計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCPIP小結(jié)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCP/IP小結(jié)前期為了移植lwip到ucosii上，發(fā)現(xiàn)對(duì)TCP/IP基本上不懂，看代碼完全糊涂。無(wú)奈，在書(shū)柜里翻了一本教材，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第5版

謝希仁），零零散散的看完了，現(xiàn)在小結(jié)一下，省的以后忘記。TCP/IP概念：TransmissionControl

Protocol/Internet

Protocol的簡(jiǎn)寫，中譯名為傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，又名網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，是Internet最基本的協(xié)議、Internet國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，由網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議組成。TCP/IP

定義了電子設(shè)備如何連入因特網(wǎng)，以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。TCP負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)傳輸?shù)膯?wèn)題，一有問(wèn)題就發(fā)出信號(hào)，要求重新傳輸，直到所有數(shù)據(jù)安全正確地傳輸?shù)侥康牡亍６鳬P是給因特網(wǎng)的每一臺(tái)電腦規(guī)定一個(gè)地址。該協(xié)議是十分可靠的協(xié)議

從協(xié)議分層模型方面來(lái)講，TCP/IP由四個(gè)層次組成：網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層（來(lái)源于百度百科）

一、物理層物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，，而不是指具體的傳輸媒體。屏蔽差異，是數(shù)據(jù)鏈路層感覺(jué)不到差異。二、數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的底層，軟件編寫也是從這一層開(kāi)始。該層主要負(fù)責(zé)處理硬件地址MAC。數(shù)據(jù)鏈路層把網(wǎng)絡(luò)層交下來(lái)的數(shù)據(jù)構(gòu)成幀發(fā)送到鏈路上，以及把接收到的幀中的數(shù)據(jù)取出來(lái)上交給網(wǎng)絡(luò)層。在因特網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元就是IP數(shù)據(jù)報(bào)（或簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)報(bào)、分組或包）。在數(shù)據(jù)鏈路層廣泛使用的是CRC校驗(yàn)，若校驗(yàn)出錯(cuò)，則丟棄該幀，以免占用網(wǎng)絡(luò)資源。在以太網(wǎng)中數(shù)據(jù)鏈路層就是MAC層。一臺(tái)計(jì)算機(jī)應(yīng)該有兩個(gè)地址，一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)地址，就是IP，一個(gè)是硬件地址，就是MAC（6字節(jié)，48位），MAC地址是固化在計(jì)算機(jī)適配器的ROM中的。MAC(Media

AccessControl)地址，或稱為MAC位址、硬件位址，用來(lái)定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的位置。在OSI模型中，第三層網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)

IP地址，第二層資料鏈接層則負(fù)責(zé)MAC位址。因此一個(gè)主機(jī)會(huì)有一個(gè)IP地址，而每個(gè)網(wǎng)絡(luò)位置會(huì)有一個(gè)專屬于它的MAC位址。（百度百科）MAC幀格式它由6個(gè)字節(jié)的目的MAC地址，6個(gè)字節(jié)的源MAC地址，2個(gè)字節(jié)的類型域（用于表示裝在這個(gè)幀里面數(shù)據(jù)的類型，可指定為IP包類型)在系統(tǒng)的輸入輸出中，MAC幀是最原始的數(shù)據(jù)，是軟件最先得到或最后發(fā)送的數(shù)據(jù)。還有數(shù)據(jù)在各個(gè)路由器轉(zhuǎn)發(fā)中mac幀是變化的，只指向當(dāng)前的目的和源硬件地址。但I(xiàn)P是不變的數(shù)據(jù)鏈路層還有個(gè)PPP協(xié)議，當(dāng)用戶需要連接網(wǎng)絡(luò)就要先連接ISP，就需要使用PPP協(xié)議，好像是剛連接網(wǎng)絡(luò)時(shí)使用的，不太理解。以太網(wǎng)中用mac，遠(yuǎn)程的話就用ppp（如ADSL撥號(hào)，就是基于ppp的）。PPP在封裝方式以以太網(wǎng)的封裝方式不同，它沒(méi)有以太網(wǎng)幀所要求的MAC地址，它通過(guò)自身的協(xié)商過(guò)程實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。（來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）一、網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層主要使用的是IP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層向上只提供簡(jiǎn)單靈活、無(wú)連接、盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，不提供服務(wù)質(zhì)量的承諾。與IP協(xié)議配套使用的還有4個(gè)協(xié)議

地址解析協(xié)議ARP（Address

ResolutionProtocol）

逆地址解析協(xié)議RARP（Reverse

Address

ResolutionProtocol）

網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP（Internet

ControlMessage

Protocol）（與ping指令有關(guān)）

網(wǎng)際組管理協(xié)議IGMP（Internet

GroupManagement

Protocol）將網(wǎng)絡(luò)互相連接起來(lái)要使用一些中間設(shè)備，根據(jù)設(shè)備所在層次，有4種設(shè)備

1.物理層的叫轉(zhuǎn)發(fā)器（repeater）

2.數(shù)據(jù)鏈路層的叫網(wǎng)橋或橋接器（bridge）

3.網(wǎng)絡(luò)層使用的是路由器（router）

4.網(wǎng)絡(luò)層以上的叫網(wǎng)關(guān)（gataway）IP地址就是給每個(gè)連接在Internet上的主機(jī)分配的一個(gè)32bit地址。按照TCP/IP協(xié)議規(guī)定，IP地址用二進(jìn)制來(lái)表示，每個(gè)IP地址長(zhǎng)32bit，比特?fù)Q算成字節(jié)，就是4個(gè)字節(jié)。IP地址經(jīng)常被寫成十進(jìn)制的形式，中間使用符號(hào)“.”分開(kāi)不同的字節(jié)。于是，上面的IP地址可以表示為“”。IP地址的這種表示法叫做“點(diǎn)分十進(jìn)制表示法”，這顯然比1和0容易記憶得多。A、B、C3類（如下表格）由InternetNIC在全球范圍內(nèi)統(tǒng)一分配，D、E類為特殊地址。網(wǎng)絡(luò)類別最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)第一個(gè)可用的網(wǎng)絡(luò)號(hào)最后一個(gè)可用的網(wǎng)絡(luò)號(hào)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的最大主機(jī)數(shù)A126112616777214B16382128.1191.25565534C2097150192.0.1223.255.255254（百度百科）IP地址是標(biāo)志一個(gè)主機(jī)（或路由器）和另外一條鏈路的接口。由于一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)連接到兩個(gè)網(wǎng)路，因此一個(gè)路由器至少有兩個(gè)不同的Ip地址。和鏈路層通訊方式：在數(shù)據(jù)鏈路層接收到MAC幀時(shí)，其根據(jù)是MAC幀首部的硬件地址，剝?nèi)AC幀的手部和尾部后把MAC層數(shù)據(jù)上交到網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層才能在IP數(shù)據(jù)包首部找到源IP和目的IPARP協(xié)議：通過(guò)已知的IP地址找到對(duì)方的MAC地址。

RARP協(xié)議：通過(guò)對(duì)方的硬件地址找到對(duì)應(yīng)的IP地址ARP協(xié)議實(shí)現(xiàn)：每個(gè)主機(jī)都有一個(gè)ARP高速緩存，里面有IP地址到硬件地址的映射表，并實(shí)時(shí)更新，若本機(jī)沒(méi)有，則在本局域網(wǎng)內(nèi)廣播發(fā)送ARP請(qǐng)求分組，若本局域網(wǎng)沒(méi)有，通過(guò)路由器轉(zhuǎn)發(fā)。IP數(shù)據(jù)報(bào)格式IP數(shù)據(jù)報(bào)

(IP

Datagram)。這是一個(gè)與硬件無(wú)關(guān)的虛擬包，由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。首部的前一部分是固定長(zhǎng)度，共

20

字節(jié)，是所有IP數(shù)據(jù)報(bào)必須具有的。在首部的固定部分的后面是一些可選字段，其長(zhǎng)度是可變的。首都中的源地址和目的地址都是

IP

協(xié)議地址。那么IP數(shù)據(jù)報(bào)格式又是怎樣要求的呢？

1.IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段

①版本：占4位，指IP協(xié)議的版本。通信雙方使用的IP協(xié)議版本必須一致。日前廣泛使用的

IP協(xié)議版本號(hào)為

4

(即

IPv4)。IPv6

目前還處于起步階段。

②首部長(zhǎng)度：占

4

位，可表示的最大十進(jìn)制數(shù)值是

15。請(qǐng)注意，這個(gè)字段所表示數(shù)的單位是32位字

(

1

個(gè)32位字長(zhǎng)是4

字節(jié))，因此，當(dāng)

IP

的首部長(zhǎng)度為

1111

時(shí)

(即十進(jìn)制的

15)，首部長(zhǎng)度就達(dá)到

60字節(jié)。當(dāng)

IP

分組的首部長(zhǎng)度不是4字節(jié)的整數(shù)倍時(shí)，必須利用最后的填充字段加以填充。因此數(shù)據(jù)部分永遠(yuǎn)在

4字節(jié)的整數(shù)倍開(kāi)始，這樣在實(shí)現(xiàn)

IP協(xié)議時(shí)較為方便。首部長(zhǎng)度限制為

60字節(jié)的缺點(diǎn)是有時(shí)可能不夠用。這樣做的目的是希望用戶盡量減少開(kāi)銷。最常用的首部長(zhǎng)度就是

20

字節(jié)

(即首部長(zhǎng)度為

0101)，這時(shí)不使用任何選項(xiàng)。

③服務(wù)：占

8

位，用來(lái)獲得更好的服務(wù)。這個(gè)字段在舊標(biāo)準(zhǔn)中叫做服務(wù)類型，但實(shí)際上一直沒(méi)有被使用過(guò)。1998年IETF把這個(gè)字段改名為區(qū)分服務(wù)

DS

(DifferentiatedServices)。只有在使用區(qū)分服務(wù)時(shí)，這個(gè)字段才起作用。

④總長(zhǎng)度：總長(zhǎng)度指首都及數(shù)據(jù)之和的長(zhǎng)度，單位為字節(jié)。因?yàn)榭傞L(zhǎng)度字段為

16位，所以數(shù)據(jù)報(bào)的最大長(zhǎng)度為

216-1=65

535字節(jié)。

在IP層下面的每一種數(shù)據(jù)鏈路層都有自己的幀格式，其中包括幀格式中的數(shù)據(jù)字段的最大長(zhǎng)度，即最大傳送單元

MTU

(Maximum

Transfer

Unit)。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)封裝成鏈路層的幀時(shí)，此數(shù)據(jù)報(bào)的總長(zhǎng)度

(即首部加上數(shù)據(jù)部分)一定不能超過(guò)下面的數(shù)據(jù)鏈路層的MTU值。

⑤標(biāo)識(shí)

(Identification)：占

16位。IP軟件在存儲(chǔ)器中維持一個(gè)計(jì)數(shù)器，每產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，計(jì)數(shù)器就加

1，并將此值賦給標(biāo)識(shí)字段。但這個(gè)“標(biāo)識(shí)”并不是序號(hào)，因?yàn)?/p>

IP是無(wú)連接的服務(wù)，數(shù)據(jù)報(bào)不存在按序接收的問(wèn)題。當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)由于長(zhǎng)度超過(guò)網(wǎng)絡(luò)的

MTU

而必須分片時(shí)，這個(gè)標(biāo)識(shí)字段的值就被復(fù)制到所有的數(shù)據(jù)報(bào)的標(biāo)識(shí)字段中。相同的標(biāo)識(shí)字段的值使分片后的各數(shù)據(jù)報(bào)片最后能正確地重裝成為原來(lái)的數(shù)據(jù)報(bào)。

⑥標(biāo)志

(Flag)：占3

位，但目前只有2位有意義。

標(biāo)志字段中的最低位記為

MF

(More

Fragment)。MF=1即表示后面“還有分片”的數(shù)據(jù)報(bào)。MF=0表示這已是若干數(shù)據(jù)報(bào)片中的最后一個(gè)。標(biāo)志字段中間的一位記為

DF(Don't

Fragment)，意思是“不能分片”。只有當(dāng)

DF=0時(shí)才允許分片。

⑦片偏移：占

13位。較長(zhǎng)的分組在分片后，某片在原分組中的相對(duì)位置。也就是說(shuō)，相對(duì)用戶數(shù)據(jù)字段的起點(diǎn)，該片從何處開(kāi)始。片偏移以

8個(gè)字節(jié)為偏移單位。這就是說(shuō)，每個(gè)分片的長(zhǎng)度一定是

8字節(jié)

(64位)的整數(shù)倍。

⑧生存時(shí)間：占

8位，生存時(shí)間字段常用的英文縮寫是TTL

(Time

To

Live)，其表明數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)絡(luò)中的壽命。由發(fā)出數(shù)據(jù)報(bào)的源點(diǎn)設(shè)置這個(gè)字段。其目的是防止無(wú)法交付的數(shù)據(jù)報(bào)無(wú)限制地在因特網(wǎng)中兜圍子，因而白白消耗網(wǎng)絡(luò)資源。最初的設(shè)計(jì)是以秒作為

TTL的單位。每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器時(shí)，就把TTL減去數(shù)據(jù)報(bào)在路由器消耗掉的一段時(shí)間。若數(shù)據(jù)報(bào)在路由器消耗的時(shí)間小于

1

秒，就把TTL值減

1。當(dāng)

TTL值為

0時(shí)，就丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)。

⑨協(xié)議：占

8

位，協(xié)議字段指出此數(shù)據(jù)報(bào)攜帶的數(shù)據(jù)是使用何種協(xié)議，以便使目的主機(jī)的IP層知道應(yīng)將數(shù)據(jù)部分上交給哪個(gè)處理過(guò)程。

⑩首部檢驗(yàn)和：占

16位。這個(gè)字段只檢驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)的首部，但不包括數(shù)據(jù)部分。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)報(bào)每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器，都要重新計(jì)算一下首都檢驗(yàn)和

(一些字段，如生存時(shí)間、標(biāo)志、片偏移等都可能發(fā)生變化)。不檢驗(yàn)數(shù)據(jù)部分可減少計(jì)算的工作量。

⑾源地址：占32位。

⑿目的地址：占

32位。

2.IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的可變部分

IP首都的可變部分就是一個(gè)可選字段。選項(xiàng)字段用來(lái)支持排錯(cuò)、測(cè)量以及安全等措施，內(nèi)容很豐富。此字段的長(zhǎng)度可變，從

1

個(gè)字節(jié)到40個(gè)字節(jié)不等，取決于所選擇的項(xiàng)目。某些選項(xiàng)只需要

1

個(gè)字節(jié)，它只包括

1

個(gè)字節(jié)的選項(xiàng)代碼。但還有些選項(xiàng)需要多個(gè)字節(jié)，這些選項(xiàng)一個(gè)個(gè)拼接起來(lái)，中間不需要有分隔符，最后用全0

的填充字段補(bǔ)齊成為

4字節(jié)的整數(shù)倍。

增加首都的可變部分是為了增加

IP

數(shù)據(jù)報(bào)的功能，但這同時(shí)也使得

IP

數(shù)據(jù)報(bào)的首部長(zhǎng)度成為可變的。這就增加了每一個(gè)路由器處理數(shù)據(jù)報(bào)的開(kāi)銷。實(shí)際上這些選項(xiàng)很少被使用。新的

IPv6就將

IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部長(zhǎng)度做成固定的。IP數(shù)據(jù)包的總長(zhǎng)度過(guò)大，超過(guò)鏈路的最大MTU時(shí)，數(shù)據(jù)包就會(huì)被分成多片，而在如今的IPv4的網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不可靠的，是盡力而為的，所以這些分片的數(shù)據(jù)單元到達(dá)對(duì)端的鏈路和時(shí)間都是不同的，

對(duì)端根據(jù)IP首部中的標(biāo)示符（Identification）、標(biāo)志（Flag）、段偏置值字段重組數(shù)據(jù)包。（來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

運(yùn)輸層運(yùn)輸層是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵層次之一，主要的協(xié)議有TCP、UDP。從運(yùn)輸層角度看，通信的真正端點(diǎn)并不是主機(jī)而是主機(jī)中的進(jìn)程。運(yùn)輸層提供應(yīng)用進(jìn)程間的邏輯通信。運(yùn)輸層向高層用戶屏蔽了下面網(wǎng)絡(luò)核心的細(xì)節(jié)，它使應(yīng)用進(jìn)程看見(jiàn)的就是好像在兩個(gè)運(yùn)輸層實(shí)體之間有一條端到端的邏輯通信，當(dāng)面向連接的TCP協(xié)議時(shí)，盡管下面的網(wǎng)絡(luò)是不可靠的，但這種通信信道就像是全雙工的可靠信道。但當(dāng)運(yùn)輸層采用無(wú)連接的UDP時(shí)，這種邏輯通信信道仍然是一條不可靠信道。用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP（User

Datagram

Protocol）UDP是一種無(wú)連接的、不可靠的傳輸層協(xié)議；

在完成進(jìn)程到進(jìn)程的通信中提供了有限的差錯(cuò)檢驗(yàn)功能；

設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單的UDP協(xié)議的目的是希望以最小的開(kāi)銷來(lái)達(dá)到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的進(jìn)程通信目的；

進(jìn)程發(fā)送的報(bào)文較短，同時(shí)對(duì)報(bào)文的可靠性要求不高，那么可以使用UDP協(xié)議

UDP的特性：它不屬于連接型協(xié)議，因而具有資源消耗小，處理速度快的優(yōu)點(diǎn)，所以通常音頻、視頻和普通數(shù)據(jù)在傳送時(shí)使用UDP較多，因?yàn)樗鼈兗词古紶杹G失一兩個(gè)數(shù)據(jù)包，也不會(huì)對(duì)接收結(jié)果產(chǎn)生太大影響。UDP首部格式總長(zhǎng)度UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度，最小值為8（僅有首部）

檢驗(yàn)和

把首部和數(shù)據(jù)部分一起檢驗(yàn)了。

傳輸控制協(xié)議TCP（Transimision

Control

Protocol）TCP主要特點(diǎn)

1、TCP是面向連接的運(yùn)輸層協(xié)議，應(yīng)用程序在使用TCP之前，必須先簡(jiǎn)歷TCP連接。在傳送數(shù)據(jù)完畢后，必須釋放已經(jīng)建立的TCP連接。

2、每一條TCP連接只能有兩個(gè)端點(diǎn)（endpoint）。TCP連接的端點(diǎn)叫做套接字（socket）。

3、TCP提供可靠的交付服務(wù)。

4、TCP提供全雙工通信，兩端都設(shè)有發(fā)送緩存和接收緩存。

5、面向字節(jié)流。TCP報(bào)文首部格式源端口和目的端口：各占2個(gè)字節(jié)，是運(yùn)輸層與應(yīng)用層的服務(wù)接口。序號(hào)：占4個(gè)字節(jié)。TCP連接傳送的數(shù)據(jù)流中的每一個(gè)字節(jié)都被編上一個(gè)序號(hào)。首部中序號(hào)字段的值指的是本報(bào)文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。確認(rèn)號(hào)：占4個(gè)字節(jié)，是期望收到對(duì)方下一個(gè)報(bào)文段的數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。數(shù)據(jù)偏移：占4

bit，它指出報(bào)文段的數(shù)據(jù)起始處距離TCP報(bào)文段的起始處有多遠(yuǎn)。實(shí)際上就是TCP報(bào)文段首部的長(zhǎng)度。保留：占6

bit，保留為今后使用。緊急比特URG：當(dāng)URG=1時(shí)，表明緊急指針有效。它告訴系統(tǒng)報(bào)文段中有緊急數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快傳送。確認(rèn)比特ACK：ACK=1時(shí)確認(rèn)號(hào)字段才有效，ACK=0時(shí)確認(rèn)號(hào)字段無(wú)效。推送比特PUSH：接收方接收到PUSH=1的報(bào)文