|
什么是TCP/IP？
TCP協(xié)議和IP協(xié)議指兩個(gè)用在Internet上的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（或數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ?。它們分別是傳輸控制協(xié)議和互連網(wǎng)協(xié)議。這兩個(gè)協(xié)議屬于眾多的TCP/IP 協(xié)議組中的一部分。 TCP/IP協(xié)議組中的協(xié)議保證Internet上數(shù)據(jù)的傳輸，提供了幾乎現(xiàn)在上網(wǎng)所用到的所有服務(wù)。這些服務(wù)包括：電子郵件的傳輸 文件傳輸 新聞組的發(fā)布 訪問(wèn)萬(wàn)維網(wǎng) 在TCP/IP協(xié)議組分兩種協(xié)議：網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議 應(yīng)用層的協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議管理離散的計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸。這些協(xié)議用戶注意不到，是在系統(tǒng)表層以下工作的。比如，IP協(xié)議為用戶和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)提供了信息包的傳輸方法。它是在許多信息的基礎(chǔ)上工作的，比如說(shuō)是機(jī)器的IP地址。在機(jī)器IP地址和其它信息的基礎(chǔ)上，IP確保信息包能正確地到達(dá)目的機(jī)器。通過(guò)這一過(guò)程，IP和其它網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議共同用于數(shù)據(jù)傳輸。如果沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)工具，用戶就看不到在系統(tǒng)里工作的IP。 應(yīng)用層協(xié)議 相反地，應(yīng)用層協(xié)議用戶是可以看得到的。比如，文件傳輸協(xié)議(FTP)用戶是看得到的。用戶為了傳輸一個(gè)文件請(qǐng)求一個(gè)和其它計(jì)算機(jī)的連接，連接建立后，就開始傳輸文件。在傳輸時(shí)，用戶和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的交換的一部分是能看到的。 請(qǐng)記住這句總結(jié)性的話：TCP/IP協(xié)議是指一組使得Internet上的機(jī)器相互通信比較方便的協(xié)議。 TCP/IP是如何工作的？ TCP/IP通過(guò)使用協(xié)議棧工作。這個(gè)棧是所有用來(lái)在兩臺(tái)機(jī)器間完成一個(gè)傳輸?shù)乃袇f(xié)議的幾個(gè)集合。（這也就是一個(gè)通路，數(shù)據(jù)通過(guò)它從一臺(tái)機(jī)器到另一臺(tái)機(jī)器。）棧分成層，與這里有關(guān)的是五個(gè)層。學(xué)習(xí)下面的圖可以對(duì)層有個(gè)概念。 在數(shù)據(jù)通過(guò)圖示的步驟后，它就從網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)機(jī)器傳到另一臺(tái)機(jī)器了。在這個(gè)過(guò)程中，一個(gè)復(fù)雜的查錯(cuò)系統(tǒng)會(huì)在起始機(jī)器和目的機(jī)器中執(zhí)行。 棧的每一層都能從相鄰的層中接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。每一層都與許多協(xié)議相聯(lián)系。在棧的每一層，這些協(xié)議都在起作用。本章的下一部分將分析這些服務(wù)，以及它們?cè)跅Ｖ惺侨绾温?lián)系的。同時(shí)也分析一下它們的功能，它們提供的服務(wù)和與安全性的關(guān)系。 協(xié)議簡(jiǎn)介 已經(jīng)知道數(shù)據(jù)是怎樣使用TCP/IP協(xié)議棧來(lái)傳輸?shù)牧恕，F(xiàn)在仔細(xì)分析在棧中所用到的關(guān)鍵的協(xié)議。先從網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議開始。 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議是那些使傳輸透明化的協(xié)議。除了使用一些監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)程的工具外，用戶是看不見這些協(xié)議的。 Sniffers是能看到這些步驟的裝置。這個(gè)裝置可以是軟件，也可以是硬件，她能讀取通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的每一個(gè)包。Sniffers廣泛地用于隔離用戶看不到的、網(wǎng)絡(luò)性能下降的問(wèn)題。sniffers能讀取發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的任何活動(dòng)。而且，正如你已經(jīng)猜到的，sniffers會(huì)對(duì)安全問(wèn)題造成威脅。參見Sniffers一章。 重要的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議包括： 地址解析協(xié)議(ARP) Internet控制消息協(xié)議(ICMP) Internet協(xié)議(IP) 傳輸控制協(xié)議(TCP) 下面僅僅簡(jiǎn)單介紹一下。 地址解析協(xié)議ARP 地址解析協(xié)議的目的是將IP地址映射成物理地址。這在使信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)時(shí)特別重要。在一個(gè)消息（或其他數(shù)據(jù)）發(fā)送之前，被打包到IP包里，或適合于Internet傳輸?shù)男畔K。這包括兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的IP地址。在這個(gè)包離開發(fā)送計(jì)算機(jī)之前，必須要找到目標(biāo)的硬件地址。這就是ARP最初用到的地方。 一個(gè)ARP請(qǐng)求消息在網(wǎng)上廣播。請(qǐng)求由一個(gè)進(jìn)程接收，它回復(fù)物理地址。這個(gè)回復(fù)消息由原先的那臺(tái)發(fā)送廣播消息計(jì)算機(jī)接收，從而傳輸過(guò)程就開始了。 ARP的設(shè)計(jì)包括一個(gè)緩存。為了理解緩存的概念，考慮一下：許多現(xiàn)代的HTML瀏覽器（比如Netscape或Microsoft的Internet Explorer）使用了一個(gè)緩存。緩存是磁盤的一部分，從Web網(wǎng)上經(jīng)常訪問(wèn)的東西就存在里面（比如按鈕，或通用的圖形）。這是符合邏輯的，因?yàn)楫?dāng)你返回這些主頁(yè)的時(shí)候，這些東西不必再?gòu)倪h(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上裝載了。從緩存中裝載的速度要比較快。 相似的，ARP的實(shí)現(xiàn)包括一個(gè)緩存。以這種方式，網(wǎng)絡(luò)或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的硬件地址就存著了，并為接著的ARP請(qǐng)求作準(zhǔn)備。這樣節(jié)省了時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)資源。 但是，正是由于緩存，就引起了安全性。 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)安全來(lái)將，這并不是最重要的安全性問(wèn)題。然而，地址緩存（不僅僅是在ARP而且在其他例子中）確實(shí)會(huì)引起安全性問(wèn)題。一旦這些地址保存，都會(huì)是讓黑客偽造一個(gè)遠(yuǎn)程連接，它們對(duì)緩存的地址很歡迎。 Internet控制消息協(xié)議ICMP Internet控制消息協(xié)議是用來(lái)在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)間傳輸時(shí)處理錯(cuò)誤和控制消息的。它允許這些主機(jī)共享信息。在這一方面，ICMP是用來(lái)診斷網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題的重要工具。通過(guò)ICMP收集診斷信息的例子如下： 一臺(tái)主機(jī)關(guān)機(jī) 一個(gè)網(wǎng)關(guān)堵塞和工作不正常 網(wǎng)絡(luò)中其他的失敗 可能最著名的ICMP實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)工具是ping。ping通常用來(lái)判斷是否一臺(tái)遠(yuǎn)程機(jī)器正開著，數(shù)據(jù)包從用戶的計(jì)算機(jī)發(fā)到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。這些包通常返回用戶的計(jì)算機(jī)。如果沒(méi)有返回?cái)?shù)據(jù)包到用戶計(jì)算機(jī)，ping程序就產(chǎn)生一個(gè)表示遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)關(guān)機(jī)的錯(cuò)誤消息。 應(yīng)用層協(xié)議 應(yīng)用層協(xié)議是專門為用戶提供應(yīng)用服務(wù)的。它是建立在網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議之上的。 Telnet Telnet在RFC 854中有詳細(xì)地描述，Telnet協(xié)議中說(shuō)明：Telnet協(xié)議的目的就是提供一個(gè)相當(dāng)通用的，雙向的，面向八位字節(jié)的通信機(jī)制。它的最初目的是允許終端和面向終端的進(jìn)程之間的交互。 Telnet不僅允許用戶登錄到一個(gè)遠(yuǎn)程主機(jī)，它允許用戶在那臺(tái)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行命令。這樣，Los Angeles的一個(gè)人可以Telnet到New York的一臺(tái)機(jī)器，并在這臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行程序，就跟在New York的用戶一樣。 對(duì)于熟悉Telnet的用戶來(lái)講，他的操作與BBS的界面一樣。Telnet是一個(gè)能提供建立在終端字體的訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)應(yīng)用程序。比如，多于80%的大學(xué)的圖書館的目錄可以通過(guò)Telnet訪問(wèn)到。 即使GUI應(yīng)用程序被大大采用，Telnet這個(gè)建立在字符基礎(chǔ)上的應(yīng)用程序，仍相當(dāng)?shù)牧餍?。這有許多原因。第一，Telnet允許你以很小的網(wǎng)絡(luò)資源花費(fèi)實(shí)現(xiàn)各種功能（如收發(fā)郵件）。實(shí)現(xiàn)安全的Telnet是件十分簡(jiǎn)單的事。有許多這樣的程序，通用的是Secure Shell。 要使用Telnet，用戶要指定啟動(dòng)Telnet客戶的命令，并在后面指定目標(biāo)主機(jī)的名字。在Linux中，可以這樣： $telnet internic.net 這個(gè)命令啟動(dòng)Telnet過(guò)程，連接到internic.net。這個(gè)連接可能被接受，或被拒絕，這與目標(biāo)主機(jī)的配置有關(guān)。在UNIX，Telnet命令很久以前就是內(nèi)置的。也就是說(shuō)，Telnet已經(jīng)包含在UNIX的發(fā)行版本中有十年了。但并不是所有操作系統(tǒng)都將Telnet作為內(nèi)置的Telnet客戶。 文件傳輸協(xié)議FTP 文件傳輸協(xié)議是從一個(gè)系統(tǒng)向另一個(gè)系統(tǒng)傳遞文件的標(biāo)準(zhǔn)方法。它的目標(biāo)在RFC 0765中寫得很清楚。 FTP的目標(biāo)是1）促進(jìn)文件和程序的共享，2）鼓勵(lì)間接和含蓄的使用遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，3）使用戶不必面對(duì)主機(jī)間使用的不同的文件存儲(chǔ)系統(tǒng)，4）有效和可靠地傳輸文件。FTP，盡管用戶可以直接通過(guò)終端來(lái)使用，是設(shè)計(jì)成讓別的程序使用的。 約有二十年，研究者調(diào)查了相當(dāng)廣泛的文件傳輸方法。FTP經(jīng)歷了多次改變。1971年作了第一次定義，整個(gè)的說(shuō)名參見RFC 114。 FTP是怎樣工作的？ FTP文件傳輸應(yīng)用在客戶/服務(wù)環(huán)境。請(qǐng)求機(jī)器啟動(dòng)一個(gè)FTP客戶端軟件。這就給目標(biāo)文件服務(wù)器發(fā)出了一個(gè)請(qǐng)求。典型地，這個(gè)要求被送到端口21。一個(gè)連接建立起來(lái)后，目標(biāo)文件服務(wù)器必須運(yùn)行一個(gè)FTP服務(wù)軟件。 FTPD是標(biāo)準(zhǔn)的FTP服務(wù)daemon。它的功能很簡(jiǎn)單：回復(fù)inetd收到的連接請(qǐng)求，并滿足這些要傳輸文件的請(qǐng)求。這個(gè)daemon在許多發(fā)行版的UNIX中是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 FTPD等待一個(gè)連接請(qǐng)求。當(dāng)這樣的一個(gè)請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，F(xiàn)TPD請(qǐng)求用戶登錄。用戶提供它的合法的登錄名和口令或匿名登錄。 一旦登錄成功，用戶可以下載文件了。在某些情況下，如果服務(wù)器的安全允許，用戶可以上載文件。 簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議SMTP 簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議的目的是使得郵件傳輸可靠和高效。 SMTP是一個(gè)相當(dāng)小和有效的協(xié)議。用戶給SMTP服務(wù)器發(fā)個(gè)請(qǐng)求。一個(gè)雙向的連接隨后就建立了?？蛻舭l(fā)一個(gè)MAIL指令，指示它想給Internet上的某處的一個(gè)收件人發(fā)個(gè)信。如果SMTP允許這個(gè)操作，一個(gè)肯定的確認(rèn)發(fā)回客戶機(jī)。隨后，會(huì)話開始?？蛻艨赡芨嬷占说拿Q和IP地址，以及要發(fā)送的消息。 盡管SMTP相當(dāng)簡(jiǎn)單，郵件服務(wù)是無(wú)窮的安全漏洞的源泉。 SMTP服務(wù)在Linux內(nèi)部是內(nèi)置的。其它網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)也提供某些形式的SMTP。 Gopher Gopher是一個(gè)分布式的文件獲取系統(tǒng)。它最初是作為Campus Wide Information System在Minnesota大學(xué)實(shí)現(xiàn)的。它的定義如下： Internet Gopher協(xié)議最初是設(shè)計(jì)用來(lái)最為一個(gè)分布式文件發(fā)送系統(tǒng)的。文檔放在許多服務(wù)器上，Gopher客戶軟件給客戶提供一個(gè)層次項(xiàng)和目錄，看上去象一個(gè)文件系統(tǒng)。事實(shí)上，Gopher的界面設(shè)計(jì)成類似一個(gè)文件系統(tǒng)，因?yàn)槲募到y(tǒng)是查找文件和服務(wù)的最好模型。 Gopher服務(wù)功能相當(dāng)強(qiáng)大。能提供文本，聲音，和其他媒體。主要用在文本模式，比通過(guò)用瀏覽器使用HTTP要來(lái)得快。毫無(wú)疑問(wèn)，最流行的Gopher客戶軟件是為UNIX編寫的。其他操作系統(tǒng)也有Gopher客戶端軟件。 典型地，用戶啟動(dòng)一個(gè)Gopher客戶端軟件，和一個(gè)Gopher服務(wù)器。隨后，Gopher返回一個(gè)可以選擇的菜單?？赡馨ú檎也藛?，預(yù)先設(shè)置的目標(biāo)，或文件目錄。 注意，Gopher模式完全是一個(gè)客戶服務(wù)器模式。用戶每次登錄，客戶給Gopher服務(wù)器發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求，要求所有能得到的文檔。Gopher服務(wù)器對(duì)這個(gè)信息做出反應(yīng)知道用戶請(qǐng)求一個(gè)對(duì)象。 超聯(lián)結(jié)傳輸協(xié)議HTTP 由于它能讓用戶在網(wǎng)上沖浪，超聯(lián)結(jié)傳輸協(xié)議可能是最有名的協(xié)議。HTTP是一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議，它很小也很有效，符合發(fā)布、合成和超媒體文本系統(tǒng)的的需要。是一個(gè)通用的，面向?qū)ο蟮膮f(xié)議，通過(guò)擴(kuò)展請(qǐng)求命令，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)許多任務(wù)。HTTP的一個(gè)特點(diǎn)是數(shù)據(jù)表現(xiàn)的類型允許系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立于數(shù)據(jù)的傳輸。 HTTP的出現(xiàn)永久地改變了Internet的特點(diǎn)，主要是使Internet大眾化。在某些程度上，他它的操作與Gopher相類似。比如，它的工作是請(qǐng)求/響應(yīng)式的。這是相當(dāng)重要的一點(diǎn)。其他應(yīng)用程序，比如Telnet仍需要用戶登錄（當(dāng)他們登錄時(shí)，便消耗系統(tǒng)資源）。但Gopher和HTTP協(xié)議，消除了這一現(xiàn)象。用戶（客戶）僅僅在他們請(qǐng)求或接受數(shù)據(jù)時(shí)消耗資源。 使用通用瀏覽器，象Netscape Navigator或Microsoft Internet Explore，可以監(jiān)視這一過(guò)程的發(fā)生。在WWW上的數(shù)據(jù)，你的瀏覽器會(huì)和服務(wù)器及時(shí)聯(lián)系。這樣，它首先獲取文本，然后是圖形，再后是聲音，等等。在你的瀏覽器的狀態(tài)欄的左下角。當(dāng)它裝載頁(yè)面時(shí)，看著它幾分鐘。你會(huì)看到請(qǐng)求和服務(wù)活動(dòng)的發(fā)生，通常速度很快。 HTTP并不特別關(guān)注所需的是什么類型的數(shù)據(jù)。各種形式的媒體都能插進(jìn)，以及遠(yuǎn)程的HTML主頁(yè)。 網(wǎng)絡(luò)新聞傳輸協(xié)議NNTP 網(wǎng)絡(luò)新聞傳輸協(xié)議是一個(gè)廣泛使用的協(xié)議。它提供通常作為USENET新聞組的新聞服務(wù)。 NNTP定義了一個(gè)協(xié)議，使用一個(gè)可靠的建立在流的基礎(chǔ)上的在Internet上傳輸新聞的分發(fā)，詢問(wèn)，獲取和發(fā)布的一個(gè)協(xié)議。NNTP被設(shè)計(jì)成新聞被存儲(chǔ)在一個(gè)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)，允許訂閱者選擇他們希望讀的主題。目錄，交叉引用和過(guò)期的新聞都能找到。 NNTP有許多特性和簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議以及TCP相似。與SMTP相似，它接受一般的英語(yǔ)命令。和TCP相似，它是建立在流的傳輸和分發(fā)的基礎(chǔ)上的。NNTP通常在端口119運(yùn)行。 下面詳細(xì)地講解一下以太網(wǎng)，IP協(xié)議和TCP協(xié)議。 第二節(jié) Etherner 以太網(wǎng)的基本工作原理 以太網(wǎng)上的所有設(shè)備都連在以太總線上，它們共享同一個(gè)通信通道。以太網(wǎng)采用的是廣播方式的通信，即所有的設(shè)備都接收每一個(gè)信息包。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備通常將接收到的所有包都傳給主機(jī)界面，在這兒選擇計(jì)算機(jī)要接收的信息，并將其他的過(guò)濾掉。以太網(wǎng)是最有效傳遞的意思是，硬件并不給發(fā)送者提供有關(guān)信息已收到的信息。比如，即使目標(biāo)計(jì)算機(jī)碰巧關(guān)機(jī)了，送給它的包自然就丟失，但發(fā)送者并不會(huì)知道這一點(diǎn)。 以太網(wǎng)的控制是分布式的。以太網(wǎng)的存取方式叫做帶有Collision的Carrier Sense Multipe Access。因?yàn)槎嗯_(tái)計(jì)算機(jī)可以同時(shí)使用以太網(wǎng)，每臺(tái)機(jī)器看看是否有載波信號(hào)出現(xiàn)判定總線是否空閑。如果主機(jī)接口有數(shù)據(jù)要傳輸，它就偵聽，看看是否有信號(hào)正在傳輸。如果沒(méi)有探測(cè)到，它就開始傳輸。每次傳輸都在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，即傳輸?shù)陌泄潭ǖ拇笮?。而且，硬件還必須在兩次傳輸之間，觀察一個(gè)最小的空閑時(shí)間，也就是說(shuō)，沒(méi)有一對(duì)機(jī)器可以不給其他計(jì)算機(jī)通信的機(jī)會(huì)而使用總線。 沖突偵測(cè)和恢復(fù) 當(dāng)開始一個(gè)傳輸時(shí)，信號(hào)并不能同時(shí)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)的所有地方。傳輸速度實(shí)際上是光速的80%。這就有可能兩個(gè)設(shè)備同時(shí)探測(cè)到網(wǎng)絡(luò)是空閑的，并都開始傳輸。但當(dāng)這兩個(gè)電信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)上相遇時(shí)，它們都不再可用了。這種情況叫做沖突。 以太網(wǎng)在處理這種情況時(shí)，很有技巧性。每臺(tái)設(shè)備在它傳輸信號(hào)的時(shí)候都監(jiān)視總線，看看它在傳輸?shù)臅r(shí)候是否有別的信號(hào)的干擾。這種監(jiān)視叫做沖突偵聽。在探測(cè)到?jīng)_突后，設(shè)備就停止傳輸。有可能網(wǎng)絡(luò)會(huì)因?yàn)樗械脑O(shè)備都忙于嘗試傳輸數(shù)據(jù)而每次都產(chǎn)生沖突。 為了避免這種情況，以太網(wǎng)使用一個(gè)2進(jìn)制指數(shù)后退策略。發(fā)送者在第一次沖突后等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，如果第二次還是沖突，等待時(shí)間延長(zhǎng)一倍。第三次則再延長(zhǎng)一倍。通過(guò)這種策略，即使兩臺(tái)設(shè)備第二的等待時(shí)間會(huì)很接近，但由于后面的等待時(shí)間成指數(shù)倍增長(zhǎng)，不就，他們就不會(huì)相互沖突了。 以太網(wǎng)的硬件地址 每臺(tái)連接到以太網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)都有一個(gè)唯一的48位以太網(wǎng)地址。以太網(wǎng)卡廠商都從一個(gè)機(jī)構(gòu)購(gòu)得一段地址，在生產(chǎn)時(shí)，給每個(gè)卡一個(gè)唯一的地址。通常，這個(gè)地址是固化在卡上的。這個(gè)地址又叫做物理地址。 當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀到達(dá)時(shí)，硬件會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，根據(jù)幀結(jié)構(gòu)中的目的地址，將屬于發(fā)送到本設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸給操作系統(tǒng)，忽略其他任何數(shù)據(jù)。 一個(gè)是地址位全為1的時(shí)表示這個(gè)數(shù)據(jù)是給所有總線上的設(shè)備的。 以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu) 以太網(wǎng)的幀的長(zhǎng)度是可變的，但都大于64字節(jié)，小于1518字節(jié)。在一個(gè)包交換網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)以太網(wǎng)的幀包含一個(gè)指明目標(biāo)地址的域。上圖是以太網(wǎng)幀的格式，包含了目標(biāo)和源的物理地址。為了識(shí)別目標(biāo)和源，以太網(wǎng)幀的前面是一些前導(dǎo)字節(jié)，類型和數(shù)據(jù)域以及冗余校驗(yàn)。前導(dǎo)由64個(gè)0和1交替的位組成，用于接收同步。32位的CRC校驗(yàn)用來(lái)檢測(cè)傳輸錯(cuò)誤。在發(fā)送前，將數(shù)據(jù)用CRC進(jìn)行運(yùn)算，將結(jié)果放在CRC域。接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)做CRC運(yùn)算后，將結(jié)果和CRC域中的數(shù)據(jù)相比較。如果不一致，那么傳輸過(guò)程中有錯(cuò)誤。 幀類型域是一個(gè)16位的整數(shù)，用來(lái)指示傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的類型。當(dāng)一個(gè)幀到達(dá)臺(tái)設(shè)備后，操作系統(tǒng)通過(guò)幀類型來(lái)決定使用哪個(gè)軟件模塊。從而允許在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)協(xié)議。 第三節(jié) Internet地址 網(wǎng)絡(luò)上的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都有一個(gè)表明自己唯一身份的地址。TCP/IP協(xié)議對(duì)這個(gè)地址做了規(guī)定。一個(gè)IP地址由一個(gè)32位的整數(shù)表示。它的一個(gè)較為聰明的地方是很好的規(guī)定了地址的范圍和格式，從而使地址尋址和路由選擇都很方便。一個(gè)IP地址是對(duì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)和它上面的主機(jī)的地址一塊編碼而形成的一個(gè)唯一的地址。 在同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)的地址都有一個(gè)相同前綴，即IP地址分成兩個(gè)部分：（netid，hostid）。其中netid代表網(wǎng)絡(luò)地址，hostid代表這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)地址，根據(jù)他們選擇的位數(shù)的不同，可以分成以下五類基本IP地址。 通過(guò)地址的前3位，就能區(qū)分出地址是屬于A，B或C類。其中A類地址的主機(jī)容量有16777216臺(tái)主機(jī)，B類地址可以有65536臺(tái)主機(jī)，C類地址可以有256臺(tái)主機(jī)。 將地址分成網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)部分，在路由尋址時(shí)非常有用，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的速度。路由器就是通過(guò)IP地址的netid部分來(lái)決定是否發(fā)送和將一個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送到什么地方。 一個(gè)設(shè)備并不只能有一個(gè)地址。比如一個(gè)連到兩個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上的路由器，它就有兩個(gè)IP地址。所以可以將IP地址看成是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。 為了便于記憶和使用32位的IP地址，可以將地址使用用小數(shù)點(diǎn)分開的四位整數(shù)來(lái)表示。下面舉個(gè)例子： IP地址： 10000000 00001010 00000010 00011110 記為： 128.10.2.30 第四節(jié) IP協(xié)議和路由 IP協(xié)議 IP協(xié)議定義了一種高效、不可靠和無(wú)連接的傳輸方式。由于傳輸沒(méi)有得到確認(rèn)，所以是不可靠的。一個(gè)包可能丟失了，或看不見了，或是延時(shí)了，或是傳輸順序錯(cuò)了。但是傳輸設(shè)備并不檢測(cè)這些情況，也不通知通信雙方。無(wú)連接 因?yàn)槊總€(gè)包的傳遞與別的包是相互獨(dú)立的。同一個(gè)機(jī)器上的包可能通過(guò)不同的路徑到達(dá)另一臺(tái)機(jī)器，或在別的機(jī)器上時(shí)已經(jīng)丟失。由于傳輸設(shè)備都試圖以最快的速度傳輸，所以是最高效的。 IP協(xié)議定義了通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的格式，定義了數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞的路由功能。 IP數(shù)據(jù)包的格式如下： 由一個(gè)頭和數(shù)據(jù)部分組成。數(shù)據(jù)包的頭部分包含諸如目的地址和源地址，數(shù)據(jù)的類型等信息。 數(shù)據(jù)包頭格式： 數(shù)據(jù)包是由軟件處理的，它的內(nèi)容和格式并不是由硬件所限定。 比如，頭4位是一個(gè)VERS，表示的是使用的IP協(xié)議的版本號(hào)。它表示發(fā)送者、接收者和路由器對(duì)該數(shù)據(jù)的處理都要按所示的版本進(jìn)行處理。現(xiàn)在的版本號(hào)是4。軟件通過(guò)版本來(lái)決定怎樣進(jìn)行處理。 頭長(zhǎng)度（HLEN）也是用4位來(lái)表示以32位為計(jì)量單位的頭的長(zhǎng)度。 TOTAL LENGTH表示這個(gè)數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度（字節(jié)數(shù)）。從而包中的數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度就可以通過(guò)上面兩個(gè)數(shù)據(jù)而計(jì)算出來(lái)了。 一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)部分就是一個(gè)物理的幀。對(duì)于以太網(wǎng)來(lái)講，就是將整個(gè)的一個(gè)以太網(wǎng)的幀數(shù)據(jù)作為一個(gè)IP數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)來(lái)傳輸?shù)摹?br> 數(shù)據(jù)包的頭里面還包含了一些其他的信息，請(qǐng)參見有關(guān)資料的具體介紹。 IP路由 在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，連接兩種基本設(shè)備，主機(jī)和路由器。路由器通常連接幾個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)。對(duì)一臺(tái)主機(jī)來(lái)講，要將一個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)往別的網(wǎng)絡(luò)，就需要知道這個(gè)數(shù)據(jù)包應(yīng)該走什么路徑，才能到達(dá)目的地。對(duì)于一臺(tái)路由器來(lái)講，將收到的數(shù)據(jù)包發(fā)往哪個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)。因此，無(wú)論主機(jī)還是路由器，在發(fā)送數(shù)據(jù)包是都要做路由選擇。 數(shù)據(jù)發(fā)送有兩種方式：直接數(shù)據(jù)發(fā)送和間接數(shù)據(jù)發(fā)送。 直接數(shù)據(jù)發(fā)送通常是在同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)里進(jìn)行的。當(dāng)一個(gè)主機(jī)或路由器要將數(shù)據(jù)包發(fā)送到同一物理網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)上時(shí)，是采用這種方式的。首先判斷IP數(shù)據(jù)包中的目的地址中的網(wǎng)絡(luò)地址部分，如果是在同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上，則通過(guò)地址分析，將該IP目的地址轉(zhuǎn)換成物理地址，并將數(shù)據(jù)解開，和該地址合成一個(gè)物理傳輸幀，通過(guò)局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)出。 間接數(shù)據(jù)發(fā)送是在不同物理網(wǎng)絡(luò)里進(jìn)行的。當(dāng)一個(gè)主機(jī)或路由器發(fā)現(xiàn)要發(fā)送的數(shù)據(jù)包不在同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，這臺(tái)設(shè)備就先在路由表中查找路由，將數(shù)據(jù)發(fā)往路由中指定的下一個(gè)路由器。這樣一直向外傳送數(shù)據(jù)，到最后，肯定有一個(gè)路由器發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)要發(fā)往同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)，于是，再用直接數(shù)據(jù)發(fā)送方式，將數(shù)據(jù)發(fā)到目的主機(jī)上。 主機(jī)和路由器在決定數(shù)據(jù)怎樣發(fā)送的時(shí)候，都要去查找路由。一般，都將路由組成一個(gè)路由表存在機(jī)器中。路由表一般采用Next-Hop格式，即（N，R）對(duì)。N是目標(biāo)地址的網(wǎng)絡(luò)地址，R是傳輸路徑中的下一個(gè)路由。通常這個(gè)路由和這臺(tái)機(jī)器在同一物理網(wǎng)絡(luò)里。 第五節(jié) TCP協(xié)議 TCP傳輸原理 TCP協(xié)議在IP協(xié)議之上。與IP協(xié)議提供不可靠傳輸服務(wù)不同的是，TCP協(xié)議為其上的應(yīng)用層提供了一種可靠傳輸服務(wù)。這種服務(wù)的特點(diǎn)是：可靠、全雙工、流式和無(wú)結(jié)構(gòu)傳輸。 它是怎樣實(shí)現(xiàn)可靠傳輸?shù)哪兀?br> TCP協(xié)議使用了一個(gè)叫積極確認(rèn)和重發(fā)送(positive acknowledgement with retransmission)的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的。 接收者在收到發(fā)送者發(fā)送的數(shù)據(jù)后，必須發(fā)送一個(gè)相應(yīng)的確認(rèn)（ACK）消息，表示它已經(jīng)收到了數(shù)據(jù)。 發(fā)送者保存發(fā)送的數(shù)據(jù)的記錄，在發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)之前，等待這個(gè)數(shù)據(jù)的確認(rèn)消息。在它發(fā)送這個(gè)數(shù)據(jù)的同時(shí)，還啟動(dòng)了一個(gè)記時(shí)器。如果在一定時(shí)間之內(nèi)，沒(méi)有接收到確認(rèn)消息，就認(rèn)為是這個(gè)數(shù)據(jù)在傳送時(shí)丟失了，接著，就會(huì)重新發(fā)送這個(gè)數(shù)據(jù)。 這種方法還產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題，就是包的重復(fù)。如果網(wǎng)絡(luò)傳輸速度比較低，等到等待時(shí)間結(jié)束后，確認(rèn)消息才返回到發(fā)送者，那么，由于發(fā)送者采用的發(fā)送方法，就會(huì)出現(xiàn)重復(fù)的數(shù)據(jù)了。解決的一個(gè)辦法是給每個(gè)數(shù)據(jù)一個(gè)序列號(hào)，并需要發(fā)送者記住哪個(gè)序列號(hào)的數(shù)據(jù)已經(jīng)確認(rèn)了。為了防止由于延時(shí)或重復(fù)確認(rèn)，規(guī)定確認(rèn)消息里也要包含確認(rèn)序列號(hào)。從而發(fā)送者就能知道哪個(gè)包已經(jīng)確認(rèn)了。 TCP協(xié)議中還有一個(gè)重要的概念：滑動(dòng)窗口。這一方法的使用，使得傳輸更加高效。 有前面的描述可見，發(fā)送者在發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)包之后，要等待確認(rèn)。在它收到確認(rèn)消息之前的這段時(shí)間是空閑的。如果網(wǎng)絡(luò)延時(shí)比較長(zhǎng)，這個(gè)問(wèn)題會(huì)相當(dāng)明顯。 滑動(dòng)窗口方法是在它收到確認(rèn)消息以前，發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)包?？梢韵胂蟪捎幸粋€(gè)窗口在一個(gè)序列上移動(dòng)。 如果一個(gè)包發(fā)送出去之后還沒(méi)有確認(rèn)，叫做未確認(rèn)包。通常未確認(rèn)的包的個(gè)數(shù)就是窗口的大小。 此窗口的大小為8。發(fā)送者允許在接收到一個(gè)確認(rèn)消息以前發(fā)送8個(gè)數(shù)據(jù)包。當(dāng)發(fā)送者接到窗口中第一個(gè)包的確認(rèn)消息時(shí)，它就將窗口下滑一個(gè)。 在接收端，也有一個(gè)滑動(dòng)窗口接收和確認(rèn)一個(gè)包。 端口 使用TCP傳輸就是建立一個(gè)連接。在TCP傳輸中一個(gè)連接有兩個(gè)端點(diǎn)組成。其實(shí)，一個(gè)連接代表的是發(fā)送和接收兩端應(yīng)用程序的之間的一個(gè)通信?？梢园阉麄兿胂蟪山⒘艘粋€(gè)電路。通常一個(gè)連接用下面的公式表示： (host,port) host是主機(jī)，port是端口。TCP端口能被幾個(gè)應(yīng)用程序共享。對(duì)于程序員來(lái)講，可以這樣理解：一個(gè)應(yīng)用程序可以為不同的連接提供服務(wù)。 TCP格式 TCP傳輸?shù)膯挝皇嵌?，在建立連接，傳送數(shù)據(jù)，確認(rèn)消息和告之窗口大小時(shí)均要進(jìn)行段的交換。 段的格式如下圖： 段的格式也分成兩部分，頭和數(shù)據(jù)。 上面格式中的名稱已經(jīng)足夠說(shuō)明了他們的作用了。具體的含義請(qǐng)參見有關(guān)資料。 建立一個(gè)TCP連接 TCP協(xié)議使用一個(gè)三次握手來(lái)建立一個(gè)TCP連接的。 握手過(guò)程的第一個(gè)段的代碼位設(shè)置為SYN，序列號(hào)為x，表示開始一次握手。接收方收到這個(gè)段后，向發(fā)送者回發(fā)一個(gè)段。代碼位設(shè)置為SYN和ACK，序列號(hào)設(shè)置為y，確認(rèn)序列號(hào)設(shè)置為x+1。發(fā)送者在受到這個(gè)段后，知道就可以進(jìn)行TCP數(shù)據(jù)發(fā)送了，于是，它又向接收者發(fā)送一個(gè)ACK段，表示，雙方的連接已經(jīng)建立。 在完成握手之后，就開始正式的數(shù)據(jù)傳輸了。 上面握手段中的序列號(hào)都是隨機(jī)產(chǎn)生的。 TCP/IP 每種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都有自己的優(yōu)點(diǎn)，但是只有TCP/IP允許與Internet完全的連接。TCP/IP是在60年代由麻省理工學(xué)院和一些商業(yè)組織為美國(guó)國(guó)防部開發(fā)的，即便遭到核攻擊而破壞了大部分網(wǎng)絡(luò)，TCP/IP仍然能夠維持有效的通信。ARPANET就是由基于協(xié)議開發(fā)的，并發(fā)展成為作為科學(xué)家和工程師交流媒體的Internet。 TCP/IP同時(shí)具備了可擴(kuò)展性和可靠性的需求。不幸的是犧牲了速度和效率（可是：TCP/IP的開發(fā)受到了政府的資助）。 Internet公用化以后，人們開始發(fā)現(xiàn)全球網(wǎng)的強(qiáng)大功能。Internet的普遍性是TCP/IP至今仍然使用的原因。常常在沒(méi)有意識(shí)到的情況下，用戶就在自己的PC上安裝了TCP/IP棧，從而使該網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在全球應(yīng)用最廣。 TCP/IP的32位尋址功能方案不足以支持即將加入Internet的主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)。因而可能代替當(dāng)前實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)是IPv6 |
|
|
來(lái)自： xos > 《網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》
