幾日前從同事那里偶得《TCP/IP詳解》的三卷電子書，如獲至寶，正好可以解我一直以來對網(wǎng)絡(luò)的諸多困惑。
   感謝同事bonix的共享。嘿嘿

  說明：本文為《TCP/IP詳解，卷1：協(xié)議》的第一章“概述”的學(xué)習(xí)筆記。

一．分層

1．鏈路層

有時(shí)也稱作數(shù)據(jù)鏈路層或網(wǎng)絡(luò)接口層，通常包括操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動程序和計(jì)算機(jī)中對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡。它們一起處理與電纜（或其他任何傳輸媒介）的物理接口細(xì)節(jié)。

2. 網(wǎng)絡(luò)層

有時(shí)也稱作互聯(lián)網(wǎng)層，處理分組在網(wǎng)絡(luò)中的活動，例如分組的選路。在T C P / I P協(xié)議族中，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議包括I P協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議），I C M P協(xié)議（I n t e r n e t互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議），以及I G M P協(xié)議（I n t e r n e t組管理協(xié)議）。

3. 運(yùn)輸層

主要為兩臺主機(jī)上的應(yīng)用程序提供端到端的通信。在T C P / I P協(xié)議族中，有兩個(gè)互不相同的傳輸協(xié)議： T C P（傳輸控制協(xié)議）和U D P（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）。

T C P為兩臺主機(jī)提供高可靠性的數(shù)據(jù)通信。U D P則為應(yīng)用層提供一種非常簡單的服務(wù)它只是把稱作數(shù)據(jù)報(bào)的分組從一臺主機(jī)發(fā)送到另一臺主機(jī)，但并不保證該數(shù)據(jù)報(bào)能到達(dá)另一端。任何必需的可靠性必須由應(yīng)用層來提供。

4．應(yīng)用層

負(fù)責(zé)處理特定的應(yīng)用程序細(xì)節(jié)。應(yīng)用層關(guān)心的是應(yīng)用程序的細(xì)節(jié)，而不是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸活動。通用的應(yīng)用程序如：

• Telnet：遠(yuǎn)程登錄。

• FTP：文件傳輸協(xié)議。

• SMTP：簡單郵件傳送協(xié)議。

• SNMP：簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。

二．TCP/IP協(xié)議族的四個(gè)層次圖

 

 

三．各層的主要協(xié)議說明

1．TCP協(xié)議

 T C P和U D P是兩種最為著名的運(yùn)輸層協(xié)議，二者都使用I P作為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。雖然T C P使用不可靠的I P服務(wù)，但它卻提供一種可靠的運(yùn)輸層服務(wù)。

2．UDP協(xié)議

U D P為應(yīng)用程序發(fā)送和接收數(shù)據(jù)報(bào)。一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)是指從發(fā)送方傳輸?shù)浇邮辗降囊粋€(gè)信息

單元，U D P是不可靠的，它不能保證數(shù)據(jù)報(bào)能安全無誤地到達(dá)最終目的。

3．IP

3．IP協(xié)議

I P是網(wǎng)絡(luò)層上的主要協(xié)議，同時(shí)被T C P和U D P使用。T C P和U D P的每組數(shù)據(jù)都通過端系統(tǒng)和每個(gè)中間路由器中的I P層在互聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)行傳輸。

4．ICMP協(xié)議

I C M P是I P協(xié)議的附屬協(xié)議。I P層用它來與其他主機(jī)或路由器交換錯(cuò)誤報(bào)文和其他重要信息。P i n g和Tr a c e r o u t e都使用了I C M P。

5．IGMP協(xié)議

I G M P是I n t e r n e t組管理協(xié)議。它用來把一個(gè)U D P數(shù)據(jù)報(bào)多播到多個(gè)主機(jī)。

6．ARP和RARP協(xié)議

A R P（地址解析協(xié)議）和R A R P（逆地址解析協(xié)議）是某些網(wǎng)絡(luò)接口（如以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)）使用的特殊協(xié)議，用來轉(zhuǎn)換I P層和網(wǎng)絡(luò)接口層使用的地址。

 

四．互聯(lián)網(wǎng)的地址

1．五類互聯(lián)網(wǎng)地址圖示

 

2. IP地址分類

 有3類IP地址，分別為：

 • 單播地址：目標(biāo)是單個(gè)主機(jī)；

 • 廣播地址：目的端為給定網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)；

 • 多播地址：目的端為同一組內(nèi)的所有主機(jī)。

 

五．域名系統(tǒng)

 在T C P / I P領(lǐng)域中，域名系統(tǒng)（ D N S）是一個(gè)分布的數(shù)據(jù)庫，由它來提供I P地址和

主機(jī)名之間的映射信息。

 域名系統(tǒng)（ D N S）是一個(gè)分布的數(shù)據(jù)庫，由它來提供I P地址和主機(jī)名之間的映射信息。大多數(shù)使用主機(jī)名作為參數(shù)的應(yīng)用程序也可以把I P地址作為參數(shù)。、當(dāng)我們用Te l n e t進(jìn)行遠(yuǎn)程登錄時(shí)，既可以指定一個(gè)主機(jī)名，也可以指定一個(gè)I P地址。

 

六．封裝

 當(dāng)應(yīng)用程序用T C P傳送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)被送入?yún)f(xié)議棧中，然后逐個(gè)通過每一層直到被當(dāng)作

一串比特流送入網(wǎng)絡(luò)。其中每一層對收到的數(shù)據(jù)都要增加一些首部信息（有時(shí)還要增加尾部

信息）。T C P傳給I P的數(shù)據(jù)單元稱作T C P報(bào)文段或簡稱為T C P段（T C Ps e g m e n t）。I P傳給網(wǎng)絡(luò)接口層的數(shù)據(jù)單元稱作I P數(shù)據(jù)報(bào)(IP datagram)。通過以太網(wǎng)傳輸?shù)谋忍亓鞣Q作幀(Fr a m e )。

 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的物理特性是其長度必須在4 6～1 5 0 0字節(jié)之間。

 I P和網(wǎng)絡(luò)接口層之間傳送的數(shù)據(jù)單元應(yīng)該是分組（ p a c k e t）。分組既可以是一個(gè)I P數(shù)據(jù)報(bào)，也可以是I P數(shù)據(jù)報(bào)的一個(gè)片（f r a g m e n t）。

 由于T C P、U D P、I C M P和I G M P都要向I P傳送數(shù)據(jù)，因此I P必須在生成的I P首部中加入某種標(biāo)識，以表明數(shù)據(jù)屬于哪一層。為此， I P在首部中存入一個(gè)長度為8 b i t的數(shù)值，稱作協(xié)議域。1表示為I C M P協(xié)議， 2表示為I G M P協(xié)議， 6表示為T C P協(xié)議， 1 7表示為U D P協(xié)議。

 

七．分用

 當(dāng)目的主機(jī)收到一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀時(shí)，數(shù)據(jù)就開始從協(xié)議棧中由底向上升，同時(shí)去掉各

層協(xié)議加上的報(bào)文首部。每層協(xié)議盒都要去檢查報(bào)文首部中的協(xié)議標(biāo)識，以確定接收數(shù)據(jù)的

上層協(xié)議。這個(gè)過程稱作分用（ D e m u l t i p l e x i n g）。

 

八．客戶-服務(wù)器模型

 大部分網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序在編寫時(shí)都假設(shè)一端是客戶，另一端是服務(wù)器，其目的是為了讓服

務(wù)器為客戶提供一些特定的服務(wù)。

可以將這種服務(wù)分為兩種類型：重復(fù)型或并發(fā)型。

重復(fù)型的交互方式如下：

等待一個(gè)客戶請求的到來-〉處理客戶請求-〉發(fā)送響應(yīng)給發(fā)送請求的客戶-〉進(jìn)入第一步

并發(fā)型的交互方式如下：

C1. 等待一個(gè)客戶請求的到來。

C2. 啟動一個(gè)新的服務(wù)器來處理這個(gè)客戶的請求。在這期間可能生成一個(gè)新的進(jìn)程、任務(wù)

或線程，并依賴底層操作系統(tǒng)的支持。這個(gè)步驟如何進(jìn)行取決于操作系統(tǒng)。生成的新服務(wù)器

對客戶的全部請求進(jìn)行處理。處理結(jié)束后，終止這個(gè)新服務(wù)器。

C3. 返回C 1步。

并發(fā)服務(wù)器的優(yōu)點(diǎn)在于它是利用生成其他服務(wù)器的方法來處理客戶的請求。也就是說，每個(gè)客戶都有它自己對應(yīng)的服務(wù)器。如果操作系統(tǒng)允許多任務(wù)，那么就可以同時(shí)為多個(gè)客戶服務(wù)。

 

九. 端口號

 T C P和U D P采用16 bit的端口號來識別應(yīng)用程序。

1． 知名端口號

服務(wù)器一般都是通過知名端口號來識別的。例如，對于每個(gè)T C P / I P實(shí)現(xiàn)來說， F T P服務(wù)器的T C P端口號都是2 1，每個(gè)Te l n e t服務(wù)器的T C P端口號都是2 3，每個(gè)T F T P (簡單文件傳送協(xié)議)服務(wù)器的U D P端口號都是6 9。任何T C P / I P實(shí)現(xiàn)所提供的服務(wù)都用知名的1～1 0 2 3之間的端口號。這些知名端口號由I n t e r n e t號分配機(jī)構(gòu)（ Internet Assigned Numbers Authority, IANA）來管理。

到1 9 9 2年為止，知名端口號介于1～2 5 5之間。2 5 6～1 0 2 3之間的端口號通常都是由U n i x系統(tǒng)占用，以提供一些特定的U n i x服務(wù)。

2． 客戶端口號

客戶端通常對它所使用的端口號并不關(guān)心，只需保證該端口號在本機(jī)上是唯一的就可以

了。客戶端口號又稱作臨時(shí)端口號（即存在時(shí)間很短暫）。

大多數(shù)T C P / I P實(shí)現(xiàn)給臨時(shí)端口分配1 0 2 4～5 0 0 0之間的端口號。大于5 0 0 0的端口號是為其他服務(wù)器預(yù)留的（ I n t e r n e t上并不常用的服務(wù))。

 

十．標(biāo)準(zhǔn)化過程

負(fù)責(zé)Internet技術(shù)的四個(gè)小組如下：

  1. Internet協(xié)會（I S O C，Internet Society）

它是一個(gè)推動、支持和促進(jìn)I n t e r n e t不斷增長和發(fā)展的專業(yè)組織，它把I n t e r n e t作為全球研究通信的基礎(chǔ)設(shè)施。

  2. Internet體系結(jié)構(gòu)委員會（I A B，Internet Architecture Board）

它是一個(gè)技術(shù)監(jiān)督和協(xié)調(diào)的機(jī)構(gòu)。它由國際上來自不同專業(yè)的1 5個(gè)志愿者組成，其職能是負(fù)責(zé)I n t e r n e t標(biāo)準(zhǔn)的最后編輯和技術(shù)審核。I A B隸屬于I S O C。

  3. Internet工程專門小組（I E T F，Internet Engineering Task Force）

它是一個(gè)面向近期標(biāo)準(zhǔn)的組織，它分為9個(gè)領(lǐng)域（應(yīng)用、尋徑和尋址、安全等等）。I E T F開發(fā)成為I n t e r n e t標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。為幫助IETF主席，又成立了Internet工程指導(dǎo)小組（IESG, Internet Engineering Steering Group）。

  4. Internet研究專門小組（IR I F，Internet Research Task Force）

主要對長遠(yuǎn)的項(xiàng)目進(jìn)行研究。

 I RT F和I E T F都隸屬于I A B。

 

十一. RFC

 所有關(guān)于I n t e r n e t的正式標(biāo)準(zhǔn)都以R F C（Request for Comment）文檔出版。下面是一些重要的R F C文檔：

1.       賦值R F C（Assigned Numbers RFC）

列出了所有I n t e r n e t協(xié)議中使用的數(shù)字和常數(shù)。

2. I n t e r n e t正式協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

目前是RFC 1600[Postel 1994]。這個(gè)R F C描述了各種I n t e r n e t協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀。每種協(xié)議都處于下面幾種標(biāo)準(zhǔn)化狀態(tài)之一：標(biāo)準(zhǔn)、草案標(biāo)準(zhǔn)、提議標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、信息標(biāo)準(zhǔn)和歷史標(biāo)準(zhǔn)。另外，對每種協(xié)議都有一個(gè)要求的層次、必需的、建議的、可選擇的、限制使用的或者不推薦的。

3. 主機(jī)需求R F C，11 2 2和1123[Braden 1989a, 1989b]

RFC 11 2 2針對鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和運(yùn)輸層；RFC 11 2 3針對應(yīng)用層。這兩個(gè)R F C對早期重要的R F C文檔作了大量的糾正和解釋。

4. 路由器需求R F C

 目前正式版是RFC 1009[Braden and Postel 1987]，它與主機(jī)需求R F C類似，但是只單獨(dú)描述了路由器的需求。

 

十二. 標(biāo)準(zhǔn)的簡單服務(wù)

  大多數(shù)服務(wù)都提供的簡單服務(wù)見下表：

名字	TCP端口號	UDP端口號	RFC	描述
e c h o	7	7	862	服務(wù)器返回客戶發(fā)送的所有內(nèi)容
d i s c a r d	9	9	863	服務(wù)器丟棄客戶發(fā)送的所有內(nèi)容
d a y t i m e	13	13	867	服務(wù)器以可讀形式返回時(shí)間和日期
c h a r g e n	19	19	864	當(dāng)客戶發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)， T C P服務(wù)器發(fā) 送一串連續(xù)的字符流，直到客戶中斷連接。 U D P服務(wù)器發(fā)送一個(gè)隨機(jī)長度的數(shù)據(jù)報(bào)
t i m e	37	37	868	服務(wù)器返回一個(gè)二進(jìn)制形式的32 bit 數(shù)， 表示從U T C時(shí)間1 9 0 0年1月1日午夜至今的秒 數(shù)

 

如果仔細(xì)檢查這些標(biāo)準(zhǔn)的簡單服務(wù)以及其他標(biāo)準(zhǔn)的T C P / I P服務(wù)（如Te l n e t、F T P、

S M T P等）的端口號時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)它們都是奇數(shù)。這是有歷史原因的，因?yàn)檫@些端口號

都是從N C P端口號派生出來的（N C P，即網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，是A R PA N E T的運(yùn)輸層協(xié)議，

是T C P的前身）。N C P是單工的，不是全雙工的，因此每個(gè)應(yīng)用程序需要兩個(gè)連接，需

預(yù)留一對奇數(shù)和偶數(shù)端口號。當(dāng)T C P和U D P成為標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)輸層協(xié)議時(shí)，每個(gè)應(yīng)用程序

只需要一個(gè)端口號，因此就使用了NCP中的奇數(shù)。

 

十三. 互聯(lián)網(wǎng)

 i n t e r n e t意思是用一個(gè)共同的協(xié)議族把多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接在一起。而I n t e r n e t指的是世界范圍內(nèi)通過T C P / I P互相通信的所有主機(jī)集合（超過1 0 0萬臺）。I n t e r n e t是一個(gè)i n t e r n e t，但i n t e r n e t不等于I n t e r n e t。

 

十四. 應(yīng)用編程接口

使用T C P / I P協(xié)議的應(yīng)用程序通常采用兩種應(yīng)用編程接口（ A P I）：s o c k e t和T L I（運(yùn)輸層接口：Transport Layer Interface）。

 

十五. 小結(jié)

 T C P / I P協(xié)議族分為四層：鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層和應(yīng)用層，每一層各有不同的責(zé)任。

在T C P / I P中，網(wǎng)絡(luò)層和運(yùn)輸層之間的區(qū)別是最為關(guān)鍵的：網(wǎng)絡(luò)層（ I P）提供點(diǎn)到點(diǎn)的服務(wù)，而運(yùn)輸層（ T C P和U D P）提供端到端的服務(wù)。

 一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)造互聯(lián)網(wǎng)的共同基石是路由器，它們在I P層把網(wǎng)絡(luò)連在一

起。

 在一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上，每個(gè)接口都用I P地址來標(biāo)識，盡管用戶習(xí)慣使用主機(jī)名而不是I P地址。

域名系統(tǒng)為主機(jī)名和I P地址之間提供動態(tài)的映射。端口號用來標(biāo)識互相通信的應(yīng)用程序服務(wù)器使用知名端口號，而客戶使用臨時(shí)設(shè)定的端口號。