摘抄于大學(xué)期間記錄在QQ空間的一篇自學(xué)筆記，當(dāng)前清理空間，本來(lái)想直接刪除掉的，但是感覺(jué)有些舍不得，因此先搬移過(guò)來(lái)。

曾經(jīng)，我只知道socket函數(shù)能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)的通信，知道tcp/ip協(xié)議也是用來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)之間通信的協(xié)議。而后開(kāi)始接觸了http，ftp，udp，ip，還遇上了路由器，我開(kāi)始模糊了，他們到底誰(shuí)是網(wǎng)絡(luò)的真正領(lǐng)導(dǎo)者，他們又有何關(guān)系？現(xiàn)在通過(guò)一本51cto技術(shù)論壇的文檔，我才算真正明白了什么是網(wǎng)絡(luò)通信。

一、TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)

? ? ? ? TCP/IP分為五成，從上到下分別是應(yīng)用層、傳輸層、internet層、網(wǎng)絡(luò)接口層，分別對(duì)應(yīng)OSI結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。
???????? 其中應(yīng)用層包括的協(xié)議有Tclnet(遠(yuǎn)程登錄協(xié)議)、ftp（文件傳輸協(xié)議）、http協(xié)議，smtp（郵件傳輸協(xié)議）、DNS協(xié)議
??????????????? 傳輸層包括的協(xié)議有TCP和UDP協(xié)議
????????????????網(wǎng)絡(luò)層包括的協(xié)議有IP協(xié)議，以及ARP、RARP、IGMP?、ICMP
????????????????數(shù)據(jù)鏈路層的由邏輯鏈路子層和介質(zhì)訪問(wèn)子層
?????????????? 物理層有SONET、SDH、PDH?
? ? ? ? ? ? ? ? ?

?原來(lái)這些協(xié)議相輔相成，各施其職，共同完成了網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)的傳輸，他們誰(shuí)也離不開(kāi)誰(shuí)，就像我們?nèi)梭w的心臟大腦等，工作在不同層次上，共同組成了internet協(xié)議大家族。

二、IP協(xié)議（TCP/IP協(xié)議族心臟）

????????? IP協(xié)議是internet協(xié)議族最重要的協(xié)議，位于物理鏈路層之上的網(wǎng)絡(luò)層，向上層協(xié)議屏蔽了各種不同的物理鏈路的差別，因此能將各種不同介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來(lái)。所有在internet上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以ip數(shù)據(jù)包格式傳輸，ip提供不可靠、無(wú)連接的數(shù)據(jù)包傳送服務(wù)，即它不能保證ip數(shù)據(jù)包能否成功到達(dá)目的地。ip僅提供最好的傳輸服務(wù)。
????????? ip協(xié)議的工作對(duì)象是數(shù)據(jù)包。ip協(xié)議在處理數(shù)據(jù)包時(shí)，只會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)包本身的情況處理數(shù)據(jù)包，不會(huì)考慮不同數(shù)據(jù)包之間的關(guān)系。因此對(duì)兩個(gè)目的地相同的數(shù)據(jù)包的處理可能是不同的。其次，ip協(xié)議的責(zé)任是將數(shù)據(jù)正確傳遞到目的地，ip協(xié)議用能夠表示和識(shí)別數(shù)據(jù)包的地址，并能根據(jù)地址選擇數(shù)據(jù)包傳遞的路徑。?????
??????????ip協(xié)議工作的對(duì)象是數(shù)據(jù)包，對(duì)上層傳遞來(lái)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝ip地址，結(jié)構(gòu)如下：

三、ARP協(xié)議（IP地址與物理地址間的映射）

??????? 由上可知要將一個(gè)ip數(shù)據(jù)包傳送到目的地，必須要有一只標(biāo)識(shí)目的地的機(jī)制，這種機(jī)制就是ip地址，ip地址是一種結(jié)構(gòu)化的二進(jìn)制地址，ip協(xié)議能夠給通過(guò)該地址找到與該地址相關(guān)聯(lián)的主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。ip協(xié)議將上層數(shù)據(jù)包封裝成ip數(shù)據(jù)包，而ip數(shù)據(jù)包的實(shí)際傳輸是通過(guò)將其封裝在屋里網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)幀中并讓底層物理網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸改幀實(shí)現(xiàn)的。物理網(wǎng)絡(luò)也有一個(gè)地址機(jī)制，稱為物理地址。物理網(wǎng)絡(luò)就是通過(guò)這種物理地址來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收。這時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槲锢砭W(wǎng)絡(luò)是無(wú)法識(shí)別ip地址的，而ARP和RARP協(xié)議解決IP地址和物理地址間的映射問(wèn)題。
???????? 在以太網(wǎng)絡(luò)（一種廣播網(wǎng)絡(luò)）中，即連接在同一個(gè)以太網(wǎng)中的任何主機(jī)都能接收到網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送的所有數(shù)據(jù)幀，但主機(jī)會(huì)檢查數(shù)據(jù)幀中的目的地址是否是自己，否則將其丟棄。因此連接到網(wǎng)絡(luò)的接口都有一對(duì)地址：IP地址和物理地址，以太網(wǎng)的物理地址也稱MAC地址，每塊以太網(wǎng)卡出廠時(shí)都會(huì)有一個(gè)固定的全球唯一的MAC地址。
?????????ARP協(xié)議使用一種詢問(wèn)/回答機(jī)制。主機(jī)H1要發(fā)送一個(gè)ip數(shù)據(jù)包給主機(jī)H4過(guò)程如下：這時(shí)H1先構(gòu)造一個(gè)ARP請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包中包含了ip地址P4，并留下一個(gè)空位表示P4的MAC地址。H1的ARP協(xié)議將ARP數(shù)據(jù)包交給網(wǎng)卡，讓他將該ARP數(shù)據(jù)包作為廣播幀發(fā)送出去。這樣H1所在以太網(wǎng)中的所有網(wǎng)卡將會(huì)受到該數(shù)據(jù)幀并對(duì)其進(jìn)行處理，因?yàn)樗麄兲幱谕粋€(gè)廣播幀。處于該廣播幀的主機(jī)收到這個(gè)請(qǐng)求數(shù)據(jù)包后就將自己的IP地址與數(shù)據(jù)包中中包含的ip地址進(jìn)行比較，如果相同就表示對(duì)方在詢問(wèn)自己的MAC地址，如果不是，ARP協(xié)議會(huì)簡(jiǎn)單丟棄該數(shù)據(jù)包。因此，只有H4會(huì)處理這個(gè)ARP請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，這時(shí)，H4會(huì)將自己的MAC地址填在MAC地址空位上，并將該數(shù)據(jù)包該數(shù)據(jù)包改為ARP響應(yīng)數(shù)據(jù)包，然后讓網(wǎng)卡將其發(fā)送給主機(jī)H1。
????????對(duì)于不在同一廣播幀中，該過(guò)程略有不同，需經(jīng)過(guò)路由器才能將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。ARP數(shù)據(jù)包格式：
????????硬件類型字段：對(duì)于以太網(wǎng)該字段為1；
????????協(xié)議類型字段：指明上層協(xié)議地址的類型，對(duì)于IP協(xié)議該字段為0X0800；
????????操作字段：指明ARP數(shù)據(jù)包的類型，ARP請(qǐng)求數(shù)據(jù)包類型為1，ARP響應(yīng)數(shù)據(jù)包的類型是2，RARP請(qǐng)求數(shù)據(jù)包為3，RARP響應(yīng)數(shù)據(jù)包為4。

四、RARP協(xié)議（反向地址解析-為物理地址分配IP地址作用）

??????? TCP/IP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信必須要有一個(gè)IP地址，我們知道網(wǎng)卡的物理地址是固定在網(wǎng)卡上的，而IP地址通常是保存在二級(jí)存儲(chǔ)器中并在系統(tǒng)啟動(dòng)后載入系統(tǒng)的。因此啟動(dòng)之前是沒(méi)有IP地址的，RARP協(xié)議的出現(xiàn)解決了這個(gè)矛盾。RARP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)分為客戶端和服務(wù)端兩部分，需要遠(yuǎn)程啟動(dòng)的系統(tǒng)必須將RARP協(xié)議的客戶端固化在硬件中（如ROM），而服務(wù)器端并不是所有的TCP/IP的實(shí)現(xiàn)都包含了RARP協(xié)議。
??????? RARP協(xié)議的原理如下，需要知道自己IP地址的計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)RARP請(qǐng)求數(shù)據(jù)包給RARP服務(wù)器，服務(wù)器向該計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)RARP響應(yīng)數(shù)據(jù)包，響應(yīng)數(shù)據(jù)包中包含了請(qǐng)求計(jì)算機(jī)的IP地址，請(qǐng)求計(jì)算機(jī)在獲得了自己IP地址之后就可以用它來(lái)與文件服務(wù)器通信獲取自己的啟動(dòng)映像文件了。
??????? RARP數(shù)據(jù)包格式與ARP數(shù)據(jù)包的格式相同，RARP協(xié)議的工作過(guò)程如下，請(qǐng)求計(jì)算機(jī)構(gòu)造一個(gè)RARP請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，在該數(shù)據(jù)包中，計(jì)算機(jī)將發(fā)送者硬件地址和目標(biāo)硬件地址都設(shè)為自己的物理地址，然后將該數(shù)據(jù)包廣播到網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中所有的計(jì)算機(jī)都能接收到該數(shù)據(jù)包，但只有RARP服務(wù)器會(huì)處理，RARP服務(wù)器將請(qǐng)求計(jì)算機(jī)的IP地址放入數(shù)據(jù)包的目標(biāo)協(xié)議地址字段中，并將數(shù)據(jù)包類型該位4（響應(yīng)），然后將響應(yīng)數(shù)據(jù)包發(fā)送給請(qǐng)求計(jì)算機(jī)。如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障或RARP服務(wù)器失效時(shí)，RARP請(qǐng)求將會(huì)失敗。通常請(qǐng)求計(jì)算機(jī)對(duì)這種情況的處理是使用超時(shí)重發(fā)機(jī)制，如果經(jīng)過(guò)多次重發(fā)，系統(tǒng)機(jī)會(huì)向用戶報(bào)告一個(gè)錯(cuò)誤。因此，為保證服務(wù)器失效時(shí)計(jì)算機(jī)能正常啟動(dòng)，通常在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中放置多個(gè)RARP服務(wù)器，但這樣將造成網(wǎng)絡(luò)流量的增多。

五、ICMP協(xié)議（互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議）

????????ICMP協(xié)議就是一種能讓我們對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)試的報(bào)錯(cuò)機(jī)制，它能夠讓發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的路由器向數(shù)據(jù)包的源站發(fā)送一個(gè)出錯(cuò)消息來(lái)報(bào)告出錯(cuò)原因。ICMP的錯(cuò)誤報(bào)告只能通知出錯(cuò)數(shù)據(jù)包的源主機(jī)，而無(wú)法通知從源主機(jī)到出錯(cuò)路由途中的所有路由器。例如，主機(jī)H1向H2發(fā)送一個(gè)IP數(shù)據(jù)包，經(jīng)過(guò)了RA和RB路由器，到達(dá)RC路由器的時(shí)候RC發(fā)現(xiàn)無(wú)法將該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到H2。此時(shí)RC能知道數(shù)據(jù)包的源地址和目標(biāo)地址但它無(wú)法知道該數(shù)據(jù)包途中經(jīng)過(guò)了那些其他的路由器，因此RC只能將出粗消息發(fā)送給數(shù)據(jù)包的源地址H1。
????????因?yàn)镮CMP數(shù)據(jù)包封裝在IP數(shù)據(jù)包中，因此ICMP數(shù)據(jù)包即出錯(cuò)消息的傳輸也有可能出錯(cuò)，這時(shí)就需要ICMP數(shù)據(jù)包產(chǎn)生另一個(gè)ICMP數(shù)據(jù)包，因?yàn)檫@樣加重了網(wǎng)絡(luò)繁忙，因此ICMP協(xié)議規(guī)定，如果傳輸ICMP數(shù)據(jù)包的IP數(shù)據(jù)包出錯(cuò)，不能為該數(shù)據(jù)包產(chǎn)生新的ICMP數(shù)據(jù)包。

六、路由器工作原理

????????路由器收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，必須要能確定應(yīng)該從哪個(gè)端口將該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去。例如一個(gè)202.119.12.1網(wǎng)段的路由器接收到來(lái)自202.119.12.24的數(shù)據(jù)包（假設(shè)路由器接入了一臺(tái)主機(jī)IP地址為202.119.12.24），者路由器必須知道將此數(shù)據(jù)包從連接到此主機(jī)的端口發(fā)送出去。如果接收到非12網(wǎng)段的數(shù)據(jù)包，通常路由器是通過(guò)查找一張路由表來(lái)確定轉(zhuǎn)發(fā)端口的，在路由表中，每一項(xiàng)都說(shuō)明了通往一個(gè)目標(biāo)地址應(yīng)該通過(guò)哪個(gè)端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，是直接轉(zhuǎn)發(fā)給目的地還是需要通過(guò)下一個(gè)路由器再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。因此一個(gè)基本的路由表的表項(xiàng)包含以下幾個(gè)字段：目的地址、下一站的地址、轉(zhuǎn)發(fā)端口。

????路由器的內(nèi)部通過(guò)使用路由表進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的機(jī)制，因此路由表是如何建立的呢？第一種手段是路由器根據(jù)路由器各端口直接連接的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)產(chǎn)生一些路由表項(xiàng)（即直接轉(zhuǎn)發(fā)）；另一種就是通過(guò)路由協(xié)議的幫助，如路由器RA必須要知道通往某個(gè)網(wǎng)絡(luò)（202.119.12..0/24）必須經(jīng)過(guò)路由器RB，那么RA如何知道這一點(diǎn)呢？方法只有一個(gè)，就是RB告訴RA這一點(diǎn)，RB就是通過(guò)路由協(xié)議將這條信息告訴了RA，RA知道后更新了路由表。