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《TCP/IP详解卷一》读书笔记

网络基础学习

Posted by Roger on April 11, 2016

《TCP/IP详解卷一》读书笔记

第一章 概述

1.2 分层

TCP/IP 通常被认为是一个四层协议系统：

  • 链路层，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
  • 网络层，包括 IP 协议 ， ICMP 协议 ， IGMP 协议
  • 运输层，包括 TCP , UDP . TCP 为两台主机提供高可靠性的数据通信，包含把应用层交给她的数据分成合适的小块交给网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。 UDP 则为应用层提供非常简单的服务，他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达到另一端。
  • 应用层负责处理特定的应用程序细节。基本都包含以下应用：
    • Telnet 远程登录
    • FTP 文件数据传输
    • SMTP 简单邮件传送协议
    • SNMP 简单网络管理协议

网络层和运输层志坚的区别：网络层提供点到点的服务，运输层提供端到端的服务。

1.3 TCP/IP的分层

TCP 和 UDP 是两种运输层协议，二者都使用IP作为网络层协议。

ICMP是 IP 协议的附属协议。IP 层主要用它来与其他服务器或主机交换错误报文和其他重要信息。

IGMP 是Internet组管理协议。它用来把一个UDP数据报多播到多个主机。

ARP 和 RARP 是某些网络的接口使用的特殊协议，用来转换IP层和网络接口层使用的地址。

1.5 域名系统

域名系统（nds）是一个分部的数据库，由它来提供IP地址和主机名之间的映射信息

第二章 链路层

链路层主要有三个目的：

  • 为IP模块发送和接受IP数据报
  • 为ARP模块发送ARP请求和接受ARP应答
  • 为RARP发送RARP请求和接受RARP应答

ARP叫做地址解析协议，是用IP地址换MAC地址的一种协议，而RARP则叫做逆地址解析协议。

第三章 IP:网际协议

IP协议

IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的TCP/UDP/ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输。要注意的是，IP不是可靠的协议，这是说，IP协议没有提供一种数据未传达以后的处理机制－－这被认为是上层协议－－TCP或UDP要做的事情。

1.1 IP协议头

TTL：这个字段规定该数据包在穿过多少个路由之后才会被抛弃(这里就体现出来IP协议包的不可靠性，它不保证数据被送达)，某个ip数据包每穿过一个路由器，该数据包的TTL数值就会减少1，当该数据包的TTL成为零，它就会被自动抛弃。这个字段的最大值也就是255，也就是说一个协议包也就在路由器里面穿行255次就会被抛弃了，根据系统的不同，这个数字也不一样，一般是32或者是64，Tracerouter这个工具就是用这个原理工作的，tranceroute的-m选项要求最大值是255，也就是因为这个TTL在IP协议里面只有8bit。

1.2 IP路由选择

如果目的主机在直接相连的网络上，那么就把数据报直接传给目的主机，否则传给默认路由器。

稍微一般一点的情况是，主机通过若干个路由器(router)和目的主机连接。那么路由器就要通过ip包的信息来为ip包寻找到一个合适的目标来进行传递，比如合适的主机，或者合适的路由。路由器或者主机将会用如下的方式来处理某一个IP数据包

  1. 如果IP数据包的TTL（生命周期）以到，则该IP数据包就被抛弃。
  2. 搜索路由表，优先搜索匹配主机，如果能找到和IP地址完全一致的目标主机，则将该包发向目标主机
  3. 搜索路由表，如果匹配主机失败，则匹配同子网的路由器，这需要“子网掩码(1.3.)”的协助。如果找到路由器，则将该包发向路由器。
  4. 搜索路由表，如果匹配同子网路由器失败，则匹配同网号（第一章有讲解）路由器，如果找到路由器，则将该包发向路由器。
  5. 搜索陆游表，如果以上都失败了，就搜索默认路由，如果默认路由存在，则发包
  6. 如果都失败了，就丢掉这个包。

这再一次证明了，ip包是不可靠的。因为它不保证送达。

1.3 子网寻址

1.3.1 子网寻址

现在所有的主机都要求支持子网编址（RFC 950 [Mogul and Postel 1985]）。不是把I P地址看成由单纯的一个网络号和一个主机号组成，而是把主机号再分成一个子网号和一个主机号。 这样做的原因是因为A类和B类地址为主机号分配了太多的空间，可分别容纳的主机数为224-2和216-2。事实上，在一个网络中人们并不安排这么多的主机。由于全0或全1的主机号都是无效的（有其他用途），因此我们把总数减去 2。 在I n t e r N I C获得某类I P网络号后，就由当地的系统管理员来进行分配，由他（或她）来决定是否建立子网，以及分配多少比特给子网号和主机号。例如，这里有一个 B类网络地址（1 4 0 . 2 5 2） ，在剩下的16 bit中，8 bit用于子网号，8 bit用于主机号，格式如图所示。这样就允许有2 5 4个子网，每个子网可以有2 5 4台主机。

1.3.2 子网掩码

1.子网掩码的概念

子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。

2.确定子网掩码数

用于子网掩码的位数决定于可能的子网数目和每个子网的主机数目。在定义子网掩码前，必须弄清楚本来使用的子网数和主机数目。

定义子网掩码的步骤为：

A、确定哪些组地址归我们使用。比如我们申请到的网络号为 “210.73.a.b”，该网络地址为c类IP地址，网络标识为“210.73”，主机标识为“a.b”。

B、根据我们现在所需的子网数以及将来可能扩充到的子网数，用宿主机的一些位来定义子网掩码。比如我们现在需要12个子网，将来可能需要16个（24）。用第三个字节的前四位确定子网掩码。前四位都置为“1”，即第三个字节为“11110000”，这个数我们暂且称作新的二进制子网掩码。

C、把对应初始网络的各个位都置为“1”，即前两个字节都置为“1”，第四个字节都置为“0”，则子网掩码的间断二进制形式为：“11111111.11111111.11110000.00000000”

D、把这个数转化为间断十进制形式为：“255.255.240.0”

这个数为该网络的子网掩码。

默认分配的子网掩码每段只有255或0

Ａ类的默认子网掩码　255.0.0.0　　　　　一个子网最多可以容纳1677万多台电脑

Ｂ类的默认子网掩码　255.255.0.0　　　　一个子网最多可以容纳6万台电脑

Ｃ类的默认子网掩码　255.255.255.0　　　一个子网最多可以容纳254台电脑

要想在同一网段，只要网络标识相同就可以了，那要怎么看网络标识呢？首先要做的是把每段的IP转换为二进制。（有人说，我不会转换耶，没关系，我们用Windows自带计算器就行。打开计算器，点查看>科学型，输入十进制的数字，再点一下“二进制”这个单选点，就可以切换至二进制了。）

把子网掩码切换至二进制，我们会发现，所有的子网掩码是由一串连续的1和一串连续的0组成的（一共4段，每段8位，一共32位数）。

255.0.0.0　　　11111111.00000000.00000000.00000000

255.255.0.0　　11111111.11111111.00000000.00000000

255.255.255.0　11111111.11111111.11111111.00000000

这是A/B/C三类默认子网掩码的二进制形式，其实，还有好多种子网掩码，只要是一串连续的1和一串连续的0就可以了（每段都是8位）。如 11111111.11111111.11111000.00000000，这也是一段合法的子网掩码。子网掩码决定的是一个子网的计算机数目，计算机公式是2的m次方，其中，我们可以把m看到是后面的多少颗0。如255.255.255.0转换成二进制，那就是 11111111.11111111.11111111.00000000，后面有8颗0，那m就是8，255.255.255.0这个子网掩码可以容纳 2的8次方（台）电脑，也就是256台，但是有两个ＩＰ是不能用的，那就是最后一段不能为0和255，减去这两台，就是254台。我们再来做一个。

255.255.248.0这个子网掩码可以最多容纳多少台电脑？

计算方法： 把将其转换为二进制的四段数字（每段要是8位，如果是0，可以写成8个0，也就是00000000） 11111111.1111111.11111000.00000000 然后，数数后面有几颗0，一共是有11颗，那就是2的11次方，等于2048，这个子网掩码最多可以容纳2048台电脑。

一个子网最多可以容纳多少台电脑你会算了吧，下面我们来个逆向算法的题。

一个公司有530台电脑，组成一个对等局域网，子网掩码设多少最合适？

首先，无疑，530台电脑用Ｂ类ＩＰ最合适（Ａ类不用说了，太多，Ｃ类又不够，肯定是Ｂ类），但是B类默认的子网掩码是255.255.0.0，可以容纳6万台电脑，显然不太合适，那子网掩码设多少合适呢？我们先来列个公式。

2的m次方＝560

首先，我们确定2一定是大于8次方的，因为我们知道2的8次方是256，也就是Ｃ类ＩＰ的最大容纳电脑的数目，我们从9次方一个一个试2的9次方是 512，不到560，2的10次方是1024，看来2的10次方最合适了。子网掩码一共由32位组成，已确定后面10位是0了，那前面的22位就是1，最合适的子网掩码就是：11111111.11111111.11111100.00000000，转换成10进制，那就是255.255.252.0。

分配和计算子网掩码你会了吧，下面，我们来看看ＩＰ地址的网段。

相信好多人都和偶一样，认为ＩＰ只要前三段相同，就是在同一网段了，其实，不是这样的，同样，我样把ＩＰ的每一段转换为一个二进制数，这里就拿ＩＰ：192.168.0.1，子网掩码：255.255.255.0做实验吧。

192.168.0.1

11000000.10101000.00000000.00000001

（这里说明一下，和子网掩码一样，每段8位，不足8位的，前面加0补齐。）

ＩＰ　　　　11000000.10101000.00000000.00000001

子网掩码　　11111111.11111111.11111111.00000000

在这里，向大家说一下到底怎么样才算同一网段。

要想在同一网段，必需做到网络标识相同，那网络标识怎么算呢？各类ＩＰ的网络标识算法都是不一样的。Ａ类的，只算第一段。Ｂ类，只算第一、二段。Ｃ类，算第一、二、三段。

算法只要把ＩＰ和子网掩码的每位数AND就可以了。

AND方法：0和1＝0　0和0＝0　1和1＝1

如：And　192.168.0.1，255.255.255.0，先转换为二进制，然后AND每一位

ＩＰ　　　　　　11000000.10101000.00000000.00000001

子网掩码　　　　11111111.11111111.11111111.00000000

得出AND结果　 11000000.10101000.00000000.00000000

转换为十进制192.168.0.0，这就是网络标识， 再将子网掩码反取，也就是00000000.00000000.00000000.11111111，与IP　AND 得出结果00000000.00000000.00000000.00000001，转换为10进制，即0.0.0.1， 这0.0.0.1就是主机标识。要想在同一网段，必需做到网络标识一样。

我们再来看看这个改变默认子网掩码的Ｂ类ＩＰ 如ＩＰ：188.188.0.111，188.188.5.222，子网掩码都设为255.255.254.0，在同一网段吗？ 先将这些转换成二进制

188.188.0.111　10111100.10111100.00000000.01101111
188.188.5.222　10111100.10111100.00000101.11011010
255.255.254.0　11111111.11111111.11111110.00000000

分别AND，得

10111100.10111100.00000000.00000000
10111100.10111100.00000100.00000000

网络标识不一样，即不在同一网段。

第四章 ARP:地址解析协议

ARP，即地址解析协议，实现通过IP地址得知其物理地址。在TCP/IP网络环境下，每个主机都分配了一个32位的IP地址，这种互联网地址是在网际范围标识主机的一种逻辑地址。为了让报文在物理网路上传送，必须知道对方目的主机的物理地址。这样就存在把IP地址变换成物理地址的地址转换问题。以以太网环境为例，为了正确地向目的主机传送报文，必须把目的主机的32位IP地址转换成为48位以太网的地址。这就需要在互连层有一组服务将IP地址转换为相应物理地址，这组协议就是ARP协议。

第五章 RARP:逆地址解析协议

(来源于网络)

反向地址转换协议（RARP：Reverse Address Resolution Protocol） 反向地址转换协议（RARP）允许局域网的物理机器从网关服务器的 ARP 表或者缓存上请求其 IP 地址。

RARP工作原理：

  1. 将源设备和目标设备的MAC地址字段都设为发送者的MAC地址和IP地址，发送主机发送一个本地的RARP广播，能够到达网络上的所有设备，在此广播包中，声明自己的MAC地址并且请求任何收到此请求的RARP服务器分配一个IP地址；

  2. 本地网段上的RARP服务器收到此请求后，检查其RARP列表，查找该MAC地址对应的IP地址；
  3. 如果存在，RARP服务器就给源主机发送一个响应数据包并将此IP地址提供给对方主机使用；如果不存在，RARP服务器对此不做任何的响应；
  4. 源主机收到从RARP服务器的响应信息，就利用得到的IP地址进行通讯；如果一直没有收到RARP服务器的响应信息，表示初始化失败

ARP和RARP是一对协议，比较一下吧，不比较还真不好总结

ARP广播后，只会有一个主机进行回应，就是携带某个IP的物理地址回应；而RARP由于有很多RARP服务器保存的有请求主机的IP和物理地址对应信息，所以只要保存有这个信息的主机都会回应

ARP请求物理地址，即广播后想要得到的是物理地址；RARP请求的是IP地址，即广播后想要得到的是IP地址；

ARP解析直接是内核实现，RARP的解析主要是读写存放IP和物理地址映射的磁盘文件；

由于每个主机的TCP/IP都实现了ARP解析，也包含了本身的物理地址和IP地址，所以当收到ARP请求包，就知道是否要回送信息；

而RARP不同，为了给无盘主机进行系统引导，所以必须要有实现了RARP服务器的主机进行解析；在一般的主机TCP/IP实现中并没有实现RARP服务器，由于其本省的复杂性，而且又和链路层的广播有关，所以实现也不好，不实现也不好，最后由于内核一般不对磁盘文件进行读写，所以就没有实现咯。

ARP在以太网帧中的协议类型为0x0806，RARP在以太网帧中的协议类型为0x8035；

第六章 ICMP:Internet 控制报文协议

参考 http://www.cnblogs.com/newwy/p/3224306.html 内容详尽

第七章 Ping 程序

参考 http://blog.csdn.net/peng_weida/article/details/7843504 内容详尽

未完待续…

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