TCP - IP学习笔记

TCP/IP笔记

《TCP/IP详解》学习笔记1——链路层

重点知识：链路层的作用、以太网的封装、SLIP和PPP协议以及链路的重要特性(MTU和串行线路吞吐量的计算)。 1、链路层的作用

为IP模块发送和接收IP数据报；

为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答； 为RARP模块发送RARP请求和接收RARP应答；

2、以太网的封装

SA(6) | DA(6) | TYPE(2) | DATA(46-1500) | CRC(4)

两字节的TYPE字段定义了后续数据的类型，用来说明生成数据的网络层协议。0x0800表示数据类型为IP数据报，0x0806表示ARP请求/应答。此外，以太帧中数据段部分有最小长度要求46字节，在数据长度不够时需插入填充字节。

3、两种协议

SLIP——串行线路协议；PPP是点对点协议。两种协议都是在串行线路上封装IP数据报的方法，提供了一种低速接入的解决方案。以这种方式入网时，用户需要的设备包括一台PC、一条电话线、一台调制解调器(MODEM)、一根RS-232电缆，利用调制解调器通过公共电话网进行Internet连接。使用SLIP或PPP协议与主机通信，使本地PC具有IP地址，成为Internet的一部分。以这种方式上网的用户，每次在连接Internet时会被临时分配到一个IP地址，这样的地址称为动态IP地址。

4、链路的重要特性

每一种数据链路层协议对数据帧的长度都有一个限制，其最大值称为MTU，超过这个值就要进行分片。

串行线路吞吐量的计算：如果线路速率是9600 b/s，而一个字节有8bit，加上一个起始比特和一个停止比特，那么线路的速率就是9600 / ( 8 + 2 ) = 960 B/s（字节/秒）。如果传输1024字节就需要1024 / 960 = 1066 ms。

使用环回接口的原因：

为了标识和管理网络设备（如路由器、pc），我们通常会利用到这些设备的接口（包括物理接口和逻辑接口）上设置的IP地址。但很多情况下，尽管该设备未脱离网络，由于其管理地址所处的接口状态处于down，该设备便无法管理（因为物理连接断开，接口协议起不来）。为了解决这一问题，于是便出现了loopback接口，该接口为设备上一个逻辑接口，接口状态不受物理端口up/down的影响，只要设备的系统协议不出问题，该接口就不会down 掉。由此可见loopback接口的地址无疑是标示物理设备本身的最佳选择，只要设备运行正常，它将永处于up状态。 在实际的使用中，环回接口主要用作测试，系统把IP地址127.0.0.1分配给它。

《TCP/IP详解》学习笔记2——IP协议、ARP协议

可以认为IP协议、ARP协议以及RARP协议处于同一层，所以把这三个协议放在一起学习。

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1、IP网际协议

IP协议是TCP/IP协议族最核心的部分，所有的TCP，UDP，IMCP，IGCP的数据都以IP数据格式传输。IP提供不可靠无连接的数据服务，不可靠指不能保证IP数据报成功到达目的地，无连接指IP数据报的处理是相互独立的可以不按发送顺序接收。

IP协议中需掌握的知识点有：IP首部的格式，IP如何进行路由选择和如何进行子网寻址。

IP首部长度为20个字节，传输时按大字节序，即高字节的数据存放在低地址，低字节存放在高地址，传输时先传低地址的数据。IP首部中各个字节的含义用时再翻书也来得及。

如何进行IP路由选择？

当IP数据报组装完成后，如何将它送到目的地，这就是我们现在要解决的问题。 如果目的主机与源主机为点对点链路连接或者在同一个以太网上，IP数据报就直接送到目的主机上；

如果主机通过若干路由和目的主机进行连接，那么路由器就要通过IP包信息对数据报进行转发，IP的路由选择是逐跳进行的，有下面三部工作要做。

（1）搜索路由表（IP层在内存中有一个路由表），寻找能与目的IP地址完全匹配的表目；

（2）搜索路由表，寻找能与目的网络号相匹配的表目； （3）搜索路由表，寻找标为“默认”的路由表。

如果上面步骤都为成功，该数据就不能被传送，这一点再次证明IP是不可靠的。

如何进行子网寻址及子网的划分？

IP地址=网络号+主机号，进行子网编码后将主机号再分为子网号+主机号。子网划分缩小了路由表的规模，许多网络可以通过单个表目就可以访问了。例如一个B类IP地址，网络号16位，剩下16bit中8bit用于子网号8bit用于主机号，就允许有254个子网，每个子网可以有254个主机。通过子网掩码知道多少比特用于子网号多少比特用于主机号。例如一个B类IP地址的子网掩码为255.255.255.192，它的子网号有10bit，主机号有6bit。

2、ARP协议

为了让报文在链路层上传送，即当一台主机把以太网数据帧发送到另一台主机时，必须知道目的主机的物理地址，即根据6字节的以太网地址来确定目的接口。此时需要实现32比特IP地址到48比特物理地址的映射，采用的是ARP协议。

ARP高效运行的关键是由于每个主机上都有一个ARP高速缓存，这个缓存存放了最近一段时间IP地址到硬件地址之间的映射记录。

当主机要发送一个IP包的时候，首先查一下自己的ARP高速缓存，如果查询的IP到硬件地址的映射不存在，那么主机就向网络发送ARP协议广播包，这个广播包里面就有待查询的IP地址，收到广播包的所有主机都会查询自己的IP地址，如果收到广播包的某一个主机发现自己符合条件，发送ARP应答，这个ARP应答包含IP地址及对应的硬件地址，而广播主机收到ARP包后会更新自己的ARP缓存。收到ARP应答后，使ARP进行请求-应答交换的IP数据报现在就可以传送了。

还有个知识点需要掌握，即ARP代理。如果ARP请求是从一个网络的主机发往另一个网络的主机，那么连接这两个网络的路由器就可以回答该请求，这个过程称作ARP代理。

下图是本机的ARP高速缓存信息，从中可以得到解析出的IP->硬件地址的映射。这样

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的高速缓存是有生存时限的。

TCP/IP详解学习笔记——ICMP

ICMP（英特网控制报文协议）是IP层的一个组成部分，它传递差错报文以及其他需要注意的信息，它经常被IP层或TCP，UDP使用，ICMP报文封装在IP数据包内进行传输。

ICMP报文格式如下：

类型（8位）| 代码（8位） | 校验和（16位）| 报文内容（根据类型和代码的不同而改变） ICMP报文的类型由类型字段和代码字段共同决定。

由于ICMP报文的类型有15种，本章先举两个查询报文和一个差错报文做简单介绍。

ICMP地址掩码请求和应答。ICMP地址请求掩码用于无盘系统在引导过程中获取自己的子网掩码，请求和应答报文的格式如下：

类型（8位）| 代码（8位） | 校验和（16位）| 标识符（16位）|序列号（16位）|

子网掩码（32位）

请求报文类型为17，应答报文类型18；请求报文发往广播地址，应答地址为单播地址。

ICMP时间戳请求与应答，时间戳请求允许系统向另一个系统查询当前的时间，根据查询的时间结果可以对本地时钟进行调整，以使本地时钟与主机始终匹配。

ICMP时间戳请求与应答报文的格式如下： 类型（8位）|代码（8位）|校验和（8位） 标识符（16位）|序列号（16位） 发起时间戳（4字节） 接收时间戳（4字节） 传送时间戳（4字节）

后面两个时间一般设定为相同值，往返时间rtt=收到应答时间-发送请求的时间。

ICMP端口不可达差错，它是ICMP目的不可达报文中的一种，使用UDP查看ICMP差错报文中附加信息。如果收到一份UDP数据报而目的端口与某个正在使用的进程不相符，UDP即返回ICMP不可达报文。

TCP/IP详解学习笔记——PING

PING程序是为了测试另一个主机是否可达，即我们俗称的另一个主机可否PING通。它所利用的原理是这样的：网络上的机器都有唯一确定的IP地址，我们给目标IP地址发送一个数据包，对方就要返回一个同样大小的数据包，根据返回的数据包我们可以确定目标主

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机的存在，可以初步判断目标主机的操作系统等。

运行PING程序的主机我们称作客户，而被PING的主机称为服务器，即客户机PING服务器。

发送的数据包为ICMP回显请求和回显应答报文，它们的格式如下： 类型（8位，0或8）|代码（8位，0）|校验和（16位） 标识符（16位）|序号（16位） 选项数据

一般来说可以进行三种PING测试：PING本地主机，PING网关IP，PING远程IP。 PING本地主机：

C:\\Documents and Settings\\Administrator>ping 192.168.1.102

Pinging 192.168.1.102 with 32 bytes of data:

Reply from 192.168.1.102: bytes=32 time<1ms TTL=128 Reply from 192.168.1.102: bytes=32 time<1ms TTL=128 Reply from 192.168.1.102: bytes=32 time<1ms TTL=128 Reply from 192.168.1.102: bytes=32 time<1ms TTL=128

Ping statistics for 192.168.1.102:

Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss), Approximate round trip times in milli-seconds:

Minimum = 0ms, Maximum = 0ms, Average = 0ms

如果显示内容为Request timed out则表明网卡安装或配置有问题。将网线断开再次执行此命令，如果显示正常，则说明本机使用的IP地址可能与另一台正在使用的机器IP地址重复了。如果仍然不正常，则表明本机网卡安装或配置有问题，需继续检查相关网络配置。 PING网关：

C:\\Documents and Settings\\Administrator>ping 192.168.1.1

Pinging 192.168.1.1 with 32 bytes of data:

Reply from 192.168.1.1: bytes=32 time=1ms TTL=64 Reply from 192.168.1.1: bytes=32 time=3ms TTL=64 Reply from 192.168.1.1: bytes=32 time<1ms TTL=64 Reply from 192.168.1.1: bytes=32 time<1ms TTL=64

Ping statistics for 192.168.1.1:

Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss), Approximate round trip times in milli-seconds:

Minimum = 0ms, Maximum = 3ms, Average = 1ms 此时表明本地局域网路由器运行正常。

PING远程IP：过程与上面两种相类似，如果能PING通说明该客户能够接入到互联网中。

观察PING的结果：

bytes=32是指ICMP报文的大小为32个字节；

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