tcp/ip协议知识详解

一、TCP/IP参考模型
　　ISO制定的OSI参考模型的过于庞大、复杂招致了许多批评。与此对照，由技术人员自己开发的TCP/IP协议栈获得了更为广泛的应用。如图2-1所示，是TCP/IP参考模型和OSI参考模型的对比示意图。

图2-1　 TCP/IP参考模型
　　2.1　TCP/IP参考模型的层次结构
　　TCP/IP协议栈是美国国防部高级研究计划局计算机网（AdvancedResearch Projects Agency Network，ARPANET）和其后继因特网使用的参考模型。ARPANET是由美国国防部（U.S．Departmentof Defense，DoD）赞助的研究网络。最初，它只连接了美国境内的四所大学。随后的几年中，它通过租用的电话线连接了数百所大学和政府部门。最终ARPANET发展成为全球规模最大的互连网络-因特网。最初的ARPANET于1990年永久性地关闭。　　
　　TCP/IP参考模型分为四个层次：应用层、传输层、网络互连层和主机到网络层。如图2-2所示。

图2-2　 TCP/IP参考模型的层次结构

　　在TCP/IP参考模型中，去掉了OSI参考模型中的会话层和表示层（这两层的功能被合并到应用层实现）。同时将OSI参考模型中的数据链路层和物理层合并为主机到网络层。下面，分别介绍各层的主要功能。
　　1、主机到网络层　　
　　实际上TCP/IP参考模型没有真正描述这一层的实现，只是要求能够提供给其上层-网络互连层一个访问接口，以便在其上传递IP分组。由于这一层次未被定义，所以其具体的实现方法将随着网络类型的不同而不同。　　
　　2、网络互连层　　
　　网络互连层是整个TCP/IP协议栈的核心。它的功能是把分组发往目标网络或主机。同时，为了尽快地发送分组，可能需要沿不同的路径同时进行分组传递。因此，分组到达的顺序和发送的顺序可能不同，这就需要上层必须对分组进行排序。　　
　　网络互连层定义了分组格式和协议，即IP协议（Internet Protocol）。　　
　　网络互连层除了需要完成路由的功能外，也可以完成将不同类型的网络（异构网）互连的任务。除此之外，网络互连层还需要完成拥塞控制的功能。　　
　　3、传输层　　
　　在TCP/IP模型中，传输层的功能是使源端主机和目标端主机上的对等实体可以进行会话。在传输层定义了两种服务质量不同的协议。即：传输控制协议TCP（transmissioncontrol protocol）和用户数据报协议UDP（user datagram protocol）。　　
　　TCP协议是一个面向连接的、可靠的协议。它将一台主机发出的字节流无差错地发往互联网上的其他主机。在发送端，它负责把上层传送下来的字节流分成报文段并传递给下层。在接收端，它负责把收到的报文进行重组后递交给上层。TCP协议还要处理端到端的流量控制，以避免缓慢接收的接收方没有足够的缓冲区接收发送方发送的大量数据。　　
　　UDP协议是一个不可靠的、无连接协议，主要适用于不需要对报文进行排序和流量控制的场合。　　
　　4、应用层　　
　　TCP/IP模型将OSI参考模型中的会话层和表示层的功能合并到应用层实现。　　
　　应用层面向不同的网络应用引入了不同的应用层协议。其中，有基于TCP协议的，如文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）、虚拟终端协议（TELNET）、超文本链接协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP），也有基于UDP协议的。

　　2.2　TCP/IP报文格式　　
　　1、IP报文格式　　
　　IP协议是TCP/IP协议族中最为核心的协议。它提供不可靠、无连接的服务，也即依赖其他层的协议进行差错控制。在局域网环境，IP协议往往被封装在以太网帧中传送。而所有的TCP、UDP、ICMP、IGMP数据都被封装在IP数据报中传送。如图2-3所示：

图2-3　 TCP/IP报文封装

　　图2-4是IP头部（报头）格式：（RFC 791）。

图2-4　 IP头部格式
　　
　　其中：　　
　　●版本（Version）字段：占4比特。用来表明IP协议实现的版本号，当前一般为IPv4，即0100。　　
　　●报头长度（InternetHeader Length，IHL）字段：占4比特。是头部占32比特的数字，包括可选项。普通IP数据报（没有任何选项），该字段的值是5，即160比特=20字节。此字段最大值为60字节。　　
　　●服务类型（Typeof Service，TOS）字段：占8比特。其中前3比特为优先权子字段（Precedence，现已被忽略）。第8比特保留未用。第4至第7比特分别代表延迟、吞吐量、可靠性和花费。当它们取值为1时分别代表要求最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。这4比特的服务类型中只能置其中1比特为1。可以全为0，若全为0则表示一般服务。服务类型字段声明了数据报被网络系统传输时可以被怎样处理。例如：TELNET协议可能要求有最小的延迟，FTP协议（数据）可能要求有最大吞吐量，SNMP协议可能要求有最高可靠性，NNTP（Network News Transfer Protocol，网络新闻传输协议）可能要求最小费用，而ICMP协议可能无特殊要求（4比特全为0）。实际上，大部分主机会忽略这个字段，但一些动态路由协议如OSPF（Open Shortest Path First Protocol）、IS-IS（Intermediate System to Intermediate System Protocol）可以根据这些字段的值进行路由决策。　　
　　●总长度字段：占16比特。指明整个数据报的长度（以字节为单位）。最大长度为65535字节。　　
　　●标志字段：占16比特。用来唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发一份报文，它的值会加1。　　
　　●标志位字段：占3比特。标志一份数据报是否要求分段。　　
　　●段偏移字段：占13比特。如果一份数据报要求分段的话，此字段指明该段偏移距原始数据报开始的位置。　　
　　●生存期（TTL：Time to Live）字段：占8比特。用来设置数据报最多可以经过的路由器数。由发送数据的源主机设置，通常为32、64、128等。每经过一个路由器，其值减1，直到0时该数据报被丢弃。　　
　　●协议字段：占8比特。指明IP层所封装的上层协议类型，如ICMP（1）、IGMP（2）、TCP（6）、UDP（17）等。　　
　　●头部校验和字段：占16比特。内容是根据IP头部计算得到的校验和码。计算方法是：对头部中每个16比特进行二进制反码求和。（和ICMP、IGMP、TCP、UDP不同，IP不对头部后的数据进行校验）。　　
　　●源IP地址、目标IP地址字段：各占32比特。用来标明发送IP数据报文的源主机地址和接收IP报文的目标主机地址。　　
　　可选项字段：占32比特。用来定义一些任选项：如记录路径、时间戳等。这些选项很少被使用，同时并不是所有主机和路由器都支持这些选项。可选项字段的长度必须是32比特的整数倍，如果不足，必须填充0以达到此长度要求。　
　
　　2、TCP数据段格式　　
　　TCP是一种可靠的、面向连接的字节流服务。源主机在传送数据前需要先和目标主机建立连接。然后，在此连接上，被编号的数据段按序收发。同时，要求对每个数据段进行确认，保证了可靠性。如果在指定的时间内没有收到目标主机对所发数据段的确认，源主机将再次发送该数据段。　　
　　如图2-5所示，是TCP头部结构（RFC 793、1323）。

图2-5　 TCP头部结构　　
　　●源、目标端口号字段：占16比特。TCP协议通过使用"端口"来标识源端和目标端的应用进程。端口号可以使用0到65535之间的任何数字。在收到服务请求时，操作系统动态地为客户端的应用程序分配端口号。在服务器端，每种服务在"众所周知的端口"（Well-KnowPort）为用户提供服务。
　　●顺序号字段：占32比特。用来标识从TCP源端向TCP目标端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节。　　
　　●确认号字段：占32比特。只有ACK标志为1时，确认号字段才有效。它包含目标端所期望收到源端的下一个数据字节。　　
　　●头部长度字段：占4比特。给出头部占32比特的数目。没有任何选项字段的TCP头部长度为20字节；最多可以有60字节的TCP头部。　　
　　●标志位字段（U、A、P、R、S、F）：占6比特。各比特的含义如下：　　
　　◆URG：紧急指针（urgent pointer）有效。　　
　　◆ACK：确认序号有效。　　
　　◆PSH：接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。　　
　　◆RST：重建连接。　　
　　◆SYN：发起一个连接。　　
　　◆FIN：释放一个连接。　　
　　●窗口大小字段：占16比特。此字段用来进行流量控制。单位为字节数，这个值是本机期望一次接收的字节数。　　
　　●TCP校验和字段：占16比特。对整个TCP报文段，即TCP头部和TCP数据进行校验和计算，并由目标端进行验证。　　
　　●紧急指针字段：占16比特。它是一个偏移量，和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。　　
　　●选项字段：占32比特。可能包括"窗口扩大因子"、"时间戳"等选项。
　　
　　3、UDP数据段格式　　
　　UDP是一种不可靠的、无连接的数据报服务。源主机在传送数据前不需要和目标主机建立连接。数据被冠以源、目标端口号等UDP报头字段后直接发往目的主机。这时，每个数据段的可靠性依靠上层协议来保证。在传送数据较少、较小的情况下，UDP比TCP更加高效。　　
　　如图2-6所示，是UDP头部结构（RFC 793、1323）：

　　●源、目标端口号字段：占16比特。作用与TCP数据段中的端口号字段相同，用来标识源端和目标端的应用进程。　　
　　●长度字段：占16比特。标明UDP头部和UDP数据的总长度字节。　　
　　●校验和字段：占16比特。用来对UDP头部和UDP数据进行校验。和TCP不同的是，对UDP来说，此字段是可选项，而TCP数据段中的校验和字段是必须有的。　　

　　2.3　套接字　　
　　在每个TCP、UDP数据段中都包含源端口和目标端口字段。有时，我们把一个IP地址和一个端口号合称为一个套接字（Socket），而一个套接字对（Socket pair）可以唯一地确定互连网络中每个TCP连接的双方（客户IP地址、客户端口号、服务器IP地址、服务器端口号）。
　　
　　如图2-7所示，是常见的一些协议和它们对应的服务端口号。

图2-7　常见协议和对应的端口号
　　
　　需要注意的是，不同的应用层协议可能基于不同的传输层协议，如FTP、TELNET、SMTP协议基于可靠的TCP协议。TFTP、SNMP、RIP基于不可靠的UDP协议。　　
　　同时，有些应用层协议占用了两个不同的端口号，如FTP的20、21端口，SNMP的161、162端口。这些应用层协议在不同的端口提供不同的功能。如FTP的21端口用来侦听用户的连接请求，而20端口用来传送用户的文件数据。再如，SNMP的161端口用于SNMP管理进程获取SNMP代理的数据，而162端口用于SNMP代理主动向SNMP管理进程发送数据。　　
　　还有一些协议使用了传输层的不同协议提供的服务。如DNS协议同时使用了TCP 53端口和UDP 53端口。DNS协议在UDP的53端口提供域名解析服务，在TCP的53端口提供DNS区域文件传输服务。

　　2.4　TCP连接建立、释放时的握手过程　　
　　1、TCP建立连接的三次握手过程　　
　　TCP会话通过三次握手来初始化。三次握手的目标是使数据段的发送和接收同步。同时也向其他主机表明其一次可接收的数据量（窗口大小），并建立逻辑连接。这三次握手的过程可以简述如下：　　
（1）源主机发送一个同步标志位（SYN）置1的TCP数据段。此段中同时标明初始序号（Initial Sequence Number，ISN）。ISN是一个随时间变化的随机值。（客户端A发送SYN包（SYN=j）到服务器B，并进入SYN_SEND状态，等待服务器B确认。）　　
（2）目标主机发回确认数据段，此段中的同步标志位（SYN）同样被置1，且确认标志位（ACK）也置1，同时在确认序号字段表明目标主机期待收到源主机下一个数据段的序号（即表明前一个数据段已收到并且没有错误）。此外，此段中还包含目标主机的段初始序号。（服务器B收到SYN包，必须确认客户A的SYN（ACK=j+1），同时自己也发送一个SYN包（SYN=k），即SYN+ACK包，此时服务器B进入SYN_RECV状态。）　　
（3）源主机再回送一个数据段，同样带有递增的发送序号和确认序号。　　（客户端A收到服务器B的SYN＋ACK包，向服务器B发送确认包ACK（ACK=k+1），此包发送完毕，客户端A和服务器B进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。）
　　至此为止，TCP会话的三次握手完成。接下来，源主机和目标主机可以互相收发数据。整个过程可用图2-8表示。

　　2、TCP释放连接的四次握手过程

（1）客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送（报文段4）。

（2）服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1（报文段5）。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。

（3）服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A（报文段6）。

（4）客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1（报文段7）。

TCP采用四次挥手关闭连接如图2所

图2 TCP四次挥手关闭连接

TCP连接的释放：

虽然TCP连接是全双工的，但是为了理解TCP连接的释放过程，最好将TCP连接看成一对单工连接。每个单工连接放单独释放，两个单工连接相互独立。为了释放一个连接，任何一方都可以发送一个设置了FIN位的TCP数据段，这表示它已经没有数据要发送了。当FIN数据段被确认的时候，这个方向上就停止传送新数据。然而，另一个方向上可能还在继续无限制地传送数据。当两个方向都停止的时候，连接才被释放。通常情况下，为了释放一个连接，需要4个TCP数据段：每个方向上一个FIN和一个ACK。然而，第一个ACK和第二个FIN有可能被包含在同一个数据段中，从而将总数降低到3个。

如果在两倍最大分组生存期内FIN的应答没有到达的话，FIN的发送方就会直接释放连接。另一方最终也会注意到，好像对方已经不再监听该连接了，因而也会超时。虽然理论上不完美，但实际中很少出现问题。

TCP连接的

1．为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？

这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

2．为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？

这是因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因此对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。

来源： <http://blog.csdn.net/ysdaniel/article/details/6636687>

来源： <http://www.cnblogs.com/BlueTzar/articles/811160.html>

2MSL

MSL是MaximumSegment Lifetime英文的缩写，中文可以译为“报文最大生存时间”，他是任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。因为tcp报文（segment）是ip数据报（datagram）的数据部分，具体称谓请参见《数据在网络各层中的称呼》一文，而ip头中有一个TTL域，TTL是time to live的缩写，中文可以译为“生存时间”，这个生存时间是由源主机设置初始值但不是存的具体时间，而是存储了一个ip数据报可以经过的最大路由数，每经过一个处理他的路由器此值就减1，当此值为0则数据报将被丢弃，同时发送ICMP报文通知源主机。RFC 793中规定MSL为2分钟，实际应用中常用的是30秒，1分钟和2分钟等。

2MSL即两倍的MSL，TCP的TIME_WAIT状态也称为2MSL等待状态，当TCP的一端发起主动关闭，在发出最后一个ACK包后，即第3次握手完成后发送了第四次握手的ACK包后就进入了TIME_WAIT状态，必须在此状态上停留两倍的MSL时间，等待2MSL时间主要目的是怕最后一个ACK包对方没收到，那么对方在超时后将重发第三次握手的FIN包，主动关闭端接到重发的FIN包后可以再发一个ACK应答包。在TIME_WAIT状态时两端的端口不能使用，要等到2MSL时间结束才可继续使用。当连接处于2MSL等待阶段时任何迟到的报文段都将被丢弃。不过在实际应用中可以通过设置SO_REUSEADDR选项达到不必等待2MSL时间结束再使用此端口。

二、IP地址

1． A类IP地址

一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”，

地址范围从1.0.0.0到126.0.0.0。可用的A类网络有126个，每个网络能容纳1亿多个主机。

2． B类IP地址

一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，

地址范围从128.0.0.0到191.255.255.255。可用的B类网络有16382个，每个网络能容纳6万多个主机。

3． C类IP地址

一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。

范围从192.0.0.0到223.255.255.255。C类网络可达209万余个，每个网络能容纳254个主机。

4． D类地址用于多点广播（Multicast）。

D类IP地址第一个字节以“lll0”开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播（Multicast）中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。

5． E类IP地址

以“llll0”开始，为将来使用保留。

全零（“0．0．0．0”）地址对应于当前主机。全“1”的IP地址（“255．255．255．255”）是当前子网的广播地址。

在IP地址3种主要类型里，各保留了3个区域作为私有地址，其地址范围如下：

A类地址：10.0.0.0～10.255.255.255

B类地址：172.16.0.0～172.31.255.255

C类地址：192.168.0.0～192.168.255.255

A类地址的第一组数字为1～126。注意，数字0和 127不作为A类地址，数字127保留给内部回送函数，而数字0则表示该地址是本地宿主机，不能传送。

B类地址的第一组数字为128～191。

C类地址的第一组数字为192～223。

三、ARP协议

前言：ARP协议的作用：

1. 什么是ARP? 　　

ARP (Address Resolution Protocol) 是个地址解析协议。最直白的说法是：在IP以太网中，当一个上层协议要发包时，有了该节点的IP地址，ARP就能提供该节点的MAC地址。　

2为什么要有ARP？

OSI 模式把网络工作分为七层，彼此不直接打交道，只通过接口(layre interface). IP地址在第三层, MAC地址在第二层。

协议在发生数据包时，首先要封装第三层（IP地址）和第二层（MAC地址）的报头, 但协议只知道目的节点的IP地址，不知道其物理地址，又不能跨第二、三层，所以得用ARP的服务。

详细说明：

Ø 在网络通讯时，源主机的应用程序知道目的主机的IP地址和端口号，却不知道目的主机的硬件地址，而数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的，如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符，则直接丢弃。因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址。ARP协议就起到这个作用

Ø 当一台主机把以太网数据帧发送到位于同一局域网上的另一台主机时，是根据 48位的以太网地址来确定目的接口的，设备驱动程序从不检查 IP数据报中的目的IP地址。ARP（地址解析）模块的功能为这两种不同的地址形式提供映射：32位的 IP地址和 48位的以太网地址（也就是MAC地址）

一.ARP报文各字段含义：

ARP报文字段总共有28个字节

1.硬件类型：占2个字节，表明ARP实现在何种类型的网络上。

Ø 值为1：表示以太网。

2.协议类型：占2个字节表示要映射的协议地址类型。

Ø IP:0800

3.硬件地址长度：占1个字节，表示 MAC地址长度，其值为6个字节。

4.协议地址长度：占1个字节，表示IP地址长度，此处值4个字节

5.操作类型：占2个字节，表示ARP数据包类型。

Ø 值为1表示ARP请求。

Ø 值2表示ARP应答。

6.源MAC地址：占6个字节，表示发送端MAC地址

7.源IP地址:占4个字节，表示发送端IP地址

8.目的以太网地址：占6个字节，表示目标设备的MAC物理地址

9.目的IP地址：占4个字节，表示目标设备的IP地址.

注意：在ARP操作中，有效数据的长度为28个字节，不足以太网的最小长度46字节长度，需要填充字节，填充字节最小长度为18个字节

二.ARP请求分组或应答分组

以太网首部总共有14字节数据，arp请求报文总共有28字节。所以一个ARP请求分组或应答分组总共有46字节数据。

而以太网数据包的最小数据为60字节。所以，要对其进行填充。

这里有一些重复信息

1. 在以太网的数据帧报头中和ARP请求数据帧中都有发送端的MAC物理地址。

2. 在发送ARP请求时，以太网帧头中的目的MAC物理地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF,而在ARP帧中的目的MAC处此时为空。

3. 对一个ARP请求来说，除ARP中目的端MAC硬件地址外的所有其他的字段都有填充值。当系统收到一份目的端为本地的ARP请求报文后，它就把硬件地址填进去，然后用两个目的端地址分别替换两个发送端地址，并把操作字段置为2，最后发送出去。

三.ARP协议工作过程：

1. 原理：(ARP协议只使用于局域网中)

1> 在局域网中，网络中实际传输的是“帧”，帧里面是有目标主机的MAC地址的。

2> 在以太网中，一个主机要和另一个主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。但这个目标MAC地址是如何获得呢？它就是通过地址解析协议获得的。所谓“地址解析”就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。

3> ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。

4> 点对点的连接是不需要ARP协议的

2. 工作过程：

1> 当主机A向本局域网上的某个主机B发送IP数据报时，就先在自己的ARP缓冲表中查看有无主机B的IP地址。

2> 如果有，就可以查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入MAC帧，然后通过以太网将数据包发送到目的主机中。

3> 如果查不到主机B的IP地址的表项。可能是主机B才入网，也可能是主机A刚刚加电。其高速缓冲表还是空的。在这中情况下，主机A就自动运行ARP。

(1)ARP进程在本局域网上广播一个ARP请求分组。ARP请求分组的主要内容是表明：我的IP地址是192.168.0.2，我的硬件地址是00-00-C0-15-AD-18.我想知道IP地址为192.168.0.4的主机的硬件地址。

(2)在本局域网上的所有主机上运行的ARP进行都收到此ARP请求分组。

(3)主机B在ARP请求分组中见到自己的IP地址，就向主机A发送ARP响应分组，并写入自己的硬件地址。其余的所有主机都不理睬这个ARP请求分组。ARP响应分组的主要内容是表明：“我的IP地址是192.168.0.4,我的硬件地址是08-00-2B-00-EE-AA”,请注意：虽然ARP请求分组是广播发送的，但ARP响应分组是普通的单播，即从一个源地址发送到一个目的地址。

(4)主机A收到主机B的ARP响应分组后，就在其ARP高速缓冲表中写入主机B的IP地址到硬件地址的映射。

3. 事例说明：用ping说明ARP工作的原理

假设我们的计算机IP地址是192.168.1.1，要执行这个命令：ping192.168.1.2。该命令会通过ICMP协议发送ICMP(以太网控制报文协议)数据包

该过程需要经过下面的步骤：　　

1> 应用程序构造数据包，该示例是产生ICMP包，被提交给内核（网络驱动程序）；　　

2> 内核检查是否能够转化该IP地址为MAC地址，也就是在本地的ARP缓存中查看IP-MAC对应表;

3> 如果存在该IP-MAC对应关系，那么跳到步骤<7；

如果不存在该IP-MAC对应关系，那么接续下面的步骤;

4> 内核进行ARP广播，目的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，ARP命令类型为REQUEST（1），其中包含有自己的MAC地址；　　

5> 当192.168.1.2主机接收到该ARP请求后，就发送一个ARP的REPLY（2）命令，其中包含自己的MAC地址；　　

6> 本地获得192.168.1.2主机的IP-MAC地址对应关系，并保存到ARP缓存中；　　

7> 内核将把IP转化为MAC地址，然后封装在以太网头结构中，再把数据发送出去；　

4. 特殊情况：

ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。如果所要找的目标设备和源主机不在同一个局域网上。

1>此时主机A就无法解析出主机B的硬件地址（实际上主机A也不需要知道远程主机B的硬件地址）;

2>此时主机A需要的是将路由器R1的IP地址解析出来，然后将该IP数据报发送给路由器R1.

3>R1从路由表中找出下一跳路由器R2，同时使用ARP解析出R2的硬件地址。于是IP数据报按照路由器R2的硬件地址转发到路由器R2。

4>路由器R2在转发这个IP数据报时用类似方法解析出目的主机B的硬件地址，使IP数据报最终交付给主机B.

说明：

Ø 如果你的数据包是发送到不同网段的目的地，那么就一定存在一条网关的IP-MAC地址对应的记录。　　

Ø 知道了ARP协议的作用，就能够很清楚地知道，数据包的向外传输很依靠ARP协议，当然，也就是依赖ARP缓存。要知道，ARP协议的所有操作都是内核自动完成的，同其他的应用程序没有任何关系。同时需要注意的是，ARP协议只使用于本网络。

四.ARP缓冲表和TTL

1. ARP缓冲表

1> ARP协议的本质是完成网络地址到物理地址的映射。从概念上将就是找到一个映射方法f,使得“物理地址 = f(网络地址)“。物理地址有两种基本类型：以太网类型和令牌环网类型。网络地址特指IP地址，对映射方法的要求就是高效。具体到以太网，它使用的是动态绑定转换的方法。一般是设置ARP高速缓存，通过学习，老化，更新，溢出算法处理ARP映射表来解决这些问题。

Ø 学习指ARP收到任何指向本结点IP地址的ARP/IP包，从中提取出地址对，当ARP缓冲表中无对应项时，由ARP接收部分添加；

Ø 老化指为每项设置寿命域，以便代谢掉陈旧的地址映射项；

Ø 更新指ARP提取到新的地址对时，用其更新缓存里已有的对应项；

Ø 溢出算法指当缓存慢时，采取何种方法替代旧有的地址对。

2> ARP缓存表由状态，寿命，IP地址，MAC地址4个字段组成。状态字段指示地址对是否有效；寿命字段用于老化操作，初始存入最大值，以后由OS时间函数调用，每秒减1，直至为0清除；IP地址和MAC地址字段保存网络地址和物理地址的映射。围绕ARP缓存表，完成了4种操作：学习，老化，更新，表满处理。

3> 当ARP被询问一个已只IP地址节点的MAC地址时，先在ARPcache 查看

l 若存在，就直接返回MAC地址，

l 若不存在，才发送ARP request向局域网查询。

4> 当主机A向B发送数据报时，很可能以后不久主机B还要向A发送数据报，因而主机B可能要向A发送ARP请求分组。

所以，为了减少网络上的通信量，主机A在发送其ARP请求分组时，就将自己的IP地址到硬件地址的写入主机B自己的ARP高速缓冲表中。这对主机B以后向A发送数据报时就更方便了。

Tiger 说明：

任何事物都有两面性，如果掌握的好它就是天使，如果掌握的不好它就是Satan,ARP中的缓冲表为计算机之间的通信效率和减少网络通信量之间作出了巨大的贡献，但是它同时为我们上网时留下了安全隐患；例如交换机嗅探(在下面会有介绍)

2. ARP中的TTL（即上面所说的寿命域）

ARP将保存在高速缓冲表中的每一个映射地址表项都设置了TTL(生存时间)，只要TTL小于0的项目就从高速缓冲表中删除掉。

(ARP的超时值一般为20分钟，对不完整的表项设置为20分钟，而对不完整的表项设置为2分钟《不完整的表项：即在以太网上对一个不存在的主机发出ARP请求》，当这些表项再次使用时，这些实现一般都把超时值重新设为20分钟。)

好处：主机A和B通信。A的ARP高速缓冲表里保存有B的物理地址。但B的网卡突然坏了，B立即就更换了一块，因此B的硬件地址就改变了。A还要和B继续通信。A在其ARP缓冲表中查找到B原先的硬件地址，并使用该硬件地址向B发送数据帧。但B原先的硬件地址已经失效了。因此A无法找到主机B。但是过了一段时间，A的ARP高速缓冲表中已经删除了B原先的硬件地址（因为它的生存时间到了），于是A重新光播发送ARP请求分组，又找到了B。

六ARP其他方面

1.交换网络的嗅探

1>1.ARP协议并不只在发送了ARP请求才接收ARP应答

当计算机接收到ARP应答数据包的时候，就会对本地的ARP缓存进行更新，将应答中的IP和MAC地址存储在ARP缓存中。

因此，在上面的假设网络中，B向A发送一个自己伪造的ARP应答，而这个应答中的数据为发送方IP地址是192.168.10.3（C的IP地址），MAC地址是DD-DD-DD-DD-DD-DD（C的MAC地址本来应该是CC-CC-CC-CC-CC-CC，这里被伪造了）。当A接收到B伪造的ARP应答，就会更新本地的ARP缓存，将本地的IP-MAC对应表更换为接收到的数据格式，由于这一切都是A的系统内核自动完成的，A可不知道被伪造了。ARP欺骗的主要用途就是进行在交换网络中的嗅探。

2.IP地址冲突

1>如果网络中存在相同IP地址的主机时候，就会报告出IP地址冲突的警告。

2>如何产生？

Ø 比如某主机B规定IP地址为192.168.0.1，如果它处于开机状态，那么其他机器A更该IP地址为192.168.0.1就会造成IP地址冲突。

Ø 其原理是：主机A在连接网路（或更改IP地址）的时候就会向网络发送ARP包广播自己的IP地址，也就是free arp(免费ARP).如果网络中存在相同IP地址的主机B，那么B就会通过ARP来reply该地址，当A接收到这个reply后，A就会跳出IP地址冲突的警告，当然B也会有警告。因此用ARP欺骗可以来伪造这个ARPreply，从而使目标一直遭受IP地址冲突警告的困扰。

3.阻止目标的数据包通过网关

1>比如在一个局域网内通过网管上网，那么连接外部的计算机上的ARP缓存中就存在网管IP-MAC对应记录

2>如果，该记录被更改，那么该计算机向外发送的数据包总是发送到了错误的网关硬件地址上，这样，该计算机就不能上网了。

3>这里也主要是通过ARP欺骗进行的。有两种方法达到这样的目的：

Ø 向目标发送伪造的ARP应答数据包，其中发送方的IP地址为网管的地址，而MAC地址则为一个伪造的地址。当目标接收到ARP包，那么就更新自身的ARP缓存。如果该欺骗一直持续下去，那么目标的网管缓存一直是一个被伪造的错误记录。不过，如果使用arp –a,就知道问题所在了。

Ø 第二种方法是欺骗网管。向网管发送伪造的ARP应答数据包，其中发送方的IP地址为目标的IP地址，而MAC地址则为一个伪造的地址。这样，网管上的目标ARP记录就是一个错误的，网管发送给目标的数据报都是使用了错误的MAC地址。这种情况下，目标能够发送数据到网管，却不能接收到网管的任何数据。同时，目标自己查看arp –a却看不出任何问题来。

四、ICMP协议

　　ICMP是“Internet Control Message Protocol”的缩写，中文称“互联网控制消息协议”，是用于在 TCP/IP 网络中发送控制消息，提供可能发生在通信环境中的各种问题反馈，通过这些信息，令管理者可以对所发生的问题作出诊断，然后采取适当的措施去解决它。ICMP 依靠IP来完成它的任务，它是IP的主要部分。

ICMP概述

　　ICMP协议是一种面向连接的协议，用于传输出错报告控制信息。它是一个非常重要的协议，它对于网络安全具有极其重要的意义。

　　它是TCP/IP协议族的一个子协议,属于网络层协议,主要用于在主机与路由器之间传递控制信息,包括报告错误、交换受限控制和状态信息等。当遇到IP数据无法访问目标、IP路由器无法按当前的传输速率转发数据包等情况时，会自动发送ICMP消息ICMP提供一致易懂的出错报告信息。发送的出错报文返回到发送原数据的设备，因为只有发送设备才是出错报文的逻辑接受者。发送设备随后可根据ICMP报文确定发生错误的类型，并确定如何才能更好地重发失败的数据报。但是ICMP唯一的功能是报告问题而不是纠正错误，纠正错误的任务由发送方完成。

　　每个ICMP消息都是直接封装在一个IP数据报中的，因此，和UDP一样，ICMP是不可靠的。虽然ICMP是包含在IP数据报中的，但是对ICMP消息通常会特殊处理，会和一般IP数据报的处理不同，而不是作为IP的一个子协议来处理。在很多时候，需要去查看ICMP消息的内容，然后发送适当的错误消息到那个原来产生IP数据包的程序，即那个导致ICMP讯息被传送的IP数据包。

　　我们在网络中经常会使用到ICMP协议，比如我们经常使用的用于检查网络通不通的Ping命令（Linux和Windows中均有），这个“Ping”的过程实际上就是ICMP协议工作的过程。还有其他的网络命令如跟踪路由的Tracert命令也是基于ICMP协议的。

一.概述：

1. ICMP允许主机或路由报告差错情况和提供有关异常情况。ICMP是因特网的标准协议，但ICMP不是高层协议，而是IP层的协议。通常ICMP报文被IP层或更高层协议（TCP或UDP）使用。一些ICMP报文把差错报文返回给用户进程。

2. ICMP报文作为IP层数据报的数据，加上数据报的首部，组成数据报发送出去。

3. ICMP报文的种类有两种，即ICMP差错报告报文和ICMP询问报文。

二.ICMP报文的格式

1. 类型：占8位

2. 代码：占8位

3. 检验和：占16位

说明：ICMP所有报文的前4个字节都是一样的，但是剩下的其他字节则互不相同。

4. 其它字段都ICMP报文类型不同而不同。

1> ICMP报文的前4个字节是统一的格式，共有三个字段：即类型，代码和检验和。

2> 8位类型和8位代码字段一起决定了ICMP报文的类型。

类型8，代码0：表示回显请求(ping请求)。

类型0，代码0：表示回显应答(ping应答)

类型11，代码0：超时

3>16位的检验和字段：包括数据在内的整个ICMP数据包的检验和；其计算方法和IP头部检验和的计算方法一样的。

ICMP报文具体分为查询报文和差错报文(对ICMP差错报文有时需要做特殊处理，因此要对其进行区分。如：对ICMP差错报文进行响应时，永远不会生成另一份ICMP差错报文，否则会出现死循环)

三.ICMP差错报文(56字节)

1. ICMP差错报告报文共有5种

1> 终点不可达：终点不可达分为:网络不可达，主机不可达，协议不可达，端口不可达，需要分片但DF比特已置为1，以及源路由失败等六种情况，其代码字段分别置为0至5。当出现以上六种情况时就向源站发送终点不可达报文。

说明：

端口不可达：UDP的规则之一是：如果收到UDP数据报而且目的端口与某个正在使用的进程不相符，那么UDP返回一个ICMP不可达报文。

2> 源站抑制：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源站发送源站抑制报文，使源站知道应当将数据报的发送速率放慢。

3> 时间超过：当路由器收到生存时间为零的数据报时，除丢弃该数据报外，还要向源站发送时间超过报文。当目的站在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就将已收到的数据报片都丢弃，并向源站发送时间超过报文。

4> 参数问题：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向源站发送参数问题报文。

5> 改变路由（重定向）路由器将改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器。

说明:

以下几种情况都不会导致产生ICMP差错报文

1>ICMP差错报文（但是，ICMP查询报文可能会产生ICMP差错报文）

2>目的地址是广播地址或多播地址的IP数据报

3>作为链路层广播的数据报

4>不是IP分片的第一片

5>源地址不是单个主机的数据报。即源地址不能为零地址、环回地址、广播地址或多播地址。

这些规则是为了防止过去允许ICMP差错报文对广播分组响应所带来的广播风暴。

2.所有的ICMP差错报告报文中的数据字段都具有同样的格式。将收到的需要进行差错报告IP数据报的首部和数据字段的前8个字节提取出来，作为ICMP报文的数据字段。再加上响应的ICMP差错报告报文的前8个字节，就构成了ICMP差错报告报文。提取收到的数据报的数据字段的前8个字节是为了得到运输层的端口号（对于TCP和UDP）以及运输层报文的发送序号（对于TCP）。

注：一下情况不发送ICMP差错报告报文

三.ICMP询问报文（40字节）

1.ICMP询问报文有四种回送请求和回答，时间戳请求和回答，掩码地址请求和回答，以及路由器询问和通过。

1>ICMP回送请求报文是由主机或路由器向一个特定的目的主机发出的询问。收到此报文的机器必须给源主机发送ICMP回送应答报文。这种询问报文用来测试目的站是否可达以及了解其有关状态。

2>ICMP时间戳请求允许系统向另一个系统查询当前的时间。该ICMP报文的好处是它提供了毫秒级的分辨率，而利用其他方法从别的主机获取的时间只能提供秒级的分辨率。请求端填写发起时间，然后发送报文。应答系统收到请求报文时填写接收时间戳，在发送应答时填写发送时间戳。大多数的实现是把后面两个字段都设成相同的值。

3>主机使用ICMP地址掩码请求报文可向子网掩码服务器得到某个接口的地址掩码。系统广播它的ICMP请求报文。ICMP报文中的标识符和序列号字段由发送端任意选择设定，这些值在应答中将被返回，这样，发送端就可以把应答与请求进行匹配。

4>主机使用ICMP路由器询问和通过报文可了解连接在本网络上的路由器是否正常工作。主机将路由器询问报文进行广播（或多播）。收到询问报文的一个或几个路由器就使用路由器通过报文广播其路由选择信息

四.Ping程序

1.概述

1>Ping程序是为了测试另一台主机是否可达。该程序发送一份ICMP回显请求报文给主机，并等待返回ICMP回显应答。

2>Ping程序还能测出到这台主机的往返时间，以表明该主机离我们有多远。

2.我们将发送回显请求的ping程序为客户，而称被ping的主机为服务器。

3.ICMP回显请求和回显应答报文格式：

1>Unix系统在实现ping程序时把ICMP报文中的标识符字段置成发送进程的ID号。这样即使在同一台主机上同时运行了多个ping程序实例，ping程序也可以识别出返回的信息。

2>序列号从0开始，每发送一次新的回显请求就加1。ping程序打印出返回的每个分组的序列号，允许我们查看是否有分组丢失，失序或重复。.

3>ping程序通过在ICMP报文中存放发送请求的时间值来计算往返时间。当应答返回时，用当前时间减去存放在ICMP报文中的时间值，即是往返时间。

4>当返回ICMP回显应答时，要打印出序列号和TTL，并计算往返时间。TTL位于IP首部的生存时间字段。ping程序通过在ICMP报文数据段中存放发送请求的时间值来计算往返时间。当应答返回时，用当前时间减去存放在ICMP报文中的时间值，即是往返时间。

五、IP分片

在TCP/IP分层中，数据链路层用MTU（Maximum Transmission Unit，最大传输单元）来限制所能传输的数据包大小，MTU是指一次传送的数据最大长度，不包括数据链路层数据帧的帧头，如以太网的MTU为1500字节，实际上数据帧的最大长度为1512字节，其中以太网数据帧的帧头为12字节。

当发送的IP数据报的大小超过了MTU时，IP层就需要对数据进行分片，否则数据将无法发送成功。

IP分片的实现

IP分片发生在IP层，不仅源端主机会进行分片，中间的路由器也有可能分片，因为不同的网络的MTU是不一样的，如果传输路径上的某个网络的MTU比源端网络的MTU要小，路由器就可能对IP数据报再次进行分片。而分片数据的重组只会发生在目的端的IP层。

在IP首部有4个字节是用于分片的，如下图所示。前16位是IP数据报的标识，同一个数据报的各个分片的标识是一样的，目的端会根据这个标识来判断IP分片是否属于同一个IP数据报。中间3位是标志位，其中有1位用来表示是否有更多的分片，如果是最后一个分片，该标志位为0，否则为1。后面13位表示分片在原始数据的偏移，这里的原始数据是IP层收到的传输的TCP或UDP数据，不包含IP首部。

需要注意的，在分片的数据中，传输层的首部只会出现在第一个分片中，如下图所示。因为传输层的数据格式对IP层是透明的，传输层的首部只有在传输层才会有它的作用，IP层不知道也不需要保证在每个分片中都有传输层首部。所以，在网络上传输的数据包是有可能没有传输层首部的。

避免IP分片

在网络编程中，我们要避免出现IP分片，那么为什么要避免呢？原因是IP层是没有超时重传机制的，如果IP层对一个数据包进行了分片，只要有一个分片丢失了，只能依赖于传输层进行重传，结果是所有的分片都要重传一遍，这个代价有点大。由此可见，IP分片会大大降低传输层传送数据的成功率，所以我们要避免IP分片。

对于UDP包，我们需要在应用层去限制每个包的大小，一般不要超过1472字节，即

以太网MTU（1500）—UDP首部（8）—IP首部（20）。

对于TCP数据，应用层就不需要考虑这个问题了，因为传输层已经帮我们做了。在建立连接的三次握手的过程中，连接双方会相互通告MSS（Maximum Segment Size，最大报文段长度），

MSS一般是MTU—IP首部（20）—TCP首部（20），

每次发送的TCP数据都不会超过双方MSS的最小值，所以就保证了IP数据报不会超过MTU，避免了IP分片。

来源： <http://www.cnblogs.com/glacierh/p/3653442.html>

六、单播、广播和组播

单播、多播和广播单播”（Unicast）、“多播”（Multicast）和“广播”（Broadcast）这三个术语都是用来描述网络节点之间通讯方式的术语。那么这些术语究竟是什么意思？区别何在？
1.单播：网络节点之间的通信就好像是人们之间的对话一样。如果一个人对另外一个人说话，那么用网络技术的术语来描述就是“单播”，此时信息的接收和传递只在两个节点之间进行。单播在网络中得到了广泛的应用，网络上绝大部分的数据都是以单播的形式传输的，只是一般网络用户不知道而已。例如，你在收发电子邮件、浏览网页时，必须与邮件服务器、Web服务器建立连接，此时使用的就是单播数据传输方式。但是通常使用“点对点通信”（Point to Point）代替“单播”，因为“单播”一般与“多播”和“广播”相对应使用。

单播的优点：

1）服务器及时响应客户机的请求

2）服务器针对每个客户不通的请求发送不通的数据，容易实现个性化服务。

单播的缺点：

1）服务器针对每个客户机发送数据流，服务器流量＝客户机数量×客户机流量；在客户数量大、每个客户机流量大的流媒体应用中服务器不堪重负。

2）现有的网络带宽是金字塔结构，城际省际主干带宽仅仅相当于其所有用户带宽之和的5％。如果全部使用单播协议，将造成网络主干不堪重负。现在的P2P应用就已经使主干经常阻塞。而将主干扩展20倍几乎是不可能。

2.多播：“多播”也可以称为“组播”，在网络技术的应用并不是很多，网上视频会议、网上视频点播特别适合采用多播方式。因为如果采用单播方式，逐个节点传输，有多少个目标节点，就会有多少次传送过程，这种方式显然效率极低，是不可取的；如果采用不区分目标、全部发送的广播方式，虽然一次可以传送完数据，但是显然达不到区分特定数据接收对象的目的。采用多播方式，既可以实现一次传送所有目标节点的数据，也可以达到只对特定对象传送数据的目的。　　IP网络的多播一般通过多播IP地址来实现。多播IP地址就是D类IP地址，即224.0.0.0至239.255.255.255之间的IP地址。Windows 2000中的DHCP管理器支持多播IP地址的自动分配。

组播的优点：

1）需要相同数据流的客户端加入相同的组共享一条数据流，节省了服务器的负载。具备广播所具备的优点。

2）由于组播协议是根据接受者的需要对数据流进行复制转发，所以服务端的服务总带宽不受客户接入端带宽的限制。IP协议允许有2亿6千多万个组播，所以其提供的服务可以非常丰富。

3）此协议和单播协议一样允许在Internet宽带网上传输。

组播的缺点：

1）与单播协议相比没有纠错机制，发生丢包错包后难以弥补，但可以通过一定的容错机制和QOS加以弥补。

2）现行网络虽然都支持组播的传输，但在客户认证、QOS等方面还需要完善，这些缺点在理论上都有成熟的解决方案，只是需要逐步推广应用到现存网络当中。

3.广播：“广播”在网络中的应用较多，如客户机通过DHCP自动获得IP地址的过程就是通过广播来实现的。但是同单播和多播相比，广播几乎占用了子网内网络的所有带宽。拿开会打一个比方吧，在会场上只能有一个人发言，想象一下如果所有的人同时都用麦克风发言，那会场上就会乱成一锅粥。集线器由于其工作原理决定了不可能过滤广播风暴，一般的交换机也没有这一功能，不过现在有的网络交换机（如全向的QS系列交换机）也有过滤广播风暴功能了，路由器本身就有隔离广播风暴的作用。　　广播风暴不能完全杜绝，但是只能在同一子网内传播，就好像喇叭的声音只能在同一会场内传播一样，因此在由几百台甚至上千台电脑构成的大中型局域网中，一般进行子网划分，就像将一个大厅用墙壁隔离成许多小厅一样，以达到隔离广播风暴的目的。

　　在IP网络中，广播地址用IP地址“255.255.255.255”来表示，这个IP地址代表同一子网内所有的IP地址。

广播的优点：
1）网络设备简单，维护简单，布网成本低廉
2）由于服务器不用向每个客户机单独发送数据，所以服务器流量负载极低。

广播的缺点：
1）无法针对每个客户的要求和时间及时提供个性化服务。
2）网络允许服务器提供数据的带宽有限，客户端的最大带宽＝服务总带宽。例如有线电视的客户端的线路支持100个频道（如果采用数字压缩技术，理论上可以提供500个频道），即使服务商有更大的财力配置更多的发送设备、改成光纤主干，也无法超过此极限。也就是说无法向众多客户提供更多样化、更加个性化的服务。
3）广播禁止允许在Internet宽带网上传输。

来源： <http://www.cnblogs.com/rogerroddick/archive/2009/08/31/1557228.html>

四种I P广播地址

　　受限的广播地址

　　受限的广播地址是255.255.255.255。该地址用于主机配置过程中IP数据报的目的地址，此时，主机可能还不知道它所在网络的网络掩码，甚至连它的IP地址也不知道。在任何情况下，路由器都不转发目的地址为受限的广播地址的数据报，这样的数据报仅出现在本地网络中。

　　指向网络的广播

　　指向网络的广播地址是主机号为全1的地址。A类网络广播地址为netid.255.255.255，其中netid为A类网络的网络号。一个路由器必须转发指向网络的广播，但它也必须有一个不进行转发的选择。

　　指向子网的广播

　　指向子网的广播地址为主机号为全1且有特定子网号的地址。作为子网直接广播地址的IP地址需要了解子网的掩码。例如，如果路由器收到发往128.1.2.255的数据报，当B类网络128.1的子网掩码为255.255.255.0时，该地址就是指向子网的广播地址；但如果该子网的掩码为255.255.254.0，该地址就不是指向子网的广播地址。

　　指向所有子网的广播　　

指向所有子网的广播也需要了解目的网络的子网掩码，以便与指向网络的广播地址区分开。指向所有子网的广播地址的子网号及主机号为全1。例如，如果目的子网掩码为255.255.255.0，那么IP地址128.1.255.255是一个指向所有子网的广播地址。然而，如果网络没有划分子网，这就是一个指向网络的广播。

来源： <http://blog.sina.com.cn/s/blog_9f488855010183oy.html>

七、IGMP协议

IGMP是Internet组管理协议，它支持主机和路由器进行多播。它让一个物理网络上的所有系统知道主机当前所在的多播组。多播路由器需要这些信息以便知道多播数据报应该向哪些接口转发。和ICMP一样，IGMP也被当作IP层的一部分。IGMP报文通过IP数据报进行传输，有固定的报文长度，没有可选数据。下图显示了IGMP报文如何封装在IP数据报中，IGMP报文通过IP首部中协议字段值为2来指明：

*******************************************************************************************
IGMP报文
下图显示了长度为8字节的IGMP报文格式：

（1）IGMP类型为1说明是由多播路由器发出的查询报文，类型为2说明是主机发出的报告报文；
（2）校验和的计算和ICMP相同；
（3）组地址为D类地址，查询报文中设置为0，报告报文中为参加的组地址。

*******************************************************************************************
IGMP协议
==========================================================
加入一个多播组
    多播的基础就是一个进程的概念，该进程在一个主机的给定接口上加入了一个多播组。在一个给定接口上的多播组中的成员是动态的---它随时因进程加入和离开多播组而变化。
    这里所指的进程必须以某种方式在给定的接口上加入某个多播组。进程也能离开先前加入的多播组。这些是一个支持多播主机中任何API所必须的部分。使用限定词"接口"是因为多播组中的成员是与接口相关联的。
    这里暗示一个主机通过组地址和接口来识别一个多播组。主机必须保留一个表，此表中包含所有至少含有一个进程的多播组以及多播组中的进程数量。
==========================================================
IGMP报告和查询
    多播路由器使用IGMP报文来记录与该路由器相连网络中组员的变化情况。使用规则如下：
（1）当第一个进程加入一个组时，主机就发送一个IGMP报告。如果一个主机有多个进程加入多播组，只发送一个IGMP报告。这个报告被发送到进程加入组所在的同一接口上；
（2）进程离开一个组的时候，主机不发送IGMP报文。主机知道在确定的组中已不再有组成员后，在随后收到的IGMP查询中不再发送报告报文；
（3）多播路由器定时发送IGMP查询来了解是否还有任何主机包含属于多播组的进程。多播路由器必须向每个接口发送一个IGMP查询。因为路由器希望主机对它加入的每个多播组均发回一个报告，因此IGMP查询报文中的组地址被设置为0；
（4）主机通过发送IGMP报告来响应一个IGMP查询，对每个至少还包含一个进程的组均要发回IGMP报文。
    使用这些查询和报告报文，多播路由器对每个接口保持一个表，表中记录接口上至少还包含一个主机的多播组。当路由器收到要转发的多播数据报时，它只将该数据报转发到还拥有属于那个组主机的接口上。
-------------------------------------------
    下面显示了两个IGMP报文，一个是主机发送的报文，另一个是路由器发送的查询。该路由器正在要求那个接口上的每个主机说明它加入的每个多播组

===========================================================
实现细节
（1）当一个主机加入多播组时，并不保证它发送的第一个IGMP报告能被可靠的接收。下一个报告将在间隔一段时间后发送。这个时间间隔由主机在0～10s的范围内随机选择；
（2）当一个主机收到一个从路由器发出的查询后，并不立即响应，而是经过一定的时间间隔后才发出一些响应。因为报告中的目的地址是组地址，所以在一个物理网络中的所有主机将收到同组其它主机发送的所有报告。这意味着如果一个主机在等待发送报告的过程中，却收到了发自其他主机相同的报告，则该主机响应可以不必发送。因为多播路由器并不关心有多少主机属于该组，而只关心该组是否还至少拥有一个主机。
===========================================================
生存时间字段
IGMP报告和查询的TTL均设置为1，这涉及到IP首部中的TTL字段。一个初始TTL为0的多播数据报将被限制在同一主机中。默认情况下，待传多播数据报的TTL被设置为1，这将使多播数据报仅局限在同一子网内传送。更大的TTL值能被多播路由器转发。
===========================================================
所有主机组
224.0.0.1被称为所有主机组地址。它涉及一个物理网络中的所有具备多播能力的主机和路由器。当接口初始化后，所有具备多播能力接口上的主机均自动加入这个多播组。这个组的成员无需发送IGMP报告。

来源： <http://blog.sina.com.cn/s/blog_ac9fdc0b0101pwlu.html>

八、TCP的瓣关闭

终止一个连接要经过4次握手。这由TCP的半关闭（half-close）造成的。既然一个TCP连接是全双工（即数据在两个方向上能同时传递，可理解为两个方向相反的独立通道），因此每个方向必须单独地进行关闭。

这原则就是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向连接。当一端收到一个FIN，内核让read返回0来通知应用层另一端已经终止了向本端的数据传送。发送FIN通常是应用层对socket进行关闭的结果。

例如：TCP客户端发送一个FIN，用来关闭从客户到服务器的数据传送。

半关闭对服务器究竟有什么影响呢？先看看下面的TCP状态转化图

tcp状态装换图

客户端主动关闭时，发出FIN包，收到服务器的ACK，客户端停留在FIN_WAIT2状态。而服务端收到FIN，发出ACK后，停留在COLSE_WAIT状态。

这个CLOSE_WAIT状态非常讨厌，它持续的时间非常长，服务器端如果积攒大量的COLSE_WAIT状态的socket，有可能将服务器资源耗尽，进而无法提供服务。

那么，服务器上是怎么产生大量的失去控制的COLSE_WAIT状态的socket呢？我们来追踪一下。

一个很浅显的原因是，服务器没有继续发FIN包给客户端。

服务器为什么不发FIN，可能是业务实现上的需要，现在不是发送FIN的时机，因为服务器还有数据要发往客户端，发送完了自然就要通过系统调用发FIN了，这个场景并不是上面我们提到的持续的COLSE_WAIT状态，这个在受控范围之内。

那么究竟是什么原因呢，咱们引入两个系统调用close(sockfd)和shutdown(sockfd,how)接着往下分析。

在这儿，需要明确的一个概念---- 一个进程打开一个socket，然后此进程再派生子进程的时候，此socket的sockfd会被继承。socket是系统级的对象，现在的结果是，此socket被两个进程打开，此socket的引用计数会变成2。

继续说上述两个系统调用对socket的关闭情况。

调用close(sockfd)时，内核检查此fd对应的socket上的引用计数。如果引用计数大于1，那么将这个引用计数减1，然后返回。如果引用计数等于1，那么内核会真正通过发FIN来关闭TCP连接。

调用shutdown(sockfd，SHUT_RDWR)时,内核不会检查此fd对应的socket上的引用计数，直接通过发FIN来关闭TCP连接。

现在应该真相大白了，可能是服务器的实现有点问题，父进程打开了socket，然后用派生子进程来处理业务，父进程继续对网络请求进行监听，永远不会终止。客户端发FIN过来的时候，处理业务的子进程的read返回0，子进程发现对端已经关闭了，直接调用close()对本端进行关闭。实际上，仅仅使socket的引用计数减1，socket并没关闭。从而导致系统中又多了一个CLOSE_WAIT的socket。。。

如何避免这样的情况发生？

子进程的关闭处理应该是这样的：

shutdown(sockfd,SHUT_RDWR);

close(sockfd);

这样处理，服务器的FIN会被发出，socket进入LAST_ACK状态，等待最后的ACK到来，就能进入初始状态CLOSED。

补充一下shutdown()的函数说明

linux系统下使用shutdown系统调用来控制socket的关闭方式

int shutdown(intsockfd,int how);

参数 how允许为shutdown操作选择以下几种方式：

SHUT_RD：关闭连接的读端。也就是该套接字不再接受数据，任何当前在套接字接受缓冲区的数据将被丢弃。进程将不能对该套接字发出任何读操作。对TCP套接字该调用之后接受到的任何数据将被确认然后被丢弃。

SHUT_WR:关闭连接的写端。

SHUT_RDWR:相当于调用shutdown两次：首先是以SHUT_RD,然后以SHUT_WR

注意:

在多进程中如果一个进程中shutdown(sfd, SHUT_RDWR)后其它的进程将无法进行通信. 如果一个进程close(sfd)将不会影响到其它进程.

来源： <http://cache.baiducontent.com/c?m=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&p=86769a47938659f307bd9b7e0e1092&newp=816dc64ad49657b708e2947d0b55c6231610db2151d4d6132ac28b&user=baidu&fm=sc&query=%D6%D5%D6%B9%D2%BB%B8%F6%C1%AC%BD%D3%D2%AA%BE%AD%B9%FD4%B4%CE%CE%D5%CA%D6%A1%A3%D5%E2%D3%C9TCP%B5%C4%B0%EB%B9%D8%B1%D5%28half%2Dclose%29%D4%EC%B3%C9%B5%C4%A1%A3%BC%C8%C8%BB%D2%BB%B8%F6TCP%C1%AC%BD%D3%CA%C7%C8%AB%CB%AB%B9%A4%28%BC%B4%CA%FD%BE%DD%D4%DA%C1%&qid=c9f742570000e749&p1=1>

同时打开和同时关闭状态的报文段情况

尽管很难，但仍有可能产生一个同时打开的连接。两端必须几乎在同时启动，以便收到彼此的S Y N。只要两端有较长的往返时间就能保证这一点。

tcp/ip协议知识详解相关推荐

【1】TCP/IP协议族详解-概述
声明:本博客参考<TCP/IP详解卷一:协议> 1.背景介绍 TCP/IP起源于6 0年代末美国政府资助的一个分组交换网络研究项目,到 9 0年代已发展成为计算机之间最常应用的组网形式.它 ...
【4】TCP/IP协议族详解-ARP协议和RARP协议
声明:本博客参考<TCP/IP协议详解卷一:协议> 1.概述在以太网中一台主机将数据帧从一台主机发送到另一台主机时,是根据48bit的以太网地址确定目的接口的.设备驱动程序从不检查IP数 ...
TCP/IP协议模型详解六数据传输过程
2.4.数据传输流程 2.4.1.发送方当我们在window系统或unix系统中使用应用程序发送一个"你好"文本数据时,是怎样传输出去并让对方接收的的? 1.在传输层,将&quo ...
TCP/IP协议族详解（TCP/IP四层模型、OSI七层模型）
前些天发现了一个巨牛的人工智能学习网站,通俗易懂,风趣幽默,忍不住分享一下给大家.点击跳转到教程. TCP/IP协议族(TCP/IP Protocol Suite,或TCP/IP Protocols) ...
TCP/IP协议族详解
目录网络层 1.IP协议 1.1.IP地址 1.2.IP协议头 2.ARP及RARP协议 3.ICMP协议传输层 1.TCP和UDP协议 2.TCP和UDP协议的一些应用 3.TCP"三 ...
TCP/IP协议——ARP详解
本文主要讲述了ARP的作用.ARP分组格式.ARP高速缓存.免费ARP和代理ARP. 1.学习ARP前要了解的内容建立TCP连接与ARP的关系应用接受用户提交的数据,触发TCP建立连接,TCP的第 ...
【转】TCP/IP协议——ARP详解
本文主要讲述了ARP的作用.ARP分组格式.ARP高速缓存.免费ARP和代理ARP. 1.学习ARP前要了解的内容建立TCP连接与ARP的关系应用接受用户提交的数据,触发TCP建立连接,TCP的第 ...
TCP/IP协议模型详解四ICMP、ICMPv6
2.3.2.ICMP(Internet控制管理协议) ICMP(Internet Control Message Protocol,因特网控制消息协议)是一种管理协议,为IP提供消息收发服务,以IP数 ...
TCP/IP协议模型详解
TCP 转载于:https://www.cnblogs.com/aftree/p/9380298.html

tcp/ip协议知识详解

tcp/ip协议知识详解相关推荐

最新文章

热门文章