計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基本知識
計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基本知識
計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為計算機網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合。例如,網(wǎng)絡(luò)中一個微機用戶和一個大型主機的操作員進行通信,由于這兩個數(shù)據(jù)終端所用字符集不同,因此操作員所輸入的命令彼此不認識。為了能進行通信,規(guī)定每個終端都要將各自字符集中的字符先變換為標(biāo)準(zhǔn)字符集的字符后,才進入網(wǎng)絡(luò)傳送,到達目的終端之后,再變換為該終端字符集的字符。當(dāng)然,對于不相容終端,除了需變換字符集字符外還需轉(zhuǎn)換其他特性,如顯示格式、行長、行數(shù)、屏幕滾動方式等也需作相應(yīng)的變換。
IP
IP層接收由更低層(網(wǎng)絡(luò)接口層例如以太網(wǎng)設(shè)備驅(qū)動程序)發(fā)來的數(shù)據(jù)包,并把該數(shù)據(jù)包發(fā)送到更高層---TCP或UDP層;相反,IP層也把從TCP或UDP層接收來的數(shù)據(jù)包傳送到更低層。IP數(shù)據(jù)包是不可靠的,因為IP并沒有做任何事情來確認數(shù)據(jù)包是否按順序發(fā)送的或者有沒有被破壞,IP數(shù)據(jù)包中含有發(fā)送它的主機的地址(源地址)和接收它的主機的地址(目的地址)。
高層的TCP和UDP服務(wù)在接收數(shù)據(jù)包時,通常假設(shè)包中的源地址是有效的。也可以這樣說,IP地址形成了許多服務(wù)的認證基礎(chǔ),這些服務(wù)相信數(shù)據(jù)包是從一個有效的主機發(fā)送來的。IP確認包含一個選項,叫作IP source routing,可以用來指定一條源地址和目的地址之間的直接路徑。對于一些TCP和UDP的服務(wù)來說,使用了該選項的IP包好像是從路徑上的最后一個系統(tǒng)傳遞過來的,而不是來自于它的真實地點。這個選項是為了測試而存在的,說明了它可以被用來欺騙系統(tǒng)來進行平常是被禁止的連接。那么,許多依靠IP源地址做確認的服務(wù)將產(chǎn)生問題并且會被非法入侵。
TCP
TCP是面向連接的通信協(xié)議,通過三次握手建立連接,通訊完成時要拆除連接,由于TCP是面向連接的所以只能用于端到端的通訊。
TCP提供的是一種可靠的數(shù)據(jù)流服務(wù),采用“帶重傳的肯定確認”技術(shù)來實現(xiàn)傳輸?shù)目煽啃?。TCP還采用一種稱為“滑動窗口”的方式進行流量控制,所謂窗口實際表示接收能力,用以限制發(fā)送方的發(fā)送速度。
如果IP數(shù)據(jù)包中有已經(jīng)封好的TCP數(shù)據(jù)包,那么IP將把它們向‘上’傳送到TCP層。TCP將包排序并進行錯誤檢查,同時實現(xiàn)虛電路間的連接。TCP數(shù)據(jù)包中包括序號和確認,所以未按照順序收到的包可以被排序,而損壞的包可以被重傳。
TCP將它的信息送到更高層的應(yīng)用程序,例如Telnet的服務(wù)程序和客戶程序。應(yīng)用程序輪流將信息送回TCP層,TCP層便將它們向下傳送到IP層,設(shè)備驅(qū)動程序和物理介質(zhì),最后到接收方。
面向連接的服務(wù)(例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP)需要高度的可靠性,所以它們使用了TCP。DNS在某些情況下使用TCP(發(fā)送和接收域名數(shù)據(jù)庫),但使用UDP傳送有關(guān)單個主機的信息。
UDP
UDP是面向無連接的通訊協(xié)議,UDP數(shù)據(jù)包括目的端口號和源端口號信息,由于通訊不需要連接,所以可以實現(xiàn)廣播發(fā)送。
UDP通訊時不需要接收方確認,屬于不可靠的傳輸,可能會出現(xiàn)丟包現(xiàn)象,實際應(yīng)用中要求程序員編程驗證。
UDP與TCP位于同一層,但它不管數(shù)據(jù)包的順序、錯誤或重發(fā)。因此,UDP不被應(yīng)用于那些使用虛電路的面向連接的服務(wù),UDP主要用于那些面向查詢---應(yīng)答的服務(wù),例如NFS。相對于FTP或Telnet,這些服務(wù)需要交換的信息量較小。使用UDP的服務(wù)包括NTP(網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議)和DNS(DNS也使用TCP)。
欺騙UDP包比欺騙TCP包更容易,因為UDP沒有建立初始化連接(也可以稱為握手)(因為在兩個系統(tǒng)間沒有虛電路),也就是說,與UDP相關(guān)的服務(wù)面臨著更大的危險。
ICMP
ICMP與IP位于同一層,它被用來傳送IP的控制信息。它主要是用來提供有關(guān)通向目的地址的路徑信息。ICMP的‘Redirect’信息通知主機通向其他系統(tǒng)的更準(zhǔn)確的路徑,而‘Unreachable’信息則指出路徑有問題。另外,如果路徑不可用了,ICMP可以使TCP連接‘體面地’終止。PING是最常用的基于ICMP的服務(wù)。
通訊端口
TCP和UDP服務(wù)通常有一個客戶/服務(wù)器的關(guān)系,例如,一個Telnet服務(wù)進程開始在系統(tǒng)上處于空閑狀態(tài),等待著連接。用戶使用Telnet客戶程序與服務(wù)進程建立一個連接??蛻舫绦蛳蚍?wù)進程寫入信息,服務(wù)進程讀出信息并發(fā)出響應(yīng),客戶程序讀出響應(yīng)并向用戶報告。因而,這個連接是雙工的,可以用來進行讀寫。
兩個系統(tǒng)間的多重Telnet連接是如何相互確認并協(xié)調(diào)一致呢?TCP或UDP連接唯一地使用每個信息中的如下四項進行確認:
源IP地址 發(fā)送包的IP地址。
目的IP地址 接收包的IP地址。
源端口 源系統(tǒng)上的連接的端口。
目的端口 目的系統(tǒng)上的連接的端口。
端口是一個軟件結(jié)構(gòu),被客戶程序或服務(wù)進程用來發(fā)送和接收信息。一個端口對應(yīng)一個16比特的數(shù)。服務(wù)進程通常使用一個固定的端口,例如,SMTP使用25、Xwindows使用6000。這些端口號是‘廣為人知’的,因為在建立與特定的主機或服務(wù)的連接時,需要這些地址和目的地址進行通訊。
數(shù)據(jù)格式
數(shù)據(jù)幀:幀頭+IP數(shù)據(jù)包+幀尾 (幀頭包括源和目標(biāo)主機MAC初步地址及類型,幀尾是校驗字)
IP數(shù)據(jù)包:IP頭部+TCP數(shù)據(jù)信息(IP頭包括源和目標(biāo)主機IP地址、類型、生存期等)
TCP數(shù)據(jù)信息:TCP頭部+實際數(shù)據(jù) (TCP頭包括源和目標(biāo)主機端口號、順序號、確認號、校驗字等)
IP地址
在Internet上連接的所有計算機,從大型機到微型計算機都是以獨立的身份出現(xiàn),我們稱它為主機。為了實現(xiàn)各主機間的通信,每臺主機都必須有一個唯一的網(wǎng)絡(luò)地址。就好像每一個住宅都有唯一的門牌一樣,才不至于在傳輸資料時出現(xiàn)混亂。
Internet的網(wǎng)絡(luò)地址是指連入Internet網(wǎng)絡(luò)的計算機的地址編號。所以,在Internet網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)絡(luò)地址唯一地標(biāo)識一臺計算機。
我們都已經(jīng)知道,Internet是由幾千萬臺計算機互相連接而成的。而我們要確認網(wǎng)絡(luò)上的每一臺計算機,靠的就是能唯一標(biāo)識該計算機的網(wǎng)絡(luò)地址,這個地址就叫做IP(Internet Protocol的簡寫)地址,即用Internet協(xié)議語言表示的地址。
在Internet里,IP地址是一個32位的二進制地址,為了便于記憶,將它們分為4組,每組8位,由小數(shù)點分開,用四個字節(jié)來表示,而且,用點分開的每個字節(jié)的數(shù)值范圍是0~255,如202.116.0.1,這種書寫方法叫做點數(shù)表示法。