TCP/IP详解 卷1 第一章概述

简介: 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。

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。

 

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