TCP/IP随笔

TCP/IP笔记

1. 网络基础知识

• 计算机网络：WAN-广域网，LAN-局域网。

• 协议：简单说，就是计算机与计算机之间通过网络实现通信时事先达成的一种“约定”。TCP/IP协议是IP、TCP、HTTP等协议的集合。

• 通信协议中，通常会规定报文首部应该写入哪些信息、应该如何处理这些信息。相互通信的每一台计算机则根据协议构造报文首部、读取首部内容等，为了双方能正常通信，分组的发送方和接收方有必要对报文首部和内容保持一致的定义。

• 协议的理解

• OSI 7层模型
  
  理解：发送方从第七层到第一层由上至下按照顺序传输数据，而接收端则从第一层到第七层由下至上向每个上一级分层传输数据。每个分层上，在处理由上一层传过来的数据时可以附上当前分层的协议所必须的“首部”信息。然后接收端对收到的数据进行数据的“首部”与“内容”的分离，再转发给上一层，并最终将发送端的数据恢复为原状。

• OSI 7层模型理解

  （1）应用层：为应用程序提供服务并规定应用程序中通信相关的细节，包括文件传输、电子邮件等。

  （2）表示层：将应用处理的信息转换为适合网络传输的格式，或将来自下一层的数据转换为上层能够处理的格式（就是将设备固有的数据格式转换为网络标准传输格式），主要负责数据格式的转换——利用表示层，将数据从“某个计算机特定的数据格式”转换为“网络通用的标准数据格式”后再发送出去，接收端收到数据后将这些数据按相反的格式恢复为本机的数据格式。

  （3）会话层：负责建立和断开通信连接，以及数据的分割等数据传输相关的管理。

  （4）传输层：确立连接与断开连接，负责重发（起着可靠传输的作用）。传输层为确保所传输的数据到达目标地址，会在通信两端的计算机之间进行确认，若数据没有到达，传输层会负责将数据重发。

  注意：会话层负责决定建立连接和断开连接的时机，而传输层进行实际的建立和断开处理。
  

  （5）网络层：将数据从发送端传输到目标地址，目标地址可以是多个网络通过路由器连接而成的某个地址，主要负责寻址和路由选择。

  目标地址：是进行通信的网络中唯一指定的序号。只要这个目标地址确定了，就可以在众多计算机中选出该目标地址所对应的计算机发送数据。
  TCP/IP中，网络层与传输层相互协作以确保数据包能够传送到世界各地，实现可靠传输。
  

  （6）数据链路层：负责物理层面上互连的、节点之间的通信传输，将0、1序列划分为具有意义的数据帧传送给对端（数据帧的生成与接收）。

  （7）物理层：负责0、1比特流（0、1序列）与电压的高低、光的闪灭之间的互换。将数据的0、1转换为电压和脉冲光传输给物理的传输介质，而相互直连的设备之间使用地址实现传输，这种地址成为MAC地址，也称为物理地址或硬件地址。MAC地址是为了识别连接到同一个传输介质上的设备。
  

• 传输方式

  （1）面向有连接型：在发送数据之前，需要在收发主机之间连接一条通信线路，如果对端之间无法通信，就无法进行通讯。

  （2）面向无连接型：不要求建立和断开连接，发送端可以在任何时候自由发送数据，接收端就需要时常确认是否收到了数据（如电子邮件，发快递）。因此，不需要确认对端是否存在，即使接收端不存在或无法接收数据，发送端也能将数据发送出去。

  （3）分组交换：让连接到通信电路的计算机将所要发送的数据分成多个数据包，按照一定的顺序排序之后分别发送。
  

发送端主机将数据分组发送给路由器，路由器收到这些分组数据后，缓存到自己的缓冲区，然后再转发给目标主机。

• 地址

  IP地址由主机号和网络号两部分组成。在同一个通信网络中不允许有两个相同地址的通信主体存在。
  

2. TCP/IP基础知识

• TCP/IP协议族
  

• TCP/IP与OSI模型
  

• 数据包首部
  

每个分层中，都会对所发送的数据附加一个首部，在这个首部中包含了该层必要的信息。一般，为协议提供的信息为包首部，要发送的内容为数据。

• TCP/IP各层对邮件的收发处理例子

经过每个协议分层时，都必须有识别包发送端和接收端的信息。以太网使用MAC地址，IP使用IP地址，TCP/UDP使用端口号作为识别两端主机的地址。

3. IP协议

• IP：网际协议，作用于网络层。网络层的主要作用是“实现终端节点之间的通信”，也称“点对点通信”。
  

• IP分为三大作用模块，分别是IP寻址、路由（最终节点为止的转发）和IP的分包与组包。IP地址用于在“连接到网络中的所有主机中识别出进行通信的目标地址”，在TCP/IP通信中所有主机或路由器必须设定自己的IP地址。

• 路由控制：是指将分组数据发送到最终目标地址的功能。为了将数据包发送给目标主机，所有主机都维护着一张路由控制表，该表记录IP数据在下一步应该发给哪个路由器，然后IP包将根据这个路由表在各个数据链路上传输。

• IP地址的定义

  IP地址（IPV4）有32位正整数表示。将32位的IP地址以每8位为一组，每组以“.”隔开，再将每组转换成十进制数，比如：

  2^8	2^8	2^8	2^8
  10101100	00010100	00000001	00000001	2进制
  10101100.	00010100.	00000001.	00000001.	2进制
  172.	20.	1.	1	10进制

• IP地址由“网络标识（网络地址）”和“主机标识（主机地址）”组成。相同段内相连的主机必须有相同的网络地址，IP地址的“主机标识”不允许在同一个网段内重复出现。因此，可以通过设置网络地址和主机地址，在相互连接的整个网络中保证每台主机的IP地址都不会相互重叠。
  

• IP地址的分类：A类、B类、C类以及D类，根据IP地址中从第1位到第4位的比特列对其网络标识和主机标识进行区分。
  
  1）A类地址

  ​ A类IP地址是首位以“0”开头的地址。前8位是它的网络地址，用十进制表示：0.0.0.0~127.0.0.0是A类的网络地址，后24位是主机地址，因此，A类地址可容纳的主机地址上限为2^24-2个。

  2）B类地址

  ​ B类IP地址是前两位为“10”的地址。前16位是它的网络地址，用十进制表示：128.0.0.1~191.255.0.0是B类的网络地址，后16位是主机地址，因此，B类地址可容纳的主机地址上限为2^16-2个。

  3）C类地址

  ​ C类IP地址是前三位为“110”的地址。前24位是它的网络地址，用十进制表示：192.168.0.0~239.255.255.0是C类的网络地址，后8位是主机地址，因此，C类地址可容纳的主机地址上限为2^8-2个。

  4）D类地址

  ​ D类IP地址是前四位为“1110”的地址。前32位是它的网络地址，用十进制表示：224.0.0.0~239.255.255.255是D类的网络地址，D类没有主机地址，常被用于多播。

  注意：在分配IP地址中，要用比特位表示主机地址时，不可以全部为0或全部为1。因为全部为0在表示对应的网络地址或IP地址不可获知的情况下才使用，而全部为1的主机地址表示广播地址。因此，在分配IP地址过程中，要去掉这两种情况（这也是可容纳主机地址上限减2的原因）。
  

• 广播地址：用于在同一个链路中相互连接的主机之间发送数据包，将IP地址中的主机地址部分全部设置为1。

• IP多播：用于将包发送给特定组内的所有主机。多播使用D类地址。

• 一个IP地址只要确定了分类，就确定了它的网络标识和主机标识。

  例）

  A类	11111111.	00000000.	00000000.	00000000
  B类	11111111.	11111111.	00000000.	00000000
  C类	11111111.	11111111.	11111111.	00000000

  用“1”表示IP网络地址的比特范围，用“0”表示IP主机地址的比特范围。用十进制表示，则如下：

  例）

  A类	255.	0.	0.	0
  B类	255.	255.	0.	0
  C类	255.	255.	255.	0

• 子网掩码：是一个32位的数字，对应IP地址网络标识部分的位全部为“1”，对应IP地址主机标识部分的位全部为“0”。由此，一个IP地址不再受限于自己的类别，而是可以用这样的子网掩码自由地定位自己的网络识别长度。子网掩码必须是IP地址的首位开始连续的“1”。
  

• 路由控制：发送数据包时所使用的的地址是IP地址，然而仅仅有IP地址不足以将数据包发送到目标地址，还需要路由控制表。
  

路由控制表中记录着网络地址与下一步应该发送至路由器的地址。在发送IP包时，首先要确认IP包首部中的目标地址，再从路由控制表中找到与该地址具有相同网络地址的记录，根据该记录将IP包转发给相应的下一个路由器。如果路由控制表中存在多条相同网络地址的记录，就选择一个最为吻合的网络地址。默认路由：标记为0.0.0.0或default。

本文参考：《图解TCPIP》。