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TCP/IP的通讯协议 这部分简要介绍一下TCP/IP的内部结构，为讨论与互联网有关的安全问题打下基础。TCP/IP协议组之所以流行，部分原因是因为它可以用在各种各样的信道和底层协议（例如T1和X.25、以太网以及RS-232串行接口）之上。确切地说，TCP/IP协议是一组包括TCP协议和IP协议，UDP（User Datagram Protocol）协议、ICMP（Internet Control Message Protocol）协议和其他一些协议的协议组。 TCP/IP整体构架概述 TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的7层抽象的参考模型,其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7层是:物理层、数据链路层、网路层、传输层、话路层、表示层和应用层。而TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。这4层分别为： 应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。 传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。 互连网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机（但不检查是否被正确接收），如网际协议（IP）。 网络接口层：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、Serial Line等）来传送数据。 TCP/IP中的协议 以下简单介绍TCP/IP中的协议都具备什么样的功能，都是如何工作的： 1． IP 网际协议IP是TCP/IP的心脏，也是网络层中最重要的协议。 IP层接收由更低层（网络接口层例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层---TCP或UDP层；相反，IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。IP数据包是不可靠的，因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。IP数据包中含有发送它的主机的地址（源地址）和接收它的主机的地址（目的地址）。 高层的TCP和UDP服务在接收数据包时，通常假设包中的源地址是有效的。也可以这样说，IP地址形成了许多服务的认证基础，这些服务相信数据包是从一个有效的主机发送来的。IP确认包含一个选项，叫作IP source routing，可以用来指定一条源地址和目的地址之间的直接路径。对于一些TCP和UDP的服务来说，使用了该选项的IP包好象是从路径上的最后一个系统传递过来的，而不是来自于它的真实地点。这个选项是为了测试而存在的，说明了它可以被用来欺骗系统来进行平常是被禁止的连接。那么，许多依靠IP源地址做确认的服务将产生问题并且会被非法入侵。 2. TCP 如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。 TCP将它的信息送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层，设备驱动程序和物理介质，最后到接收方。 面向连接的服务（例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。 3.UDP UDP与TCP位于同一层，但对于数据包的顺序错误或重发。因此，UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务，UDP主要用于那些面向查询---应答的服务，例如NFS。相对于FTP或Telnet，这些服务需要交换的信息量较小。使用UDP的服务包括NTP（网落时间协议）和DNS（DNS也使用TCP）。 欺骗UDP包比欺骗TCP包更容易，因为UDP没有建立初始化连接（也可以称为握手）（因为在两个系统间没有虚电路），也就是说，与UDP相关的服务面临着更大的危险。 4.ICMP ICMP与IP位于同一层，它被用来传送IP的的控制信息。它主要是用来提供有关通向目的地址的路径信息。ICMP的‘Redirect’信息通知主机通向其他系统的更准确的路径，而‘Unreachable’信息则指出路径有问题。另外，如果路径不可用了，ICMP可以使TCP连接‘体面地’终止。PING是最常用的基于ICMP的服务。 5. TCP和UDP的端口结构 TCP和UDP服务通常有一个客户/服务器的关系，例如，一个Telnet服务进程开始在系统上处于空闲状态，等待着连接。用户使用Telnet客户程序与服务进程建立一个连接。客户程序向服务进程写入信息，服务进程读出信息并发出响应，客户程序读出响应并向用户报告。因而，这个连接是双工的，可以用来进行读写。 两个系统间的多重Telnet连接是如何相互确认并协调一致呢？TCP或UDP连接唯一地使用每个信息中的如下四项进行确认： 源IP地址 发送包的IP地址。 目的IP地址 接收包的IP地址。 源端口 源系统上的连接的端口。 目的端口 目的系统上的连接的端口。 端口是一个软件结构，被客户程序或服务进程用来发送和接收信息。一个端口对应一个16比特的数。服务进程通常使用一个固定的端口，例如，SMTP使用25、Xwindows使用6000。这些端口号是‘广为人知’的，因为在建立与特定的主机或服务的连接时，需要这些地址和目的地址进行通讯。 http://blog.sina.com.cn/s/blog_60e96a410100mz6o.html
在掌握计算机网络时，学的时候应该从最底层开始结束于应用层，但等学完之后，融会贯通的时候，应该从最高层向最底层开始。
1 现代计算机网络中，都采用存储转发分组交换技术，分组交换又采用数据报和虚电路两种形式，实际上数据报方式就是我们通常所说的面向无连接的，也就是UDP方式，而虚电路实际上就是我们通常所说的面向连接的，也就是TCP采用的方式。
采用存储转发的优点：
- 通信子网中的路由器可以存储报文，所以多个报文可以共享通信信道，线路的利用率高。
- 路由器具有路由选择功能，可以动态选择报文通过通信子网的最佳路径。
采用分组的优点
- 由于分组的长度比较短，在传输出错时发现错误容易，并且重发需要花费的时间少，这样就有利于提高存储转发节点的存储空间利用率与传输效率。
- 数据报方式特点是，每个分组可能经过的路由不一样，而且到达目的节点的次序也不一定，而且每个 分组都必须带有目的地址和源地址信息。
- 虚电路方式特点是，每个分组经过相同的路由，而且不加任何目的地址和源地址的信息，到达目的节点时是有序到达。
2.无论TCP还是UDP传递给网络层的时候都要进行分组。
3.ICMP协议时网络层非常重要的一个协议。它负责网络层的差错和控制，
ICMP的差错控制功能表现如下：
- 目的站不可达，当路由器不能为数据包找到路由器或者主机交付时，就丢弃该数据报，然后该路由器会向源主机发出ICMP差错报告报文。
- 不能交付数据报，有可能是，目的主机没有开机或者机器故障，
- 或者是目的主机号不存在，
- 还有可能是路由器找不到去往目的主机的路径。
- 路由器知道目的网络存在，但是无法到达。
- 如果找到了目的网络和目的主机，但是到达目的主机后发现自己IP数据报携带的是TCP协议而对方采用的UDP协议。
- 如果目的网络，目的主机，协议，都相同，但是目的主机的端口号不对。
- 源站抑制,每个发送端都向路由器和目的节点发送数据分组，这样导致路由器和目的节点缓冲区队列溢出，或者路由器和目的节点的处理速度远远小于源节点的发送速度。这样路由器和目的节点就会丢弃数据报，而且给源节点发送ICMP数据。
- 超时，路由表出现问题，整个网络的转发会出现错误，极端的情况是造成数据包在某些路由器之间循环，使得数据包在网络中无休止的传输。为了对付这些问题，IP协议会在数据包头中设置生存时间（TTL），二是设置定时时间，只对这两种情况ICMP这是了超时报文。针对第一种情况，当路由器转发数据报时，讲TTL-1后等于0时，就丢掉数据报，而且向源主机发送超时报文。第二种情况，当组成一个数据报的所有分组未能在某一限定时间内到达目的主机，目的主机就不能将接受的分片重新组装成数据报，而一个数据的部分分片将长期占用主机的缓冲区，如果多个数据包都出现这种情况，就会造成目的主机既不能接受新的数据报，又已接受的数据分片不能组装成数据报而出现死锁。因此当某一个数据包的第一个数据分片到达时，目的主机就启动计时器，当计时器时间到了，目的主机还没有接收到一个数据包的所有分片，他会将接受的分片丢弃，并向源主机发送超时报文。
- 改变路由，发送数据包的源主机和路由器都有一张路由表。主机的路由表采用静态的，主机通过ICMP获得正确的路由信息（例如A向B通信，正确的是路由器2但却发给了路由器1，路由器1知道正确的路由应当是路由器2，于是路由器1将正确的路信息），当网络的拓扑结构发生变化时，各个路由器间通过ICMP交换动态路由信息。
- 传输层中的两个重要协议TCP和UDP
- QoS,服务质量，衡量传输层QoS的参数有：（1）建立连接的延迟（2）建立连接失败的概率（3）吞吐率（吞吐率是指每秒钟传输的用户数据的字节数，他是在某个时间间隔内测量的到的数据）（4）传输延迟（5）恢复功能
- UDP，UDP采用面向无连接的，并且只提供有限的差错控制，因此协议简单，在一些特定的应用中协议运行效率高。如：IP电话，视频会议，FTP,DNS，SNMP，他们要求源主机以恒定的速度发送数据，而且在网络出现拥塞时，可以丢弃一些数据，但是希望延迟不大。
- TCP，TCP，采用面向连接的，高可靠，全双工（因此释放链接的时候，要四次挥手），提供流量控制与拥塞控制。
- 窗口（用来实现流量控制），大小可变的窗口是TCP协议进行流量与拥塞控制的重要方法，当一个传输链接建立时，连接的每段都要分配一块缓冲区来存储接收到的数据，并将缓冲区的大小发送给另外一段，窗口大小的单位是BYTE(这样编程起来是很方便的)，发送窗口在连接建立时由双方商定，TCP报文头部的窗口域写入的数值就是当前双方设置的窗口数值，但是在通信的过程中，接受端可以根据自己的资源情况，随时动态调整对方发送窗口的增大或减小，这种有接收端控制发送端的做法在网络经常使用，当数据到达时，接收端发送确认，其中包括自己剩余的缓冲区大小，接收端发送的每个确认都包含一个窗口通告。实现流量控制并非仅仅为了使接收端来的及接受，如果发送端发出的报文过多，会使网络通信负荷过重，由此引起报文段的延时增大，报文延时增大，将使主机不能及时的收到确认，就会重传更多的报文，而这又会进一步加剧网络的拥塞，为了避免发生拥塞，主机应当降低发送速率。因此发送端的主机在发送数据时，既要考虑到接收端的接收能力，又要使网络不要发生拥塞。通知窗口由接收端根据其接受能力确定的窗口值，是来自接收端的流量控制，拥塞窗口是发送端根据网络拥塞情况确定的窗口值，它由发送端的流量控制算法决定（如果发送端在重传计时器到期前，没有收到对报文段的确认，就可以认为出现拥塞）。在没有发生拥塞的稳定工作状态下，接收端的通知窗口和发送方的拥塞窗口应该保持一致。如果网络中出现传输错误，报文丢失的可能性比传输过程中误码的可能性大（目前的通信信道质量已经明显改善，由于通信线路带来的的误码，而造成分组丢失的概率很低）。
- TCP差错控制，
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- 传输出错报文段（TCP通过报头的检验和来判断是否发生传输错误，传输错误也叫受损报文段，TCP接受端采用丢弃不给予确认的机制），
- 丢失的报文段（被中间某一个节点丢失的），
- 重复报文段（TCP接收端将重复的分组丢弃一个即可），
- 确认丢失（TCP发送端发了3个报文段，TCP接受方成功接收后，发送确认，发送确认报文1,2,3，但是确认报文2没有收到，但是确认报文段3收到了，发送发TCP就忽略没有收到确认报文2，后面的收到了前面的你肯定也受到了）。由于TCP采用全双工通信，也就是说发送方给接收方发送数据的同时，接收方也可能给发送方发送数据，但是无论谁给谁发，都要有确认信息。TCP采用捎带技术发送确认信息，就是说，接收方成功接受数据后，这时候接收方也有数据发给发送方，那么接收方就把确认信息附加在发送给发送方的数据里面。
- TCP计时器，
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- 重传计时器（由于全双工，收发双发都有计时器），
- 坚持计时器（当接收端的处理速度小于发送端的发送速率时，接收端TCP发送一个0窗口，于是发送端TCP就停止发送，等待一个非0窗口的到来，但是接受方TCP发送一个非0窗口确认，然而这个确认丢失。接收端TCP发送完确认数据报后，就等待发送端发送数据，但是他不知道确认数据报已经丢失了。发送端TCP由于没有收到确认，就等待接收方发送确认来通知窗口大小，这样双方TCP处于死锁。为了避免出现死锁，TCP为每个连接使用一个坚持计时器，当发送端收到一个窗口大小为0的确认时，就需要启动坚持计时器。当时间到，发送端的TCP就发送一个特殊的探测报文，该报文只有1B大小，探测数据报提醒接受方的TCP：确认窗口报文已丢失，必须重传），
- 保持计时器（如果客户建立到服务器的连接，发送一些数据，然后停止传送，可能这个客户端出现故障，这种情况下，这个连接将永远处于打开状态。为了避免此类事件，服务器端设置一个激活计时器。服务器已接受到客户的信息后就将计时器复位，如果服务器超过激活计时器规定的时间还没有收到客户的信息，就每隔一个时间发送一个探测报文，如果发送10个探测报文后还没有响应，就判断客户端出现故障，服务器终止连接），
- 时间等待计时器（当TCP释放一次连接时，例如四次挥手中，第四次的报文丢失，TCP规定被动释放链接的一方，在同意释放链接报文发出后，启动时间等待计时器，如果时间到达前收到了应答，则释放链接，如果规定时间内没有收到应答，则重新传送允许释放链接的报文）
- TCP，谁发送数据在谁的一方就有个重发定时器等待确认。
posted on 2017-01-14 10:11
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