器和其他邮件传输代理使用SMTPSMTP协议发送和接收邮协议发送和接收邮件消息，而客户端邮件应用程序通常只使用件消息，而客户端邮件应用程序通常只使用SMTPSMTP向邮件服务器发向邮件服务器发送消息，然后等待回复。送消息，然后等待回复。p 使用使用SM