TCP/IP详解卷1：协议

一、概述

TCPIP协议族中不同层次的协议.png

TCP/IP四层协议的下三层都是在内核中处理的。路由器可连接两个不同的网络，如以太网和令牌环网相连。网桥在链路层上互连。ARP与RARP是链路层的协议。ICMP和IGMP报文都被封装在IP数据报中，但它们与IP在同一层（是IP的附属协议）。

数据进入协议栈时的封装过程.png

许多应用程序都可以使用 TCP或UDP来传送数据。运输层协议在生成报文首部时要存入一个应用程序的标识符。TCP和UDP都用一个16bit的端口号来表示不同的应用程序（存放在报文头部，不像IP报文头及以以太网报文头用8bit的协议域区分）。在Linux下vim /etc/services可查看各服务端口号。RFC（Request for Comment）。

二、链路层

IEEE 802.2802.3（RFC 1042）和以太网的封装格式（RFC 894）.png

其中长度指后续数据的字节长度，但不包括 CRC检验码。帧前还有8字节的前导。
而在 802帧格式中，目的服务访问点（ Destination Service Access Point,
DSAP）和源服务访问点（Source Service Access Point, SSAP）的值都设为0xaa。Ctrl字段（控制）的值设为3。随后的3个字节org code都置为0。CRC字段用于帧内后续字节差错的循环冗余码检验（检验和）（它也被称为FCS或帧检验
序列）。802.3标准定义的帧和以太网的帧都有最小长度要求。 802.3规定数据部分必须至少为38字节，而对于以太网，则要求最少要有46字节。为了保证这一点，必须在不足的空间插入填充（pad）字节。
SLIP：串行线路IP，全称是Serial Line IP。它是一种在串行线路上对I P数据报进行封装的简单形式。
下面的规则描述了SLIP协议定义的帧格式：

1. IP数据报以一个称作END（0xc0）的特殊字符结束。同时，为了防止数据报到来之前的线路噪声被当成数据报内容，大多数实现在数据报的开始处也传一个 END字符（如果有线路噪声，那么END字符将结束这份错误的报文。这样当前的报文得以正确地传输，而前一个错误报文交给上层后，会发现其内容毫无意义而被丢弃）。
2. 如果I P报文中某个字符为 END，那么就要连续传输两个字节 0xdb和0xdc来取代它。
   0xdb这个特殊字符被称作SLIP的ESC字符，但是它的值与ASCII码的ESC字符（0x1b）不同。

3. 如果IP报文中某个字符为SLIP的ESC字符，那么就要连续传输两个字节 0xdb和0xdd来
   取代它。

   
   
   SLIP报文的封装.png
   
   

   PPP，点对点协议修改了SLIP协议中的所有缺陷。每一帧都以标志字符0x7e开始和结束。紧接着是一个地址字节，值始终是 0xff，然后是一
   个值为0x03的控制字节。

   
   
   PPP数据帧的格式.png
   
   环回接口
   大多数的产品都支持环回接口（ Loopback Interface），以允许运行在同一台主机上的客户
   程序和服务器程序通过 TCP/IP进行通信。传给广播地址或多播地址的数据报复制一份传给环回接口，然后送到以太网上。这是因为广播传送和多播传送的定义包含主机本身

三、IP：网际协议

IP数据报格式.png

服务类型（TOS）字段包括一个3bit的优先权子字段（现在已被忽略），4bit的TOS子字
段和1bit未用位但必须置0。4bit的TOS分别代表：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最
小费用。4bit中只能置其中1bit。如果所有4 bit均为0，那么就意味着是一般服务。Telnet和Rlogin这两个交互应用要求最小的传输时延，因为人们主要用它们来传输少量的
交互数据。另一方面， FTP文件传输则要求有最大的吞吐量。最高可靠性被指明给网络管理
（SNMP）和路由选择协议。用户网络新闻（ Usenet news, NNTP）是唯一要求最小费用的应
用。总长度字段是IP首部中必要的内容，因为一些数据链路（如以太网）需要填充一些数据以达到最小长度。尽管以太网的最小帧长为 46字节，但是IP数据可能会更短。如果没有总长度字段，那么IP层就不知道46字节中有多少是IP数据报的内容。首部检验和计算方法：https://www.cnblogs.com/cgc0415/p/6097282.html

四、ARP：地址解析协议

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。这个高速缓存存放了最近地址到硬件地址之间的映射记录。高速缓存中每一项的生存时间一般为20分钟，起始时间从被创建时开始算起，命令arp -a。

image.png

其中帧类型为0x0806。 硬件类型字段表示硬件地址的类型。它的值为 1即表示以太网地址。协议类型字段表示要映射的协议地址类型。它的值为0x0800即表示IP地址。(硬件)和 (协议)用来描述ARP分组中的各个字段。例如，一个 ARP请求分组询问协议地址（这里是IP地址）对应的硬件地址（这里是以太网地址）。接下来的两个1字节的字段，硬件地址长度和协议地址长度分别指出硬件地址和协议地址的长度，以字节为单位。对于以太网上IP地址的ARP请求或应答来说，它们的值分别为 6和4。操作字段指出四种操作类型，它们是 ARP请求（值为1）、ARP应答（值2）、RARP请求（值为3）和RARP应答（值为4）。

五、RARP：逆地址解析协议

具有本地磁盘的系统引导时，一般是从磁盘上的配置文件中读取IP地址。但是无盘机，如X终端或无盘工作站，则需要采用其他方法来获得IP地址。网络上的每个系统都具有唯一的硬件地址，它是由网络接口生产厂家配置的。无盘系统的RARP实现过程是从接口卡上读取唯一的硬件地址，然后发送一份RARP请求（一帧在网络上广播的数据），请求某个主机响应该无盘系统的IP地址（在RARP应答中）。RARP请求或
应答的帧类型代码为0x8035，而且RARP请求的操作代码为3，应答操作代码为4。对应于ARP，RARP请求以广播方式传送，而RARP应答一般是单播传送的（可能有多个服务器，都会单播应答）。RARP服务器的复杂性在于，服务器一般要为多个主机（网络上所有的无盘系统）提供硬件地址到I P地址的映射。该映射包含在一个磁盘文件中（在Unix系统中一般位于/etc/ethers目中）。由于内核一般不读取和分析磁盘文件，因此RARP服务器的功能就由用户进程来提供，而不是作为内核的TCP/IP实现的一部分。

六、ICMP：Internet控制报文协议

ICMP报文是在I P数据报内部被传输的

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类型字段可以有15个不同的值，以描述特定类型的ICMP报文。某些ICMP报文还使用代码字段的值来进一步描述不同的条件。在对ICMP差错报文进行响应时，永远不会生成另一份ICMP差错报文（如果没有这个限制规则，可能会遇到一个差错产生另一个差错的情况，而差错再产生差错，这样会无休止地循环下去）。

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ICMP地址掩码请求用于无盘系统在引导过程中获取自己的子网掩码，无盘系统获取子网掩码的另一个方法是 BOOTP协议。

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ICMP报文中的标识符和序列号字段由发送端任意选择设定，这些值在应答中将被返回。这样，发送端就可以把应答与请求进行匹配。

七、Ping程序

链接：https://pan.baidu.com/s/1WCXoLbvr6ORodbg1gJfInw

提取码：4s89

持续更新中……

分组交换、多路复用。时分复用（TDM）和静态复用。