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TCP/IP學習筆記(1)

編輯：關於VC++

一、TCP/IP結構：

TCP/IP是一個四層協議，結構如下：

1、應用層：各種應用程序和協議，如Http、FTP等。

2、傳輸層：TCP和UDP

TCP提供一種可靠的運輸層服務，但UDP是不可靠的，不能保證數據報到正確到達目的地。

3、網絡層：IP、IGMP、ICMP

IP提供的是一種不可靠的服務，也就是盡可能塊地把分組從源節點送到目的節點，但並

不提供任何可靠性保證。ICMP是IP的附屬協議，主要用來交換錯誤報文，IGMP是組管理協議，用來將UDP數據報多播到多個主機。

4、鏈路層：設備驅動程序和網卡等

二、IP地址和子網掩碼

要學習TCP/IP協議，首先要提到的是IP地址。每台主機的IP地址是一個32位的二進制數。每個IP地址被分割位兩部分：前綴和後綴。前綴用來確定計算機從屬的物理網絡，後綴用來確定網絡上單獨的計算機。互聯網上每一個物理網絡都有一個唯一的值作為網絡號，該網絡號必須全球一致。

1、IP地址分類：

IP地址分位五類：A類、B類、C類、D類、E類，其中A類、B類和C類為基本類，D類用於多播，E類屬於保留類，現在不用。它們的格式如下（其中*代表網絡號）：

A類：0******* XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX

B類：10****** ******** XXXXXXXX XXXXXXXX

C類：110***** ******** ******** XXXXXXXX

D類：1110**** XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX

E類：1111**** XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX

這樣，A類地址的范圍為：0.0.0.0-127.255.255.255

B類地址的范圍為：128.0.0.0-191.255.255.255

C類地址的范圍為：192.0.0.0-223.255.255.255

D類地址的范圍為：224.0.0.0-239.255.255.255

E類地址的范圍為：240.0.0.0-247.255.255.266

◆ 幾個特殊IP地址

網絡地址：IP地址中主機地址全為0的地址，如128.211.0.0。

廣播地址：IP地址中主機地址全為1的地址，如128.211.255.255。

環回地址：127.0.0.1，主要用於測試。

2、子網掩碼：

現在的主機都要求支持子網掩碼，不再把IP地址看成為由單純的一個網絡號和一個主機號組成，而是把主機號再分成一個子網號和一個主機號。例如一個B類地址(140.252)，在剩下的16位中，8位用於子網號，8位用於主機號，這樣就允許254個子網，每個子網就可以有254台主機。為了確定多少位用於子網號，多少位用於主機號，這就要用到子網掩碼了。其中值為1的位留給網絡號和子網號，為0的位留給主機號。

三、數據包的封裝和分用

1、封裝：

應用程序→TCP/UDP→IP→以太網

2、分用：

以太網←IP←TCP/UDP←應用程序

以太網

首部

(14)

IP首部

(20)

TCP首

部(20)

應用數據以太網

尾部(4)

四、IP首部：

IP協議是TCP/IP協議族中最核心的協議，所有的TCP、UDP、ICMP和IGMP數據都以IP數據報格式傳輸。IP傳輸的兩個特點：不可靠和無連接。IP協議並不保證數據報能成功地到達目的地，也不維護後續數據報的狀態信息。必須由上層協議處理。

4位

版本

4位首

部長度

8位服務類型 16位總長度（字節數） 16位標識 3位

標志

13位片偏移 8位TTL 8位協議 16位首部檢驗和 32位源IP地址 32位目的IP地址

IP首部定義：

typedef struct ip_hdr { 　　unsigned char ip_verlen; // 4-bit 版本號　　　　　　　　　　　　　　 // 4-bit 首部長度 (in 32-bit words) 　　unsigned char ip_tos; // IP 服務類型　　unsigned short ip_totallength; // 總長度(字節數) 　　//第一個32位　　unsigned short ip_id; // 標識　　unsigned short ip_offset; //3位標志，13位分片偏移，　　#define IP_DF 0x4000 //0x4000 don''t fragment flag 　　#define IP_MF 0x2000 //0x2000 more fragment flag 　　#define IP_OFFMASK 0x1fff //0x1fff mask for fragmenting bits 　　//第二個32位　　unsigned char ip_ttl; // 生存時間　　unsigned char ip_protocol; // 上層協議　　unsigned short ip_checksum; // 首部檢驗和　　//第三個32位　　unsigned int ip_srcaddr; // 源IP地址　　//第四個32位　　unsigned int ip_destaddr; // 目的IP地址　　//第五個32位　 } ip,IPV4_HDR, *PIPV4_HDR, FAR * LPIPV4_HDR;

說明：ip_verlen前4位目前為4，表示為IPv4，後4位為5，表示首部長度為5X4=20個字節。

ip_tos為服務類型(type of service)，aaabbbbc，aaa為優先權子字段，現在已被忽略，bbbb為TOS子字段，代表：最小時延、最大吞吐量、最高可靠性和最小費用，c未使用必須為0。如果bbbb均為0，則表示為一般服務。目前大多數TCP/IP實現都不支持TOS特性。

ip_totallength為IP數據報的總長度，以字節為單位，因此理論最大值為65535，但實際是不可能的。

ip_id為唯一標識主機發送的每一個數據報，通常每發一份它的值就會加1。

ip_off前3位標志abc,a為保留，必須為0，b為不分片標志,c為更多分片標志。

ip_off後13位為分片位置，以8字節為單位計算。因此，除最後一個分片外，其他每個分片都希望是一個8字節倍數的數據，從而使後面的分片從8字節邊界開始。

ip_ttl為IP報的生存周期，每經過一個路由器就減1，如果該字段為0，則該數據報被丟棄。

ip_protocol：1=ICMP,2=IGMP,3=TCP,17=UDP

ip_checksum為數據報的首部檢驗和。計算方法如下：

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協議也采用相同的檢驗和算法。

五、端口號：TCP/UDP都使用一個16bit地端口號來表示不同地程序。

1、知名端口：一般介於1～255之間，例如：FTP的TCP端口號是21。

2、臨時端口，由於客戶端對端口號一般並不關心，只需保證唯一就可以了，所以系統一般分配臨時端口號。

六、鏈路層：(以以太網為例，地址為48bit)

1、鏈路層的功能：

◆ 為IP模塊發送和接收IP數據報

◆ 為ARP模塊發送ARP請求和接收ARP應答

◆ 為RARP模塊發送RARP請求和接收RARP應答

2、以太網的封裝，以太網IP數據報的封裝在RFC 894中定義的：

目的地址

(6)

源地址

(6)

類型

(2)

數據(46-1500)，包括IP、ARP、RARP CRC

(4)

對於ARP和RARP請求/應答數據報大小只有28字節，為了達到46字節的最小長度，必須在後面添加18字節的填充字節。

七、環回地址：

一般把127.0.0.1分配給這個接口，並命名為localhost，一個發給環回接口的IP數據報不能在任何網絡上出現。

1、傳給環回地址的任何數據均作為IP輸入。

2、傳給廣播地址和多播地址的數據報復制一份傳給環回接口，然後送到以太網上。

3、任何傳給該主機IP地址的數據均送到環回接口。

八、最大傳輸單元MTU：

以太網對數據幀的長度都有限制，其最大值為1500。鏈路層的這個特性叫做最大傳輸單元MTU。如果一個IP數據報比MTU大，那IP層就必須進行分片，把數據報分為若干片。如果兩台主機間的通信要通過多個網絡時，那麼每個網絡的鏈路層可能有不同的MTU。重要的不是兩台主機所在網絡的MTU，重要的是兩台主機路徑中的最小MTU，它被成為路徑MTU。

九、IP路由選擇

如果目的主機與源主機直接相連或都在一個共享網絡上，那麼IP數據報就直接送到目的主機上。否則主機就會把數據報發送到一個默認的路由器上，由該路由器來轉發該數據報。IP層在內存中有一個路由表，當收到一份數據報並進行發送時，它都要對該表搜索一次。當數據報來自某個網絡接口時，IP首先檢查目的IP地址是否為本機的IP地址之一或者IP廣播地址。如果是這樣，數據報就被送到由IP首部協議字段所指定的協議模塊進行處理，否則如果IP層被設置為路由器的功能，那麼就對數據報進行轉發，否則丟棄數據報。

我們來看看路由表是什麼：

C:\WINNT\system32>route PRINT

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Interface List

0x1 ........................... MS TCP Loopback interface

0x1000003 ...00 08 02 ca 2d 11 ...... Intel 8255x-based Integrated Fast Ethernet

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Active Routes:

Network Destination　 Netmask　　　 Gateway　　 Interface　　Metric

目的地　　　　　　掩碼　　　　　　　　網關　　　　　　主機

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