TCP/IP详解(1)概述,第一章笔记整理

为什么会有TCP/IP协议

 

TCP/IP起源于60年代末，美国政府资助的一个分组交换网络研究项目，到90年代已发展称为设计计算机之间最常应用的组网形式。它是一个真正的可以公开的得到。

在世界上各地，各种各样的电脑运行着各自不同的操作系统为大家服务，这些电脑在表达同一种信息的时候所使用的方法是千差万别。就好像圣经中上帝打乱了各地人的口音，让他们无法合作一样。计算机使用者意识到，计算机只是单兵作战并不会发挥太大的作用。只有把它们联合起来，电脑才会发挥出它最大的潜力。于是人们就想方设法的用电线把电脑连接到了一起。

但是简单的连到一起是远远不够的，就好像语言不同的两个人互相见了面，完全不能交流信息。因而他们需要定义一些共通的东西来进行交流，TCP/IP就是为此而生。TCP/IP不是一个协议，而是一个协议族的统称。里面包括了IP协议，IMCP协议，TCP协议，以及我们更加熟悉的http、ftp、pop3协议等等。电脑有了这些，就好像学会了外语一样，就可以和其他的计算机终端做自由的交流了。

 

TCP/IP协议分层

提到协议分层，我们很容易联想到ISO-OSI的七层协议经典架构，但是TCP/IP协议族的结构则稍有不同。

7——应用层
6——表示层
5——会话层
4——传输层
3——网络层
2——数据链路层
1——物理层

TCP/IP协议族按照层次由上到下，层层包装。最上面的就是应用层了，这里面有http，ftp,等等我们熟悉的协议。而第二层则是传输层，著名的TCP和UDP协议就在这个层次。第三层是网络层，IP协议就在这里，它负责对数据加上IP地址和其他的数据（后面会讲到）以确定传输的目标。第四层是叫数据链路层，这个层次为待传送的数据加入一个以太网协议头，并进行CRC编码，为最后的数据传输做准备。再往下则是硬件层次了，负责网络的传输，这个层次的定义包括网线的制式，网卡的定义等等（这些我们就不用关心了，我们也不做网卡），所以有些书并不把这个层次放在tcp/ip协议族里面，因为它几乎和tcp/ip协议的编写者没有任何的关系。发送协议的主机从上自下将数据按照协议封装，而接收数据的主机则按照协议从得到的数据包解开，最后拿到需要的数据。这种结构非常有栈的味道，所以某些文章也把tcp/ip协议族称为tcp/ip协议栈。

 

 

下面是TCP/IP协议族的四个层次：

每一层负责不同的功能：

 

1) 链路层， 有时也称作数据链路层或网络接口层，
通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。

2) 网络层，有时也称作互联网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。在
T C P / I P协议族中，网络层协议包括I P协议（网际协议） ，I C M P协议（I n t e r n e t互联网控制报文协议） ，以及I G M P协议（I n t e r n e t组管理协议） 。

3 ) 运输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在 T C P / I P协议族中，有两个互不相同的传输协议：T C P（传输控制协议）和U D P（用户数据报协议） 。T C P为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。而另一方面，U D P则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。任何必需的可靠性必须由应用层来提供。这两种运输层协议分别在不同的应用程序中有不同的用途，这一点将在后面看到。

4 ) 应用层负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的 T C P / I P实现都会提供下面这些通用的应用程序：

• Telnet 远程登录。
• FTP 文件传输协议。
• SMTP 简单邮件传送协议。
• SNMP 简单网络管理协议。

 

 

 

一些基本的常识

在学习协议之前，我们应该具备一些基本知识。

• 互联网地址(ip地址)

  网络上每一个节点都必须有一个独立的Internet地址（也叫做IP地址）。现在，通常使用的IP地址是一个32bit的数字，也就是我们常说的IPv4标准，这32bit的数字分成四组，也就是常见的255.255.255.255的样式。IPv4标准上，地址被分为五类，我们常用的是B类地址。具体的分类请参考其他文档。需要注意的是IP地址是网络号+主机号的组合，这非常重要。

• 域名系统

  域名系统是一个分布的数据库，它提供将主机名（就是网址啦）转换成IP地址的服务。

• RFC

  RFC是什么？RFC就是tcp/ip协议的标准文档，我们可以看到RFC那长长的定义列表，现在它一共有4000多个协议的定义，当然，我们所要学习的，也就是那么十几个协议而已。

• 端口号(port)

  注意，这个号码是用在TCP，UDP上的一个逻辑号码，并不是一个硬件端口，我们平时说把某某端口封掉了，也只是在IP层次把带有这个号码的IP包给过滤掉了而已。

• 应用编程接口

  现在常用的编程接口有socket和TLI。而前面的有时候也叫做“Berkeley socket”，可见Berkeley对于网络的发展有多大的贡献。

 

 

 

假设在一个局域网（L A N）如以太网中有两台主机，二者都运行 F T P协议，该过程所涉及到的所有协议。

 

FTP是一种应用层协议，TCP是一种运输层协议，IP是一种网络层协议，而以太网协议则是用于链路层上。

 

构造互连网最简单的方法是把两个或多个网络通过路由器进行连接。它是一种特殊的用于网络互连的硬件盒。路由器的好处是为不同类型的物理网络提供连接：以太网、令牌环网、点对点的链接和F D D I（光纤分布式数据接口）等等。

 

通过路由器连接两个网络。

 

以太网是这样通信的，每台电脑位于同一个主干中都可以向主干线路中发信息串。假如a吧，它先监听主干线路上有没有人在发信息，如果有它就等一会儿，在它发现没有人发言后它将发言，但这时有可能另一台电脑也和它同时发言（想象一下在课堂上两个学生向老师同时提问），这样它们会同时停止发言，并在等待了一个随机时间后继续发言，当然它们的随机时间是不同的，并且在再次发言前仍需监听主干上是否有其它主机在发言。其它的电脑读取数据包，检查mac地址和ip地址乃至端口号看是不是发给自已的，如果不是便丢弃。它的mac 算法是csma/cd算法 令牌环网的结构是组成一个环形，环形的一圈是主机，主机中存在一个令牌，由一号机向下传，每个主机只有在自已有令牌时才能向主线路中发数据。

 

连接网络的另一个途径是使用网桥。网桥是在链路层上对网络进行互连，而路由器则是在网络层上对网络进行互连。网桥使得多个局域网（ L A N）组合在一起，这样对上层来说就好像是一个局域网。

 

 

下面是几个比较重要的协议：

 

 

TCP，UDP，IP这里就不解释了；

 

ICMP是ＩＰ协议的附属协议。ＩＰ层用它来与其他主机或路由器交换错误报文和其他重要信息。

 

ＩＧＭＰ是Internet组管理协议，它用来吧一个UDP数据报多播到多个主机。

ARP（地址解析协议）和ＲＡＰ（逆地址解析协议）是某些网络接口层（以太网，令牌环网）使用的特殊协议，用来转换ＩＰ层和网络接口层使用的地址。

 

ＩＰ地址的分类

其中有一些是有特殊用途的，如１２７.０.０.１环回地址，全０，全１地址等等。

 

一般来说TCP服务器是并发的，UDP服务器是重复的。

一些重要的端口号：

FTP－－－－>(TCP)21

Telnet--------->(TCP)23

TFTP---------->(UDP)69

 

网络层（IP）提供点到点的服务，传输层（TCP和UDP）提供端到端的服务。

构成互联网的基石是路由器。

端口号用来标识互通信的应用程序。服务器使用知名端口号，而客户使用临时设定的端口号。