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1、TCP/IP 通信协议 发表评论（9） 作者：胡海涛 发布时间：2009年7月22 日 TCP/IP协议介绍 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
2、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、网络层、传输层、 会话层、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
3、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
4、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
5、说，使用了该选项的IP包好像是 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
6、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（网络 时间协议）和DNS（DNS也使用TCP）。
7、 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
8、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
9、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。相信大家都听说过TCP/IP这个词，这个词好像无处不在，时时都会在你面前跳出来。 那TCP/IP到底是什么意思呢？TCP/IP其实是两个网络基础协议：IP协议、TCP协议名称的组合。下面我们分别来 看看这两个无处不在的协议。IP协议IP（Internet Protocol）协议的英文名直译就是：因特网协议。从这个名称我 们就可以知道IP协议的重要性。在现实生活中，我们进行货物运输时都是把货物包装成 一个个的纸箱或者是集装箱之后才进行运
10、输，在网络世界中各种信息也是通过类似的方式 进行传输的。IP协议规定了数据传输时的基本单元和格式。如果比作货物运输，IP协议 规定了货物打包时的包装箱尺寸和包装的程序。 除了这些以外，IP协议还定义了数据包 的递交办法和路由选择。同样用货物运输做比喻，IP协议规定了货物的运输方法和运输 路线。 TCP协议我们已经知道了IP协议很重要，IP协议已经规定了数据传输的主要内容，那 TCP（Transmission Control Protocol）协议是做什么的呢？不知大家发现没有，在IP 协议中定义的传输是单向的，也就是说发出去的货物对方有没有收到我们是不知道的。就 好像8毛钱一份的平信一样。那对
11、于重要的信件我们要寄挂号信怎么办呢？TCP协议就是 帮我们寄“挂号信”的。TCP协议提供了可靠的面向对象的数据流传输服务的规则和约定。 简单的说在TCP模式中，对方发一个数据包给你，你要发一个确认数据包给对方。通过这 种确认来提供可靠性。TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写，中文译名为 传输控制协议/互联网络协议）协议是Internet最基本的协议，简单地说，就是由底层的 IP协议和TCP协议组成的。TCP/IP协议的开发工作始于70年代，是用于互联网的第一套 协议。 1.1 TCP/IP参考模型 TCP/IP协议的
12、开发研制人员将Internet分为五个层次，以便于理解，它也称为互联 网分层模型或互联网分层参考模型，如下表： 应用层（第五层） 传输层（第四层） 互联网层（第三层） 网络接口层（第二层） 物理层（第一层） 物理层：对应于网络的基本硬件，这也是Internet物理构成，即我们可以看得 见的硬设备，如PC机、互连网服务器、网络设备等，必须对这些硬设备的电气特性作一 个规范，使这些设备都能够互相连接并兼容使用。 网络接口层：它定义了将资料组成正确帧的规程和在网络中传输帧的规程，帧是 指一串资料，它是资料在网络中传输的单位。 互联网层：本层定义了互联网中传输的“信息包”格式，以及从一个用户通过一 个
13、或多个路由器到最终目标的“信息包“转发机制。传输层：为两个用户进程之间建立、管理和拆除可靠而又有效的端到端连接。 应用层：它定义了应用程序使用互联网的规程。 1. 2 网间协议IP Internet 上使用的一个关键的底层协议是网际协议，通常称IP协议。我们利 用一个共同遵守的通信协议，从而使 Internet 成为一个允许连接不同类型的计算机和不 同操作系统的网络。要使两台计算机彼此之间进行通信，必须使两台计算机使用同一种“ 语言“。通信协议正像两台计算机交换信息所使用的共同语言，它规定了通信双方在通信 中所应共同遵守的约定。 计算机的通信协议精确地定义了计算机在彼此通信过程的所有细节。例如
14、，每台计算机发送的信息格式和含义，在什么情况下应发送规定的特殊信息，以及接收方的计算机应 做出哪些应答等等。 网际协议IP协议提供了能适应各种各样网络硬件的灵活性，对底层网络硬件几乎没 有任何要求，任何一个网络只要可以从一个地点向另一个地点传送二进制数据，就可以使 用IP协议加入 Internet 了。 如果希望能在 Internet 上进行交流和通信，则每台连上 Internet 的计算机都必须 遵守IP协议。为此使用 Internet 的每台计算机都必须运行IP软件，以便时刻准备发送 或接收信息。 IP协议对于网络通信有着重要的意义：网络中的计算机通过安装IP软件，使许许多 多的局域网络构
15、成了一个庞大而又严密的通信系统。从而使 Internet 看起来好像是真实 存在的，但实际上它是一种并不存在的虚拟网络，只不过是利用IP协议把全世界上所有 愿意接入 Internet 的计算机局域网络连接起来，使得它们彼此之间都能够通信。 1.3 传输控制协议TCP 尽管计算机通过安装IP软件，从而保证了计算机之间可以发送和接收资料，但IP协 议还不能解决资料分组在传输过程中可能出现的问题。因此，若要解决可能出现的问题， 连上 Internet 的计算机还需要安装TCP协议来提供可靠的并且无差错的通信服务。 TCP协议被称作一种端对端协议。这是因为它为两台计算机之间的连接起了重要作用： 当一台
16、计算机需要与另一台远程计算机连接时，TCP协议会让它们建立一个连接、发送和 接收资料以及终止连接。 传输控制协议TCP协议利用重发技术和拥塞控制机制，向应用程序提供可靠的通信连 接，使它能够自动适应网上的各种变化。即使在 Internet 暂时出现堵塞的情况下，TCP 也能够保证通信的可靠。 众所周知， Internet 是一个庞大的国际性网络，网络上的拥挤和空闲时间总是交替 不定的，加上传送的距离也远近不同，所以传输资料所用时间也会变化不定。TCP协议具 有自动调整“超时值“的功能，能很好地适应 Internet 上各种各样的变化，确保传输数值 的正确。 因此，从上面我们可以了解到：IP协议只保证计算机能发送和接收分组资料，而TCP 协议则可提供一个可靠的、可流控的、全双工的信息流传输服务。 综上所述，虽然IP和TCP这两个协议的功能不尽相同，也可以分开单独使用， 但它们是在同一时期作为一个协议来设计的，并且在功能上也是互补的。只有两者的结合， 才能保证 Internet 在复杂的环境下正常运行。凡是要连接到 Interne
