TCP/IP详解 卷1 第一章概述

第一章概述

1.2 分层

网络编程通常分不同层次进行开发，每一层负责不同的通信功能。

一个协议族比如TCP/IP，通常是一组不同层次上多个协议的组合。一般可以认为是是四层协议系统：

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。协议有以太网协议。

网络层：处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。一般协议有ip协议，ICMP协议，IGMP协议、

运输层：有时也叫传输层，为两台主机系统提供端到端的通信。协议有tcp，udp。

应用层：负责特定的应用程序细节。协议有telnet，ftp，ssh，自定义协议等。

假设在同一局域网（LAN）内两个主机通过ftp传输，那么主要过程如下所示：

应用程序通常是在第一层，后三层都是由操作系统做了（在内核中执行）。

应用程序关心具体的细节，不必关心数据在网络中的传输。下面三层也对应用层一无所知。

1.3 TCP/IP的分层

在TCP/IP协议族中有很多中协议，如下图示：

虽然T C P使用不可靠的 I P服务，但它却提供一种可靠的运输层服务。

但是与 T C P不同的是， U D P是不可靠的，它不能保证数据报能安全无误地到达最终目的。

I P是网络层上的主要协议，同时被 T C P和U D P使用。 T C P和U D P的每组数据都通过端系统和每个中间路由器中的I P层在互联网中进行传输。

I C M P是I P协议的附属协议。 I P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。

I G M P是I n t e r n e t组管理协议。它用来把一个 U D P数据报多播到多个主机。

A R P（地址解析协议）和 R A R P（逆地址解析协议）是某些网络接口（如以太网和令牌环网）使用的特殊协议，用来转换 I P层和网络接口层使用的地址。

1.4 互联网的地址

互联网上每个接口设备必须有唯一的internet地址，称为ip地址。32bit。

可以分为5类：

32位通常可以写成4个十进制的数，称为点分十进制。

互联网洛信息中心（internet network information centre）：管理机构，为接入互联网的网络分配ip地址的。

简称InterNIC，InterNIC只分配网络号，主机号的分配由系统管理员来负责。

1.5 域名系统

在TCP/IP领域中，域名系统（DNS）是一个分布的数据库，由它来提供IP地址和主机名之间的映射信息。

任何应用程序可以调用一个标准库函数来查看给定名字的主机的IP地址，也有一个函数可以通过IP地址查到对应的主机名。

1.6 封装

用tcp传送数据时，数据被送入协议栈，然后逐个通过每一层知道被当做一串比特流送入网络。其中每一层对收到的数据都要增加一些首部信息（有时还要增加尾部信息）。如下图：

TCP传给IP的数据单元称为TCP报文段（简称TCP段）

UDP传给IP的数据单元称为UDP数据报（UDP datagram）

IP传给链路层的数据单元称为IP数据报（IP datagram）

通过以太网传输的比特流叫做帧（frame）

1.7 分用（Demultiplexing）

目的主机收到以太网数据帧时，数据就开始从协议栈中由底向上升，同时去掉各层协议加上的报文首部。

每层协议盒都要去检查报文首部中的协议标识，以确定接收数据的上层协议。这个过程叫分用，也就是封装的逆过程。

ICMP和IGMP的定位其实有尴尬，之前说是和IP同一层的，因为事实上确实是IP的附属协议。

但是在这里，又把它们放在了IP层的上方，这是因为ICMP和IGMP报文都被封装在IP数据报中。

1.8 客户-服务器模型

大部分网络应用程序在编写时都假设一端的client，一段的server。

可以将服务器分为两种类型：

1）  重复型服务器：主要的问题发生在A2步骤，这时不能为其他客户机提供服务。

主要交互步骤如下：

A1：等待一个client请求的到来

A2：处理客户请求

A3：发送响应给发送请求的客户

A4：返回A1 步。

2）  并发型服务器：

主要交互步骤如下：

B1：等待一个client请求的到来

B2：启动一个新的服务器来处理这个客户的请求。可能会有 一个新的进程、服务、线程之类的用来跟客户机通信，处理结束后终止这个服务器。

B3：返回C1

优点：每个客户机都有对应的服务器，如果操作系统允许多任务，那么就可以同时为多个客户服务。

一般来说，TCP服务器是并发的，UDP服务器是重复的。但是也有例外哦

1.9 端口号

采用16bit的端口号来识别应用程序。

服务器一般都是通过知名端口号来识别的，对于每个TCP/IP来说，ftp服务器的端口号都是21，telnet是23，

TFTP（00000000简单文件传送协议）服务器的UDP端口号都是69

知名端口号：1到1023.这些知名端口号都internet号分配机构管理（IANA）

客户端通常对它使用的端口号不关心，只需保证该端口号在本机上是唯一的就可以了。客户端端口号又称作临时端口号。

大部分TCP/IP实现给临时端口分配1024-5000之间的端口号。大于5000的端口号是为其他服务器预留的。

1.10 标准化过程。

有四个小组负责Internet技术：

1) Internet协会（I S O C， Internet Society）是一个推动、支持和促进 I n t e r n e t不断增长和发展的专业组织，它把 I n t e r n e t作为全球研究通信的基础设施。

2) Internet体系结构委员会（I A B， Internet Architecture Board）是一个技术监督和协调的机构。它由国际上来自不同专业的 1 5个志愿者组成，其职能是负责 I n t e r n e t标准的最后编辑和技术审核。 I A B隶属于I S O C。

3) Internet工程专门小组（I E T F， Internet Engineering Task Force）是一个面向近期标准的组织，它分为9个领域（应用、寻径和寻址、安全等等）。 I E T F开发成为I n t e r n e t标准的规范。为帮助IETF主席，又成立了Internet工程指导小组（IESG, Internet Engineering Steering Group）。

4) Internet研究专门小组（IR I F， Internet Research Task Force）主要对长远的项目进行研究。

1.11 RFC

所有关于Interner的正式标准都以RFC（request for comment）文档出版。所有的RFC都可以通过电子邮件或用FTP从Internet上免费获取。

1.12 标准的简单服务

有一些标准的简单服务几乎每种实现都要提供。

1.13 互联网

internet的意思是用一个共同的协议族把多个网络连接在一起。而Internet指的是世界范围内通过TCP/IP互相通信的所有主机集合。

1.14 实现

1.15 应用编程接口

使用TCP/IP协议的应用程序通常采用两种应用编程接口（API）：socket和TLI（运输层接口,transport layer interface）

socket：从伯克利版发展而来

TLI：起初由AT&T开发的。