1.這篇文章不是本人原創(chuàng)的骗奖，只是個(gè)人為了對(duì)這部分知識(shí)做一個(gè)整理和系統(tǒng)的輸出而編輯成的熔吗，在此鄭重地向本文所引用文章的真正作者-----CSDN 博客-Goodboy1881先生致以我崇高的敬意和十二分的感謝
2.轉(zhuǎn)載聲明：本文雖然不是本人100%原創(chuàng)镇饺，但也是辛辛苦苦整理的匙睹，可以轉(zhuǎn)載异剥，但請(qǐng)注明出處
個(gè)人認(rèn)為瑟由，Goodboy1881先生的TCP /IP 協(xié)議詳解學(xué)習(xí)博客系列博客是一部非常精彩的學(xué)習(xí)筆記，這雖然只是他個(gè)人的筆記冤寿，而且歹苦，很遺憾的是這個(gè)系列的博客并沒有更新完，但是這個(gè)系列的博客對(duì)我們這些讀者具有非常大的啟迪作用督怜。
我想殴瘦，這一系列的博客對(duì)于我們這些讀者更大的意義在于：這可以當(dāng)作我們?nèi)ラ喿x、學(xué)習(xí)《TCP/IP協(xié)議詳解》這一本經(jīng)典的提綱吧号杠！
首先蚪腋，TCP/IP不是一個(gè)協(xié)議，而是一個(gè)協(xié)議族的統(tǒng)稱姨蟋。
里面包括了IP協(xié)議屉凯，IMCP協(xié)議，TCP協(xié)議眼溶，以及http悠砚、ftp、pop3協(xié)議等等偷仿。
TCP/IP協(xié)議分層
提到協(xié)議分層哩簿，我們很容易聯(lián)想到ISO-OSI的七層協(xié)議經(jīng)典架構(gòu)宵蕉，但是TCP/IP協(xié)議族的結(jié)構(gòu)則稍有不同。如圖所示
TCP/IP協(xié)議族按照層次由上到下节榜，層層包裝羡玛。
第一層就是應(yīng)用層，這里面有http宗苍，ftp,等等我們熟悉的協(xié)議稼稿。
第二層是傳輸層，著名的TCP和UDP協(xié)議就在這個(gè)層次讳窟。
第三層是網(wǎng)絡(luò)層让歼，IP協(xié)議就在這里，它負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)加上IP地址和其他的數(shù)據(jù)以確定傳輸?shù)哪繕?biāo)丽啡。
第四層是數(shù)據(jù)鏈路層谋右，這個(gè)層次為待傳送的數(shù)據(jù)加入一個(gè)以太網(wǎng)協(xié)議頭，并進(jìn)行CRC編碼补箍，為最后的數(shù)據(jù)傳輸做準(zhǔn)備改执。
再往下則是硬件層次，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的傳輸坑雅，這個(gè)層次的定義包括網(wǎng)線的制式辈挂，網(wǎng)卡的定義等等，故有些書并不將這個(gè)層次放在TCP/IP協(xié)議族里面裹粤，因?yàn)樗鼛缀鹾蚑CP/IP協(xié)議的編寫者沒有任何的關(guān)系终蒂。發(fā)送協(xié)議的主機(jī)從上自下將數(shù)據(jù)按照協(xié)議封裝，而接收數(shù)據(jù)的主機(jī)則按照協(xié)議從得到的數(shù)據(jù)包解開遥诉，最后拿到需要的數(shù)據(jù)拇泣。這種結(jié)構(gòu)非常有棧的味道，故某些文章亦將TCP/IP協(xié)議族稱為TCP/IP協(xié)議棧突那。
一些基本的常識(shí)
在學(xué)習(xí)協(xié)議之前挫酿，我們應(yīng)該具備一些如下的基本知識(shí)。
互聯(lián)網(wǎng)地址(IP地址)
網(wǎng)絡(luò)上每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須有一個(gè)獨(dú)立的Internet地址（也叫做IP地址）愕难。
現(xiàn)在，通常使用的IP地址是一個(gè)32bit的數(shù)字惫霸，也就是我們常說的IPv4標(biāo)準(zhǔn)葫督，這32bit的數(shù)字分成四組永票，也就是常見的255.255.255.255的樣式。
IPv4標(biāo)準(zhǔn)上，地址被分為五類躲庄，我們常用的是B類地址。具體的分類請(qǐng)參考其他文檔低飒。需要注意的是IP地址是網(wǎng)絡(luò)號(hào)+主機(jī)號(hào)的組合。
域名系統(tǒng)
域名系統(tǒng)是一個(gè)分布的數(shù)據(jù)庫藏杖，它提供將主機(jī)名（即網(wǎng)址）轉(zhuǎn)換成IP地址的服務(wù)。
RFC
RFC是什么脉顿？RFC就是tcp/ip協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)文檔蝌麸，在這里我們可以看到RFC那長(zhǎng)長(zhǎng)的定義列表，現(xiàn)在它一共有4000多個(gè)協(xié)議的定義艾疟，當(dāng)然来吩，我們所要學(xué)習(xí)的，也就是那么十幾個(gè)協(xié)議而已蔽莱。
端口號(hào)(port)
注意弟疆，這個(gè)號(hào)碼是用在TCP，UDP上的一個(gè)邏輯號(hào)碼盗冷，并不是一個(gè)硬件端口怠苔，我們平時(shí)說把某某端口封掉了，也只是在IP層次把帶有這個(gè)號(hào)碼的IP包給過濾掉了而已仪糖。
應(yīng)用編程接口
現(xiàn)在常用的編程接口有socket和TLI柑司。
數(shù)據(jù)鏈路層
數(shù)據(jù)鏈路層有三個(gè)目的：
- 為IP模塊發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)報(bào)。
- 為ARP模塊發(fā)送ARP請(qǐng)求和接收ARP應(yīng)答乓诽。
- 為RARP發(fā)送RARP請(qǐng) 求和接收RARP應(yīng)答帜羊。
IP大家都聽說過。至于ARP和RARP鸠天，ARP叫做地址解析協(xié)議讼育，是用IP地址換MAC地址的一種協(xié)議，而RARP則叫做逆地址解析協(xié)議（在局域網(wǎng)中用ARP協(xié)議可以很容易使網(wǎng)絡(luò)癱瘓）稠集。
數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議還是很多的奶段，有我們最常用的以太網(wǎng)協(xié)議，也有不太常見的令牌環(huán)剥纷，還有FDDI痹籍，當(dāng)然，還有國(guó)內(nèi)現(xiàn)在相當(dāng)普及的PPP協(xié)議（就是adsl寬帶）晦鞋，以及一個(gè)loopback協(xié)議蹲缠。
聯(lián)系linux里面的ifconfig -a命令，這個(gè)命令通常會(huì)得到如下的結(jié)果：
eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 00:01:4A:03:5B:ED
inet addr:192.168.11.2 Bcast:192.168.11.25 Mask:255.255.255.0
inet6 addr: fe80::201:4aff:fe03:5bed/64 Scope:Link
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:2819 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:76 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:241609 (235.9 KiB) TX bytes:9596 (9.3 KiB)
lo Link encap:Local Loopback
inet addr:127.0.0.1 Mask:255.0.0.0
inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
UP LOOPBACK RUNNING MTU:16436 Metric:1
RX packets:2713 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:2713 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:0
RX bytes:3516032 (3.3 MiB) TX bytes:3516032 (3.3 MiB)
其中悠垛，eth0就是以太網(wǎng)接口线定，而lo則是loopback接口。這也說明這個(gè)主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)鏈路層上至少支持loopback協(xié)議和以太網(wǎng)協(xié)議确买。
以太網(wǎng)（Ether-net）的定是指數(shù)字設(shè)備公司（ Digital Equipment Corp.）斤讥、英特爾公司（Intel Corp.）和Xerox公司在1982年聯(lián)合公布的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)里面使用了一種稱作CSMA/CD的接入方法湾趾。而IEEE802提供的標(biāo)準(zhǔn)集802.3(還有一部分定義到了802.2中)也提供了一個(gè)CSMA/CD的標(biāo)準(zhǔn)芭商。
這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)稍有不同派草，TCP/IP協(xié)議對(duì)這種情況的處理方式如下:
以太網(wǎng)的IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝在RFC894中定義，而IEEE802網(wǎng)絡(luò)的IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝在RFC1042中定義铛楣。
- 一臺(tái)主機(jī)一定要能發(fā)送和接收RFC894定義的數(shù)據(jù)報(bào)近迁。
- 一臺(tái)主機(jī)可以接收RFC894和RFC1042的封裝格式的混合數(shù)據(jù)報(bào)。
- 一臺(tái)主機(jī)也許能夠發(fā)送RFC1042數(shù)據(jù)報(bào)蛉艾。
如果主機(jī)能同時(shí)發(fā)送兩種類型的分組數(shù)據(jù)钳踊，那么發(fā)送的分組必須是可以設(shè)置的，而且默認(rèn)條件下必須是RFC 894分組勿侯。
可見拓瞪，RFC1042在TCP/IP里面處于一個(gè)配角的地位。這兩種不同的數(shù)據(jù)報(bào)格式請(qǐng)參考教材助琐。
ppp(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議)是從SLIP的替代品祭埂。
他們都提供了一種低速接入的解決方案。而每一種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議兵钮，都有一個(gè)MTU（最大傳輸單元）定義蛆橡，在這個(gè)定義下面，如果IP數(shù)據(jù)報(bào)過大掘譬，則要進(jìn)行分片(fragmentation)泰演，使得每片都小于MTU，注意PPP的MTU并不是一個(gè)物理定義葱轩，而是指一個(gè)邏輯定義（個(gè)人認(rèn)為就是用程序控制）睦焕。
可以用netstat來打印出MTU的結(jié)果，比如鍵入netstat -in
Kernel Interface table
Iface MTU Met RX-OK RX-ERR RX-DRP RX-OVR TX-OK TX-ERR TX-DRP TX-OVR Flg
eth0 1500 0 1774 0 0 0 587 0 0 0 BMRU
lo 16436 0 2667 0 0 0 2667 0 0 0 LRU
就可以觀察到eth0的MTU是1500靴拱。而lo（環(huán)回接口）的MTU則是16436垃喊。
最后說說那個(gè)環(huán)回接口（loopback）。平時(shí)我們用127.0.0.1來嘗試自己的機(jī)器服務(wù)器好使不好使袜炕。走的就是這個(gè)loopback接口本谜。
對(duì)于環(huán)回接口，有如下三點(diǎn)值得注意:
- 傳給環(huán)回地址（一般是127.0.0.1）的任何數(shù)據(jù)均作為IP輸入偎窘。
- 傳給廣播地址或多播地址的數(shù)據(jù)報(bào)復(fù)制一份傳給環(huán)回接口乌助，然后送到以太網(wǎng)上。這是因?yàn)?strong>廣播傳送和多播傳送的定義包含主機(jī)本身陌知。
- 任何傳給該主機(jī)IP地址的數(shù)據(jù)均送到環(huán)回接口眷茁。
IP協(xié)議,ARP協(xié)議, RARP 協(xié)議
把這三個(gè)協(xié)議放到一起學(xué)習(xí)是因?yàn)檫@三個(gè)協(xié)議處于同一層，ARP協(xié)議用來找到目標(biāo)主機(jī)的Ethernet網(wǎng)卡Mac地址纵诞，IP則承載要發(fā)送的消息。
數(shù)據(jù)鏈路層可以從ARP得到數(shù)據(jù)的傳送信息培遵，而從IP得到要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息浙芙。
1.IP協(xié)議
IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議的核心登刺，所有的TCP，UDP嗡呼，IMCP纸俭，IGCP的數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)格式傳輸。
要注意的是南窗，IP不是可靠的協(xié)議揍很，這是說，IP協(xié)議沒有提供一種數(shù)據(jù)未傳達(dá)以后的處理機(jī)制－－這被認(rèn)為是上層協(xié)議－－TCP或UDP要做的事情万伤。因而出現(xiàn)了TCP是一個(gè)可靠的協(xié)議窒悔，而UDP就沒有那么可靠的區(qū)別。
1.1.IP協(xié)議頭
如圖所示
IP協(xié)議頭圖示
挨個(gè)解釋它是教科書的活計(jì)敌买，我感興趣的只是那八位的TTL字段简珠，還記得這個(gè)字段是做什么的么？
這個(gè)字段規(guī)定該數(shù)據(jù)包在穿過多少個(gè)路由之后才會(huì)被拋棄(這里就體現(xiàn)出來IP協(xié)議包的不可靠性虹钮，它不保證數(shù)據(jù)被送達(dá))聋庵，某個(gè)ip數(shù)據(jù)包每穿過一個(gè)路由器，該數(shù)據(jù)包的TTL數(shù)值就會(huì)減少1芙粱，當(dāng)該數(shù)據(jù)包的TTL成為零祭玉，它就會(huì)被自動(dòng)拋棄。這個(gè)字段的最大值也就是255春畔，也就是說一個(gè)協(xié)議包也就在路由器里面穿行255次就會(huì)被拋棄了脱货，根據(jù)系統(tǒng)的不同，這個(gè)數(shù)字也不一樣拐迁，一般是32或者是64蹭劈。
Tracerouter這個(gè)工具就是用這個(gè)原理工作的，tranceroute的-m選項(xiàng)要求最大值是255线召，也就是因?yàn)檫@個(gè)TTL在IP協(xié)議里面只有8bit铺韧。
現(xiàn)在的IP版本號(hào)是4，所以也稱作IPv4』貉停現(xiàn)在還有IPv6哈打，而且運(yùn)用也越來越廣泛了。
1.2.IP路由選擇
當(dāng)一個(gè)IP數(shù)據(jù)包準(zhǔn)備好了的時(shí)候讯壶，IP數(shù)據(jù)包（或者說是路由器）是如何將數(shù)據(jù)包送到目的地的呢料仗？它是怎么選擇一個(gè)合適的路徑來"送貨"的呢？
- 最特殊的情況是目的主機(jī)和主機(jī)直連伏蚊，那么主機(jī)根本不用尋找路由立轧，可以直接把數(shù)據(jù)傳遞過去。至于是怎么直接傳遞的，這就要靠ARP協(xié)議了氛改，后面會(huì)講到帐萎。
- 稍微一般一點(diǎn)的情況是，主機(jī)通過若干個(gè)路由器(router)和目的主機(jī)連接胜卤。那么路由器就要通過ip包的信息來為ip包尋找到一個(gè)合適的目標(biāo)來進(jìn)行傳遞疆导，比如合適的主機(jī)，或者合適的路由葛躏。路由器或者主機(jī)將會(huì)用如下的方式來處理某一個(gè)IP數(shù)據(jù)包：
- 如果IP數(shù)據(jù)包的TTL（生命周期）已到澈段，則該IP數(shù)據(jù)包就被拋棄。
- 搜索路由表舰攒，優(yōu)先搜索匹配主機(jī)败富，如果能找到和IP地址完全一致的目標(biāo)主機(jī)，則將該包發(fā)向目標(biāo)主機(jī)芒率。
- 搜索路由表囤耳，如果匹配主機(jī)失敗，則匹配同子網(wǎng)的路由器偶芍，這需要“子網(wǎng)掩碼(1.3.)”的協(xié)助充择。如果找到路由器，則將該包發(fā)向路由器匪蟀。
- 搜索路由表温自，如果匹配同子網(wǎng)路由器失敗波岛，則匹配同網(wǎng)號(hào)路由器笋敞，如果找到路由器觉痛，則將該包發(fā)向路由器。
- 搜索路由表段化，如果以上都失敗了嘁捷，就搜索默認(rèn)路由，如果默認(rèn)路由存在显熏，則發(fā)包雄嚣。
- 如果都失敗了，就丟掉這個(gè)包喘蟆。
這再一次證明了缓升，IP包是不可靠的。因?yàn)樗槐ＷC送達(dá)蕴轨。
1.3.子網(wǎng)尋址
IP地址的定義是網(wǎng)絡(luò)號(hào)+主機(jī)號(hào)港谊。
但是現(xiàn)在所有的主機(jī)都要求子網(wǎng)編址，也就是說橙弱，把主機(jī)號(hào)在細(xì)分成子網(wǎng)號(hào)+主機(jī)號(hào)歧寺。最終一個(gè)IP地址就成為網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼+子網(wǎng)號(hào)+主機(jī)號(hào)燥狰。例如一個(gè)B類地址：210.30.109.134。一般情況下成福，這個(gè)IP地址的紅色部分就是網(wǎng)絡(luò)號(hào)碾局，而藍(lán)色部分就是子網(wǎng)號(hào)，綠色部分就是主機(jī)號(hào)奴艾。至于有多少位代表子網(wǎng)號(hào)這個(gè)問題上，這沒有一個(gè)硬性的規(guī)定内斯，取而代之的則是子網(wǎng)掩碼蕴潦，校園網(wǎng)相信大多數(shù)人都用過，在校園網(wǎng)的設(shè)定里面有一個(gè)255.255.255.0的東西俘闯，這就是子網(wǎng)掩碼潭苞。
子網(wǎng)掩碼是由32bit的二進(jìn)制數(shù)字序列,形式為是一連串的1和一連串的0。
例如：
255.255.255.0(二進(jìn)制就是11111111.11111111.11111111.00000000)對(duì)于剛才的那個(gè)B類地址真朗，因?yàn)?10.30是網(wǎng)絡(luò)號(hào)此疹，那么后面的109.134就是子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)的組合，又因?yàn)?strong>子網(wǎng)掩碼只有后八bit為0遮婶，所以主機(jī)號(hào)就是IP地址的后八個(gè)bit蝗碎，就是134，而剩下的就是子網(wǎng)號(hào)碼－－109旗扑。
2. ARP協(xié)議
還記得數(shù)據(jù)鏈路層的以太網(wǎng)的協(xié)議中蹦骑，每一個(gè)數(shù)據(jù)包都有一個(gè)MAC地址頭么？我們知道每一塊以太網(wǎng)卡都有一個(gè)MAC地址臀防，這個(gè)地址是唯一的眠菇，那么IP包是如何知道這個(gè)MAC地址的？這就是ARP協(xié)議的工作袱衷。
ARP（地址解析）協(xié)議是一種解析協(xié)議捎废，本來主機(jī)是完全不知道這個(gè)IP對(duì)應(yīng)的是哪個(gè)主機(jī)的哪個(gè)接口，當(dāng)主機(jī)要發(fā)送一個(gè)IP包的時(shí)候致燥，會(huì)首先查一下自己的ARP高速緩存（就是一個(gè)IP-MAC地址對(duì)應(yīng)表緩存）登疗，如果查詢的IP－MAC值對(duì)不存在，那么主機(jī)就向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個(gè)ARP協(xié)議廣播包篡悟，這個(gè)廣播包里面就有待查詢的IP地址谜叹，而直接收到這份廣播的包的所有主機(jī)都會(huì)查詢自己的IP地址，如果收到廣播包的某一個(gè)主機(jī)發(fā)現(xiàn)自己符合條件搬葬，那么就準(zhǔn)備好一個(gè)包含自己的MAC地址的ARP包傳送給發(fā)送ARP廣播的主機(jī)荷腊，而廣播主機(jī)拿到ARP包后會(huì)更新自己的ARP緩存（就是存放IP-MAC對(duì)應(yīng)表的地方）。發(fā)送廣播的主機(jī)就會(huì)用新的ARP緩存數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)鏈路層的的數(shù)據(jù)包發(fā)送工作急凰。
一個(gè)典型的arp緩存信息如下女仰，在任意一個(gè)系統(tǒng)里面用“arp -a”命令:
Interface: 192.168.11.3 --- 0x2
Internet Address Physical Address Type
192.168.11.1 00-0d-0b-43-a0-2f dynamic
192.168.11.2 00-01-4a-03-5b-ea dynamic
都會(huì)得到這樣的結(jié)果猜年。
這樣的高速緩存是有時(shí)限的，一般是20分鐘（伯克利系統(tǒng)的衍生系統(tǒng)）疾忍。
3.RARP協(xié)議（略）
ICMP協(xié)議乔外，ping和Traceroute
1.IMCP協(xié)議介紹
前面講到了，IP協(xié)議并不是一個(gè)可靠的協(xié)議一罩，它不保證數(shù)據(jù)被送達(dá)杨幼，那么，自然的聂渊，保證數(shù)據(jù)送達(dá)的工作應(yīng)該由其他的模塊來完成差购。其中一個(gè)重要的模塊就是ICMP(網(wǎng)絡(luò)控制報(bào)文)協(xié)議。
當(dāng)傳送IP數(shù)據(jù)包發(fā)生錯(cuò)誤——比如主機(jī)不可達(dá)汉嗽，路由不可達(dá)等等欲逃，ICMP協(xié)議將會(huì)把錯(cuò)誤信息封包，然后傳送回給主機(jī)饼暑。給主機(jī)一個(gè)處理錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)稳析，這也就是為什么說建立在IP層以上的協(xié)議是可能做到安全的原因。ICMP數(shù)據(jù)包由8bit的錯(cuò)誤類型和8bit的代碼和16bit的校驗(yàn)和組成弓叛。而前16bit就組成了ICMP所要傳遞的信息彰居。
書上的圖6－3清楚的給出了錯(cuò)誤類型和代碼的組合代表的意思。
盡管在大多數(shù)情況下邪码，錯(cuò)誤的包傳送應(yīng)該給出ICMP報(bào)文裕菠，但是在特殊情況下，是不產(chǎn)生ICMP錯(cuò)誤報(bào)文的闭专。如下：
- ICMP差錯(cuò)報(bào)文不會(huì)產(chǎn)生ICMP差錯(cuò)報(bào)文（出IMCP查詢報(bào)文）（防止IMCP的無限產(chǎn)生和傳送）
- 目的地址是廣播地址或多播地址的IP數(shù)據(jù)報(bào)奴潘。
- 作為鏈路層廣播的數(shù)據(jù)報(bào)。
- 不是IP分片的第一片影钉。
- 源地址不是單個(gè)主機(jī)的數(shù)據(jù)報(bào)画髓。這就是說，源地址不能為零地址平委、環(huán)回地址奈虾、廣播地 址或多播地址。
雖然里面的一些規(guī)定現(xiàn)在還不是很明白廉赔，但是所有的這一切規(guī)定肉微，都是為了防止產(chǎn)生ICMP報(bào)文的無限傳播而定義的。
ICMP協(xié)議大致分為兩類蜡塌，一種是查詢報(bào)文碉纳，一種是差錯(cuò)報(bào)文。其中查詢報(bào)文有以下幾種用途:
- ping查詢
- 子網(wǎng)掩碼查詢（用于無盤工作站在初始化自身的時(shí)候初始化子網(wǎng)掩碼）
- 時(shí)間戳查詢（同步時(shí)間）
而差錯(cuò)報(bào)文則產(chǎn)生在數(shù)據(jù)傳送發(fā)生錯(cuò)誤的時(shí)候馏艾。就不贅述了劳曹。
2.ICMP的應(yīng)用--ping
ping可以說是ICMP的最著名的應(yīng)用奴愉，當(dāng)我們某一個(gè)網(wǎng)站上不去的時(shí)候。通常會(huì)ping一下這個(gè)網(wǎng)站铁孵。ping會(huì)回顯出一些有用的信息锭硼。一般的信息如下:
Reply from 10.4.24.1: bytes=32 time<1ms TTL=255
Reply from 10.4.24.1: bytes=32 time<1ms TTL=255
Reply from 10.4.24.1: bytes=32 time<1ms TTL=255
Reply from 10.4.24.1: bytes=32 time<1ms TTL=255
Ping statistics for 10.4.24.1:
Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 0ms, Maximum = 0ms, Average = 0ms
ping這個(gè)單詞源自聲納定位，而這個(gè)程序的作用也確實(shí)如此蜕劝，它利用ICMP協(xié)議包來偵測(cè)另一個(gè)主機(jī)是否可達(dá)檀头。原理是用類型碼為0的ICMP發(fā)請(qǐng)求，受到請(qǐng)求的主機(jī)則用類型碼為8的ICMP回應(yīng)熙宇。ping程序來計(jì)算間隔時(shí)間鳖擒，并計(jì)算有多少個(gè)包被送達(dá)。用戶就可以判斷網(wǎng)絡(luò)大致的情況烫止。我們可以看到，ping給出來了傳送的時(shí)間和TTL的數(shù)據(jù)戳稽。我給的例子不太好馆蠕，因?yàn)樽叩穆酚缮伲信d趣地可以ping一下國(guó)外的網(wǎng)站比如sf.net惊奇，就可以觀察到一些丟包的現(xiàn)象互躬，而程序運(yùn)行的時(shí)間也會(huì)更加的長(zhǎng)。
ping還給我們一個(gè)看主機(jī)到目的主機(jī)的路由的機(jī)會(huì)颂郎。這是因?yàn)椋?strong>ICMP的ping請(qǐng)求數(shù)據(jù)報(bào)在每經(jīng)過一個(gè)路由器的時(shí)候吼渡，路由器都會(huì)把自己的ip放到該數(shù)據(jù)報(bào)中。而目的主機(jī)則會(huì)把這個(gè)ip列表復(fù)制到回應(yīng)icmp數(shù)據(jù)包中發(fā)回給主機(jī)乓序。但是寺酪，無論如何，ip頭所能紀(jì)錄的路由列表是非常的有限替劈。如果要觀察路由寄雀， 我們還是需要使用更好的工具，就是要講到的Traceroute(windows下面的名字叫做tracert)陨献。
3.ICMP的應(yīng)用--Traceroute
Traceroute是用來偵測(cè)主機(jī)到目的主機(jī)之間所經(jīng)路由情況的重要工具盒犹，也是最便利的工具。前面說到眨业，盡管ping工具也可以進(jìn)行偵測(cè)急膀，但是，因?yàn)閕p頭的限制龄捡，ping不能完全的記錄下所經(jīng)過的路由器卓嫂。而Traceroute正好填補(bǔ)了這個(gè)缺憾。
Traceroute的原理是非常非常的有意思墅茉，它受到目的主機(jī)的IP后命黔，首先給目的主機(jī)發(fā)送一個(gè)TTL=1的UDP數(shù)據(jù)包呜呐，而經(jīng)過的第一個(gè)路由器收到這個(gè)數(shù)據(jù)包以后，就自動(dòng)把TTL減1悍募，而TTL變?yōu)?以后蘑辑，路由器就把這個(gè)包給拋棄了，并同時(shí)產(chǎn)生 一個(gè)主機(jī)不可達(dá)的ICMP數(shù)據(jù)報(bào)給主機(jī)坠宴。主機(jī)收到這個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)以后再發(fā)一個(gè)TTL=2的UDP數(shù)據(jù)報(bào)給目的主機(jī)洋魂，然后刺激第二個(gè)路由器給主機(jī)發(fā)ICMP數(shù)據(jù) 報(bào)。如此往復(fù)直到到達(dá)目的主機(jī)喜鼓。這樣副砍，traceroute就拿到了所有的路由器ip。從而避開了ip頭只能記錄有限路由IP的問題庄岖。
那怎么知道UDP到?jīng)]到達(dá)目的主機(jī)呢铣卡？這就涉及一個(gè)技巧的問題，TCP和UDP協(xié)議有一個(gè)端口號(hào)定義裙士，而普通的網(wǎng)絡(luò)程序只監(jiān)控少數(shù)的幾個(gè)號(hào)碼較 小的端口征堪，比如說80,比如說23,等等。而traceroute發(fā)送的是端口號(hào)>30000(真變態(tài))的UDP報(bào)背桐，所以到達(dá)目的主機(jī)的時(shí)候优烧，目的 主機(jī)只能發(fā)送一個(gè)端口不可達(dá)的ICMP數(shù)據(jù)報(bào)給主機(jī)。主機(jī)接到這個(gè)報(bào)告以后就知道链峭，主機(jī)到了畦娄，所以說Traceroute是個(gè)騙子一點(diǎn)也不為過:)
Traceroute程序里面提供了一些很有用的選項(xiàng)，甚至包含了IP選路的選項(xiàng)弊仪，請(qǐng)察看man文檔來了解這些熙卡，不贅述。
IP選路撼短，動(dòng)態(tài)選路再膳，和一些細(xì)節(jié)
1.靜態(tài)IP選路
1.1.一個(gè)簡(jiǎn)單的路由表
選路是IP層最重要的一個(gè)功能之一。前面的部分已經(jīng)簡(jiǎn)單的講過路由器是通過何種規(guī)則來根據(jù)IP數(shù)據(jù)包的IP地址來選擇路由曲横。這里就不重復(fù)了喂柒。首先來看看一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)路由表。
Destination Gateway Genmask Flags Metric RefIface
192.168.11.0 * 255.255.255.0 U 0 0 0 eth0
169.254.0.0 * 255.255.0.0 U 0 0 0 eth0
default 192.168.11.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0
對(duì)于一個(gè)給定的路由器禾嫉，可以打印出五種不同的flag灾杰。
- U表明該路由可用。
- G表明該路由是到一個(gè)網(wǎng)關(guān)熙参。如果沒有這個(gè)標(biāo)志艳吠，說明和Destination是直連的，而相應(yīng)的Gateway應(yīng)該直接給出Destination的地址孽椰。
- H表明該路由是到一個(gè)主機(jī)昭娩，如果沒有該標(biāo)志凛篙，說明Destination是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，換句話說Destination就應(yīng)該寫成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)的組合栏渺，而不包括主機(jī)號(hào)(主機(jī)號(hào)碼處為0)呛梆，例如 192.168.11.0
- D表明該路由是為重定向報(bào)文創(chuàng)建的
- M該路由已經(jīng)被重定向報(bào)文修改
U沒啥可說的，G說明這是一個(gè)網(wǎng)關(guān)磕诊，如果你要發(fā)數(shù)據(jù)給Destination填物，IP頭應(yīng)該寫Destination的IP地址，而數(shù)據(jù)鏈路層的MAC地址就應(yīng)該是GateWay的Mac地址了霎终；反之滞磺，如果沒有G標(biāo)志，那么數(shù)據(jù)鏈路層和IP層的地址應(yīng)該是對(duì)應(yīng)的莱褒。H說明了Destination的性質(zhì)击困，如果是H的，則說明該地址是一個(gè)完整的地址广凸，既有網(wǎng)絡(luò)號(hào)又有主機(jī)號(hào)沛励，那么再匹配的時(shí)候就既要匹配網(wǎng)絡(luò)號(hào)，又要匹配主機(jī)號(hào)炮障；反之，Destination就代表一個(gè)網(wǎng)絡(luò)坤候，在匹配的時(shí)候只要匹配一下網(wǎng)絡(luò)號(hào)就可以了胁赢。
這樣，IP選路的方式就可以更加具體化了白筹。如下
首先用IP地址來匹配那些帶H標(biāo)志的DestinationIP地址智末。
如果1失敗就匹配那些網(wǎng)絡(luò)地址。
如果2失敗就發(fā)送到Default網(wǎng)關(guān)
順便提一下那個(gè)GenMask徒河，它指定了目的地址的子網(wǎng)號(hào)系馆，例如第一條的子網(wǎng)就是11。
1.2.其他有關(guān)路由表的知識(shí)
一般顽照，我們?cè)谂渲煤靡粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的時(shí)候由蘑，一個(gè)路由就被直接創(chuàng)建好了。當(dāng)然我們也可以手動(dòng)添加路由代兵。用route add命令就可以了尼酿。
而當(dāng)一個(gè)IP包在某一個(gè)路由器的時(shí)候發(fā)現(xiàn)沒有路由可走，那么該路由器就會(huì)給源主機(jī)發(fā)送“主機(jī)不可達(dá)”或者“網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)”的ICMP包來報(bào)錯(cuò)植影。
注意裳擎，一般的操作系統(tǒng)默認(rèn)是沒有路由功能的，這需要自己配置思币。這些歷史原因就不細(xì)說了鹿响，
1.3.ICMP的IP重定向報(bào)文和路由發(fā)現(xiàn)報(bào)文
當(dāng)IP包在某一個(gè)地方轉(zhuǎn)向的時(shí)候羡微，都回給發(fā)送IP報(bào)的源主機(jī)一個(gè)ICMP重定向報(bào)文，而源主機(jī)就可以利用這個(gè)信息來更新自己的路由表惶我，這樣妈倔，隨著網(wǎng)絡(luò)通信的逐漸增多，路由表也就越來越完備指孤，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的速度也會(huì)越來越快启涯。我們需要注意的是：
重定向報(bào)文只能由路由器發(fā)出。
重定向報(bào)文為主機(jī)所用恃轩，而不是為路由器所用结洼。
在主機(jī)引導(dǎo)的時(shí)候，一般會(huì)發(fā)送在網(wǎng)內(nèi)廣播一個(gè)路由請(qǐng)求的ICMP報(bào)文叉跛，而多個(gè)路由器則會(huì)回應(yīng)一個(gè)路由通告報(bào)文松忍。而且，路由其本身不定期的在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)布路由通告報(bào)文筷厘，這樣鸣峭，根據(jù)這些報(bào)文，每一個(gè)主機(jī)都會(huì)有機(jī)會(huì)建立自己的路由表而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信酥艳。路由器在一份通告報(bào)文中可以通告多個(gè)地址摊溶，并且給出每一個(gè)地址的優(yōu)先等級(jí)，這個(gè)優(yōu)先等級(jí)是該IP作為默認(rèn)路由的等級(jí)充石，至于怎么算的就不深究了莫换。
路由器一般會(huì)在450-600秒的時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)布一次通告，而一個(gè)給定的通告報(bào)文的壽命是30分鐘骤铃。而主機(jī)在引導(dǎo)的時(shí)候會(huì)每三秒發(fā)送一次請(qǐng)求報(bào)文拉岁，一旦接受到一個(gè)有效的通告報(bào)文，就停止發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文惰爬。
在TCP/IP詳解編寫的時(shí)候喊暖，只有Solaris2.x支持這兩種報(bào)文，大多數(shù)系統(tǒng)還不支持這兩種報(bào)文撕瞧。（后面還會(huì)講到一些有用的路由報(bào)文）
動(dòng)態(tài)選路協(xié)議
前面的選路方法叫做靜態(tài)選路陵叽，簡(jiǎn)要地說就是在配置接口的時(shí)候，以默認(rèn)的方式生成路由表項(xiàng)风范。并通過route來增加表項(xiàng)咨跌，或者通過ICMP報(bào)文來更新表項(xiàng)（通常在默認(rèn)方式出錯(cuò)的情況下）。 而如果上訴三種方法都不能滿足硼婿，那么我們就使用動(dòng)態(tài)選路锌半。
動(dòng)態(tài)選路協(xié)議是用于動(dòng)態(tài)選路的重要組成部分，但是他們只是使用在路由器之間，相鄰路由器之間互相通信刊殉。系統(tǒng)（路由選擇程序）選擇比較合適的路有放到核心路由表中殉摔，然后系統(tǒng)就可以根據(jù)這個(gè)核心路有表找到最合適的網(wǎng)路。也就是說记焊，動(dòng)態(tài)選路是在系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)外部進(jìn)行的逸月，它只是用一些選路的策略影響路由表，而不會(huì)影響到最后通過路由表選擇路由的那一部分遍膜。選路協(xié)議有一大類常用的叫做內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP)碗硬，而在IGP中，RIP就是其中最重要的協(xié)議瓢颅。一種新的IGP協(xié)議叫做開放最短路經(jīng)優(yōu)先(OSPF)協(xié)議恩尾，其意在取代RIP。另一種最早用在網(wǎng)路骨干網(wǎng)上的IGP協(xié)議--HELLO挽懦，現(xiàn)在已經(jīng)不用了翰意。
如今，任何支持動(dòng)態(tài)選路的路由器都必須同時(shí)支持OSPF和RIP信柿，還可以選擇性的支持其他的IGP協(xié)議冀偶。
2.1.Unix選路程序
Unix系統(tǒng)上面通常都有路由守護(hù)程序－－routed。還有一個(gè)叫做gate渔嚷。gate所支持的協(xié)議要比routed多进鸠，routed只是支持RIPv1版本。而gate則支持RIPv1形病、v2堤如，BGPv1 等等。
2.1.RIP：選路信息協(xié)議
它的定義可以在RFC1058內(nèi)找到窒朋，這種協(xié)議使用UDP作為載體（也就是UDP的上層協(xié)議）。我們最關(guān)心的就是RIP其中的一個(gè)段蝗岖，叫做度量的段侥猩，這是一個(gè)以hop作為計(jì)數(shù)器（就是以走過多少路由為計(jì)數(shù)器）的段（IP協(xié)議里面也有一個(gè)TTL）。這個(gè)度量段將最終影響到路由表的建立抵赢。參考圖:
圖片發(fā)自簡(jiǎn)書App
一般說來routed要承擔(dān)如下的工作：
給每一個(gè)已知的路由器發(fā)送rip請(qǐng)求報(bào)文欺劳，要求其他路由器給出完整的路由表。這種報(bào)文的命令字段為1铅鲤，地址字段為0划提，度量地段為16（相當(dāng)于無窮大）。
接受請(qǐng)求邢享，如果接收到剛才的那個(gè)請(qǐng)求鹏往，就把自己的完整的路由表交給請(qǐng)求者。如果沒有骇塘，就處理IP請(qǐng)求表項(xiàng)伊履，把表項(xiàng)中自己有的部分添上跳數(shù)韩容，沒有的部分添上16。然后發(fā)給請(qǐng)求者唐瀑。
接受回應(yīng)群凶。更新自己的路由表。使用hop數(shù)小的規(guī)則哄辣。
定期更新路由表请梢，一般是 30s 給相鄰的路由啟發(fā)一次自己的路由表。這種形式可以是廣播形式的力穗。
這個(gè)協(xié)議看起來會(huì)工作的很好毅弧，但是，這里面其實(shí)有很多隱藏的憂患睛廊，比如說RIP沒有子網(wǎng)的概念脑题，比如說環(huán)路的危險(xiǎn)其徙。而且hop數(shù)的上限也限制了網(wǎng)絡(luò)的大小。
因此，出現(xiàn)了很多RIPv1的替代品躬审，比如說RIPv2,比如說OSPF。他們都是通過某種策略來影響路由表溯捆，所以就不說了仲墨。
UDP協(xié)議
1.UDP簡(jiǎn)要介紹
UDP是傳輸層協(xié)議，和TCP協(xié)議處于一個(gè)分層中疏遏，但是與TCP協(xié)議不同脉课，UDP協(xié)議并不提供超時(shí)重傳，出錯(cuò)重傳等功能财异，也就是說其是不可靠的協(xié)議倘零。
2.UDP協(xié)議頭
2.1.UDP端口號(hào)
由于很多軟件需要用到UDP協(xié)議，所以UDP協(xié)議必須通過某個(gè)標(biāo)志用以區(qū)分不同的程序所需要的數(shù)據(jù)包戳寸。端口號(hào)的功能就在于此呈驶，例如某一個(gè)UDP程序A在系統(tǒng)中注冊(cè)了3000端口，那么疫鹊，以后從外面?zhèn)鬟M(jìn)來的目的端口號(hào)為3000的UDP包都會(huì)交給該程序袖瞻。端口號(hào)理論上可以有2^16這么多。因?yàn)樗拈L(zhǎng)度是16個(gè)bit
2.2.UDP檢驗(yàn)和
這是一個(gè)可選的選項(xiàng)拆吆，并不是所有的系統(tǒng)都對(duì)UDP數(shù)據(jù)包加以檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)(相對(duì)TCP協(xié)議的必須來說)聋迎，但是RFC中標(biāo)準(zhǔn)要求，發(fā)送端應(yīng)該計(jì)算檢驗(yàn)和枣耀。
UDP檢驗(yàn)和覆蓋UDP協(xié)議頭和數(shù)據(jù)霉晕，這和IP的檢驗(yàn)和是不同的，IP協(xié)議的檢驗(yàn)和只是覆蓋IP數(shù)據(jù)頭，并不覆蓋所有的數(shù)據(jù)娄昆。UDP和TCP都包含一個(gè)偽首部佩微，這是為了計(jì)算檢驗(yàn)和而攝制的。偽首部甚至還包含IP地址這樣的IP協(xié)議里面都有的信息萌焰，目的是讓UDP兩次檢查數(shù)據(jù)是否已經(jīng)正確到達(dá)目的地哺眯。如果發(fā)送端沒有打開檢驗(yàn)和選項(xiàng)，而接收端計(jì)算檢驗(yàn)和有差錯(cuò)扒俯，那么UDP數(shù)據(jù)將會(huì)被悄悄的丟掉（不保證送達(dá)）奶卓，而不產(chǎn)生任何差錯(cuò)報(bào)文。
2.3.UDP長(zhǎng)度
UDP可以很長(zhǎng)很長(zhǎng)撼玄，可以有65535字節(jié)那么長(zhǎng)夺姑。但是一般網(wǎng)絡(luò)在傳送的時(shí)候，一次一般傳送不了那么長(zhǎng)的協(xié)議（涉及到MTU的問題）掌猛，就只好對(duì)數(shù)據(jù)分片盏浙，當(dāng)然，這些是對(duì)UDP等上級(jí)協(xié)議透明的荔茬，UDP不需要關(guān)心IP協(xié)議層對(duì)數(shù)據(jù)如何分片废膘，下一個(gè)章節(jié)將會(huì)稍微討論一些分片的策略。
IP分片
IP在從上層接到數(shù)據(jù)以后慕蔚，要根據(jù)IP地址來判斷從那個(gè)接口發(fā)送數(shù)據(jù)（通過選路）丐黄，并進(jìn)行MTU的查詢，如果數(shù)據(jù)大小超過MTU就進(jìn)行數(shù)據(jù)分片孔飒。數(shù)據(jù)的分片是對(duì)上層和下層透明灌闺，而數(shù)據(jù)也只是到達(dá)目的地還會(huì)被重新組裝，不過不用擔(dān)心坏瞄，IP層提供了足夠的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)的再組裝桂对。
在IP頭里面，16bit識(shí)別號(hào)唯一記錄了一個(gè)IP包的ID,具有同一個(gè)ID的IP片將會(huì)被重新組裝鸠匀；而13位片偏移則記錄了某IP片相對(duì)整個(gè)包的位置接校；而這兩個(gè)表示中間的3bit標(biāo)志則標(biāo)示著該分片后面是否還有新的分片。這三個(gè)標(biāo)示就組成了IP分片的所有信息狮崩，接受方就可以利用這些信息對(duì)IP數(shù)據(jù)進(jìn)行重新組織（就算是后面的分片比前面的分片先到，這些信息也是足夠了）鹿寻。
因?yàn)榉制夹g(shù)在網(wǎng)絡(luò)上被經(jīng)常的使用睦柴，所以偽造IP分片包進(jìn)行流氓攻擊的軟件和人也就層出不窮。
可以用Trancdroute程序來進(jìn)行簡(jiǎn)單的MTU偵測(cè)毡熏。請(qǐng)參看教材坦敌。
3.UDP和ARP之間的交互式用
這是不常被人注意到的一個(gè)細(xì)節(jié)，這是針對(duì)一些系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)來說的。當(dāng)ARP緩存還是空的時(shí)候狱窘。UDP在被發(fā)送之前一定要發(fā)送一個(gè)ARP請(qǐng)求來獲得目的主機(jī)的MAC地址杜顺，如果這個(gè)UDP的數(shù)據(jù)包足夠大，大到IP層一定要對(duì)其進(jìn)行分片的時(shí)候蘸炸，想象中躬络，該UDP數(shù)據(jù)包的第一個(gè)分片會(huì)發(fā)出一個(gè)ARP查詢請(qǐng)求，所有的分片都非等到這個(gè)查詢完成以后再發(fā)送搭儒。事實(shí)上是這樣嗎穷当？
結(jié)果是，某些系統(tǒng)會(huì)讓每一個(gè)分片都發(fā)送一個(gè)ARP查詢淹禾，所有的分片都在等待馁菜，但是接受到第一個(gè)回應(yīng)的時(shí)候，主機(jī)卻只發(fā)送了最后一個(gè)數(shù)據(jù)片而拋棄了其他铃岔，這實(shí)在是讓人匪夷所思汪疮。這樣，因?yàn)榉制臄?shù)據(jù)不能被及時(shí)組裝毁习，接受主機(jī)將會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)將永遠(yuǎn)無法組裝的IP數(shù)據(jù)包拋棄智嚷，并且發(fā)送組裝超時(shí)的ICMP報(bào)文（其實(shí)很多系統(tǒng)不產(chǎn)生這個(gè)差錯(cuò)），以保證接受主機(jī)自己的接收端緩存不被那些永遠(yuǎn)得不到組裝的分片充滿蜓洪。
4.ICMP源站抑制差錯(cuò)
當(dāng)目標(biāo)主機(jī)的處理速度趕不上數(shù)據(jù)接收的速度纤勒，因?yàn)榻邮苤鳈C(jī)的IP層緩存會(huì)被占滿，所以主機(jī)就會(huì)發(fā)出一個(gè)“我受不了”的一個(gè)ICMP報(bào)文隆檀。
5.UDP服務(wù)器設(shè)計(jì)
UDP協(xié)議的某些特性將會(huì)影響我們的服務(wù)器程序設(shè)計(jì)摇天，大致總結(jié)如下：
關(guān)于客戶IP和地址：服務(wù)器必須有根據(jù)客戶IP地址和端口號(hào)判斷數(shù)據(jù)包是否合法的能力（這似乎要求每一個(gè)服務(wù)器都要具備）
關(guān)于目的地址：服務(wù)器必須要有過濾廣播地址的能力。
關(guān)于數(shù)據(jù)輸入：通常服務(wù)器系統(tǒng)的每一個(gè)端口號(hào)都會(huì)和一塊輸入緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)恐仑，進(jìn)來的輸入根據(jù)先來后到的原則等待服務(wù)器的處理泉坐，所以難免會(huì)出現(xiàn)緩沖區(qū)溢出的問題，這種情況下裳仆，UDP數(shù)據(jù)包可能會(huì)被丟棄腕让，而應(yīng)用服務(wù)器程序本身并不知道這個(gè)問題。
服務(wù)器應(yīng)該限制本地IP地址歧斟，就是說它應(yīng)該可以把自己綁定到某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的某一個(gè)端口上纯丸。
廣播和多播，IGMP協(xié)議
1.單播静袖，多播觉鼻，廣播的介紹
1.1.單播(unicast)
單播是說，對(duì)特定的主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送队橙。例如給某一個(gè)主機(jī)發(fā)送IP數(shù)據(jù)包坠陈。這時(shí)候萨惑，數(shù)據(jù)鏈路層給出的數(shù)據(jù)頭里面是非常具體的目的地址，對(duì)于以太網(wǎng)來 說仇矾，就是網(wǎng)卡的MAC地址（不是FF-FF-FF-FF-FF-FF這樣的地址）∮拱現(xiàn)在的具有路由功能的主機(jī)應(yīng)該可以將單播數(shù)據(jù)定向轉(zhuǎn)發(fā)，而目的主機(jī)的網(wǎng) 絡(luò)接口則可以過濾掉和自己MAC地址不一致的數(shù)據(jù)贮匕。
1.2.廣播(unicast)
廣播是主機(jī)針對(duì)某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包姐仅。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)可能是網(wǎng)絡(luò)，可能是子網(wǎng)粗合，還可能是所有的子網(wǎng)萍嬉。如果是網(wǎng)絡(luò)，例如A類網(wǎng)址的廣播就是 netid.255.255.255隙疚，如果是子網(wǎng)壤追，則是netid.netid.subnetid.255；如果是所有的子網(wǎng)（B類IP）則是則是 netid.netid.255.255供屉。廣播所用的MAC地址FF-FF-FF-FF-FF-FF行冰。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的主機(jī)都會(huì)收到這個(gè)廣播數(shù)據(jù)，網(wǎng)卡只要把 MAC地址為FF-FF-FF-FF-FF-FF的數(shù)據(jù)交給內(nèi)核就可以了伶丐。一般說來ARP悼做，或者路由協(xié)議RIP應(yīng)該是以廣播的形式播發(fā)的。
1.3.多播(multicast)
可以說廣播是多播的特例哗魂，多播就是給一組特定的主機(jī)（多播組）發(fā)送數(shù)據(jù)肛走，這樣，數(shù)據(jù)的播發(fā)范圍會(huì)小一些(實(shí)際上播發(fā)的范圍一點(diǎn)也沒有變小)录别，多播的MAC地址是最高字節(jié)的低位為一朽色，例 如01-00-00-00-00-00。多播組的地址是D類IP组题，規(guī)定是224.0.0.0-239.255.255.255葫男。
雖然多播較特殊，但是究其原理崔列，多播的數(shù)據(jù)還是要通過數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行MAC地址綁定然后進(jìn)行發(fā)送梢褐。所以一個(gè)以太網(wǎng)卡在綁定了一個(gè)多播IP地址之后，必定還要綁定一個(gè)多播的MAC地址赵讯，才能使得其可以像單播那樣工作盈咳。這個(gè)多播的IP和多播MAC地址有一個(gè)對(duì)應(yīng)的算法，在書的p133到p134之間边翼∮阆欤可以看到這個(gè)對(duì)應(yīng)不是一一對(duì)應(yīng)的，主機(jī)還是要對(duì)多播數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾讯私。
個(gè)人的看法：
廣播和多播的性質(zhì)是一樣的热押，路由器會(huì)把數(shù)據(jù)放到局域網(wǎng)里面，然后網(wǎng)卡對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾斤寇，只拿到自己打算要的數(shù)據(jù)桶癣，比如自己感興趣的多 播數(shù)據(jù)，自己感興趣的組播數(shù)據(jù)娘锁。當(dāng)一個(gè)主機(jī)運(yùn)行了一個(gè)處理某一個(gè)多播IP的進(jìn)程的時(shí)候牙寞，這個(gè)進(jìn)程會(huì)給網(wǎng)卡綁定一個(gè)虛擬的多播mac地址，并做出來一個(gè)多播 ip莫秆。這樣间雀，網(wǎng)卡就會(huì)讓帶有這個(gè)多播mac地址的數(shù)據(jù)進(jìn)來，從而實(shí)現(xiàn)通信镊屎，而那些沒有監(jiān)聽這些數(shù)據(jù)的主機(jī)就會(huì)把這些數(shù)據(jù)過濾掉惹挟，換句話說，多播缝驳，是讓主機(jī)的內(nèi)核輕松了连锯，而網(wǎng)卡，對(duì)不起用狱，您就累點(diǎn)吧运怖。
一些文章也印證了這種想法，最明顯的就是局域網(wǎng)監(jiān)聽的原理夏伊、實(shí)現(xiàn)與防范
2.一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)
這些實(shí)驗(yàn)并不是很復(fù)雜，我們只是要ping一下一般的ip和一個(gè)廣播地址。首先我ping一下自己所在的子網(wǎng)的某一臺(tái)主機(jī):
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可以看到休涤，機(jī)器返回的是一臺(tái)主機(jī)的回應(yīng)結(jié)果敏弃，進(jìn)而推測(cè)，如果我ping一個(gè)廣播地址呢砸狞？結(jié)果如下：
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可以看到捻勉，ping返回了一些隨機(jī)的ip的結(jié)果，這些ip都是與主機(jī)在同一子網(wǎng)內(nèi)的ip刀森。我們可以看到踱启，廣播實(shí)際上是給處于子網(wǎng)內(nèi)的所有ip發(fā)信。
再來一個(gè)多播的例子研底，但是要實(shí)現(xiàn)這個(gè)多播并不容易埠偿，因?yàn)槲也恢谰W(wǎng)絡(luò)內(nèi)有多少個(gè)多播組，就只好利用幾個(gè)特殊的多播地址來驗(yàn)證了榜晦。
對(duì)于多播地址冠蒋，有幾個(gè)特殊的多播地址被占用，他們是
224.0.0.1--該子網(wǎng)內(nèi)所有的系統(tǒng)組乾胶。
224.0.0.2--該子網(wǎng)內(nèi)所有的路由器抖剿。
224.0.1.1--網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)協(xié)議NTP專用IP朽寞。
224.0.0.9--RIPv2專用IP
所以只要ping這幾個(gè)IP，就應(yīng)該能得到一些結(jié)果斩郎，比如說我ping 224.0.0.2：
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我們可以看到脑融，這回ping只返回了一個(gè)ip的回應(yīng)。而這個(gè)就是我的網(wǎng)關(guān)的地址缩宜，這也驗(yàn)證了224.0.0.2是所有路由器的多播(組播)地址
3.IGMP協(xié)議
IGMP的作用在于肘迎，讓其他所有需要知道自己處于哪個(gè)多播組的主機(jī)和路由器知道自己的狀態(tài)。一般多播路由器根本不需要知道某一個(gè)多播組里面有多少個(gè)主機(jī)锻煌，而只要知道自己的子網(wǎng)內(nèi)還有沒有處于某個(gè)多播組的主機(jī)就可以了妓布。只要某一個(gè)多播組還有一臺(tái)主機(jī)，多播路由器就會(huì)把數(shù)據(jù)傳輸出去宋梧，這樣匣沼，接受方就會(huì)通過網(wǎng)卡過濾功能來得到自己想要的數(shù)據(jù)。為了知道多播組的信息乃秀，多播路由器需要定時(shí)的發(fā)送IGMP查詢肛著，IGMP的格式可以看書，各個(gè)多播組里面的主機(jī)要根據(jù)查詢來回復(fù)自己的狀態(tài)跺讯。路由器來決定有幾個(gè)多播組枢贿，自己要對(duì)某一個(gè)多播組發(fā)送什么樣的數(shù)據(jù)。
這種查詢回應(yīng)數(shù)據(jù)報(bào)的TTL一般是1刀脏，而且就算是出錯(cuò)也不產(chǎn)生ICMP差錯(cuò)（沒必要）局荚。
DNS域名系統(tǒng)
前面已經(jīng)提到了訪問一臺(tái)機(jī)器要靠IP地址和MAC地址，其中愈污，MAC地址可以通過ARP協(xié)議得到耀态，所以這對(duì)用戶是透明的，但是IP地址就不行暂雹，無論如何用戶都需要用一個(gè)指定的IP來訪問一臺(tái)計(jì)算機(jī)首装，而IP地址又非常不好記，于是就出現(xiàn)了DNS系統(tǒng)杭跪。
1.DNS系統(tǒng)介紹
DNS的全稱是Domain Name System仙逻。它負(fù)責(zé)把FQDN(就是以"."分隔結(jié)尾的名字)翻譯成一個(gè)IP。最初的DNS系統(tǒng)使用的是一個(gè)巨大的hosts.txt文件涧尿，可是一段時(shí)間以后系奉，就不得不用數(shù)據(jù)庫來代替hosts.txt文件，最終發(fā)展到了現(xiàn)在的分布式數(shù)據(jù)庫姑廉。
從書中的143頁可以看到缺亮，DNS系統(tǒng)是一個(gè)巨大的樹，最上方有一個(gè)無名樹根桥言，下一層是arpa,com,edu,gov,int,mil,us, cn萌踱。等等葵礼，其中arpa，是域名反解析樹的頂端并鸵；而com,edu章咧，等域名本來只用在美國(guó)（這就是技術(shù)特權(quán)），但是現(xiàn)在幾乎全世界通用能真；而us， cn扰柠，等叫做國(guó)家域粉铐。
這個(gè)樹里面的域名并不是統(tǒng)一管理的，網(wǎng)絡(luò)信息中心（NIS）負(fù)責(zé)分配頂級(jí)域合委派其他制定地區(qū)域的授權(quán)機(jī)構(gòu)卤档。
一個(gè)獨(dú)立管理的DNS子樹叫做zone蝙泼，最常見的區(qū)域就是二級(jí)域名，比如說.com.cn劝枣。我們還可以把這個(gè)二級(jí)域名給劃分成更小的區(qū)域汤踏，比如說sina.com.cn。
DNS系統(tǒng)是一個(gè)分布式的數(shù)據(jù)庫舔腾，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)自己并沒有某查詢所需要的數(shù)據(jù)的時(shí)候溪胶，它將把查詢轉(zhuǎn)發(fā)出去，而轉(zhuǎn)發(fā)的目的地通常是根服務(wù)器稳诚，根服務(wù)器從上至下層層轉(zhuǎn)發(fā)查詢哗脖，直到找到目標(biāo)為止。DNS還有一個(gè)特點(diǎn)就是使用高速緩存扳还，DNS把查詢過的數(shù)據(jù)緩存在某處才避，便于下次查詢時(shí)使用。
2.DNS協(xié)議
DNS報(bào)文定義了一個(gè)既可以查詢也可以響應(yīng)的報(bào)文格式氨距。具體格式可以看P145頁桑逝。對(duì)各個(gè)字段簡(jiǎn)單解釋如下
最前面的16個(gè)bit唯一的標(biāo)示了問題號(hào)碼，用于查詢端區(qū)別自己的查詢俏让。
緊接著的16個(gè)bit又可以做進(jìn)一步的細(xì)分楞遏，標(biāo)示了報(bào)文的性質(zhì)和一些細(xì)節(jié)，比如說是查詢報(bào)文還是響應(yīng)報(bào)文舆驶，需要遞歸查詢與否（一般服務(wù)器都支持遞歸查詢橱健，而且不需要任何設(shè)置，BIND就是這樣）
查詢問題后面有查詢類型沙廉，包括A拘荡，NS，CNAME撬陵，PTR珊皿，HINFO网缝，MX，如果熟悉BIND的話蟋定，就知道在zong的配置文件里面粉臊，每一條記錄都記載了各自的類型，比如A就是IP地址驶兜，NS就是名字服務(wù)器扼仲。
響應(yīng)報(bào)文可以回復(fù)多個(gè)IP，也就是說抄淑，域名可以和多個(gè)IP地址對(duì)應(yīng)屠凶，并且有很多CNAME。
3.反向查詢
正向查詢指的是通過域名得到IP的查詢肆资，而反向查詢就是通過IP得到域名矗愧。例如用host命令，host ip就可以得到服務(wù)器的域名郑原，host domainName 就得到IP唉韭。
稍微知道一點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的人都能意識(shí)到，在正向查詢的域里面做反向查詢犯犁，其做法只有遍歷整個(gè)數(shù)據(jù)集合----對(duì)于DNS來說属愤，那就是遍歷整個(gè)數(shù)據(jù)庫， 這將帶來巨大的負(fù)擔(dān)酸役，所以DNS采取了另一種方法春塌，使用另一棵子樹來維護(hù)IP-〉域名的對(duì)應(yīng)表。這個(gè)子樹的根節(jié)點(diǎn)是in-addr.arpa,而一個(gè)IP 例如192.168.11.2)所具有的DNS地址就是 2.11.168.192.in-addr.arpa（ip倒置）簇捍。在DNS系統(tǒng)里面只壳，一個(gè)反向地址對(duì)應(yīng)一個(gè)PTR紀(jì)錄（對(duì)應(yīng)A紀(jì)錄），所以反向查詢又叫 做指針(PTR)查詢暑塑。
4.其他問題的討論
4.1.DNS服務(wù)器高速緩存
BIND9默認(rèn)是作為一個(gè)高速緩存服務(wù)器吼句，其將所有的查詢都轉(zhuǎn)交到根服務(wù)器去，然后得到結(jié)果并放在本地的緩沖區(qū)事格，以加快查詢速度惕艳。如果有興趣可以安裝一個(gè)BIND9來嘗試一下。而自己定義的zone則可以規(guī)定其在緩存中的時(shí)間驹愚，一般是1天（就是配置文件中的1D）远搪。
4.2.用UDP還是TCP
DNS服務(wù)器支持TCP和UDP兩種協(xié)議的查詢方式，而且端口都是53逢捺。而大多數(shù)的查詢都是UDP查詢的谁鳍，一般需要TCP查詢的有兩種情況：
當(dāng)查詢數(shù)據(jù)多大以至于產(chǎn)生了數(shù)據(jù)截?cái)?TC標(biāo)志為1)，這時(shí)，需要利用TCP的分片能力來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸（看TCP的相關(guān)章節(jié)）倘潜。
當(dāng)主（master）服務(wù)器和輔（slave）服務(wù)器之間通信绷柒，輔服務(wù)器要拿到主服務(wù)器的zone信息的時(shí)候。
TCP協(xié)議概述
TCP和UDP處在同一層---運(yùn)輸層涮因，但是TCP和UDP最不同的地方是废睦，TCP提供了一種可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，TCP是面向連接的养泡，也就是說嗜湃，利用TCP通信的兩臺(tái)主機(jī)首先要經(jīng)歷一個(gè)“撥打電話”的過程，等到通信準(zhǔn)備結(jié)束才開始傳輸數(shù)據(jù)澜掩，最后結(jié)束通話净蚤。所以TCP要比UDP可靠的多，UDP是把數(shù)據(jù)直接發(fā)出去输硝，而不管對(duì)方是不是在收信，就算是UDP無法送達(dá)程梦，也不會(huì)產(chǎn)生ICMP差錯(cuò)報(bào)文点把，這一經(jīng)時(shí)重申了很多遍了。
把TCP保證可靠性的簡(jiǎn)單工作原理摘抄如下：
應(yīng)用數(shù)據(jù)被分割成TCP認(rèn)為最適合發(fā)送的數(shù)據(jù)塊屿附。這和UDP完全不同郎逃，應(yīng)用程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度將保持不變。由TCP傳遞給IP的信息單位稱為報(bào)文段或段（ segment）（參見圖1 - 7）挺份。在1 8.4節(jié)我們將看到TCP如何確定報(bào)文段的長(zhǎng)度褒翰。
當(dāng)TCP發(fā)出一個(gè)段后，它啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器匀泊，等待目的端確認(rèn)收到這個(gè)報(bào)文段优训。如果不能及時(shí)收到一個(gè)確認(rèn)，將重發(fā)這個(gè)報(bào)文段各聘。在第21章我們將了解TCP協(xié)議中自適應(yīng)的超時(shí)及重傳策略揣非。
當(dāng)TCP收到發(fā)自TCP連接另一端的數(shù)據(jù)，它將發(fā)送一個(gè)確認(rèn)躲因。這個(gè)確認(rèn)不是立即發(fā)送早敬，通常將推遲幾分之一秒，這將在1 9.3節(jié)討論大脉。
TCP將保持它首部和數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)和搞监。這是一個(gè)端到端的檢驗(yàn)和，目的是檢測(cè)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的任何變化镰矿。如果收到段的檢驗(yàn)和有差錯(cuò)琐驴，TP將丟棄這個(gè)報(bào)文段和不確認(rèn)收到此報(bào)文段（希望發(fā)端超時(shí)并重發(fā)）色建。
既然TCP報(bào)文段作為IP數(shù)據(jù)報(bào)來傳輸侥蒙，而IP數(shù)據(jù)報(bào)的到達(dá)可能會(huì)失序，因此TCP報(bào)文段 的到達(dá)也可能會(huì)失序。如果必要障般， TCP將對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排序，將收到的數(shù)據(jù)以正確的順序交給應(yīng)用層扰魂。
TCP還能提供流量控制肃叶。TCP連接的每一方都有固定大小的緩沖空間。TCP的接收端只允許另一端發(fā)送接收端緩沖區(qū)所能接納的數(shù)據(jù)茁帽。這將防止較快主機(jī)致使較慢主機(jī)的緩沖區(qū)溢出玉罐。
從這段話中可以看到，TCP中保持可靠性的方式就是超時(shí)重發(fā)潘拨，這是有道理的吊输，雖然TCP也可以用各種各樣的ICMP報(bào)文來處理這些，但是這也不是可靠的铁追，最可靠的方式就是只要不得到確認(rèn)季蚂，就重新發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)，直到得到對(duì)方的確認(rèn)為止琅束。
TCP的首部和UDP首部一樣扭屁，都有發(fā)送端口號(hào)和接收端口號(hào)。但是顯然涩禀，TCP的首部信息要比UDP的多料滥，可以看到，TCP協(xié)議提供了發(fā)送和確認(rèn)所需要的所有必要的信息艾船。這在P171-173有詳細(xì)地介紹葵腹。可以想象一個(gè)TCP數(shù)據(jù)的發(fā)送應(yīng)該是如下的一個(gè)過程屿岂。
雙方建立連接
發(fā)送方給接受方TCP數(shù)據(jù)報(bào)践宴，然后等待對(duì)方的確認(rèn)TCP數(shù)據(jù)報(bào)，如果沒有爷怀，就重新發(fā)浴井，如果有，就發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)霉撵。
接受方等待發(fā)送方的數(shù)據(jù)報(bào)磺浙，如果得到數(shù)據(jù)報(bào)并檢驗(yàn)無誤，就發(fā)送ACK(確認(rèn))數(shù)據(jù)報(bào)徒坡，并等待下一個(gè)TCP數(shù)據(jù)報(bào)的到來撕氧。直到接收到FIN(發(fā)送完成數(shù)據(jù)報(bào))
中止連接
可以想見，為了建立一個(gè)TCP連接喇完，系統(tǒng)可能會(huì)建立一個(gè)新的進(jìn)程（最差也是一個(gè)線程）伦泥，來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。
TCP連接的建立與中止
TCP是一個(gè)面向連接的協(xié)議，所以在連接雙方發(fā)送數(shù)據(jù)之前不脯，都需要首先建立一條連接府怯。
這和前面講到的協(xié)議完全不同。前面講的所有協(xié)議都只是發(fā)送數(shù)據(jù)而已防楷，大多數(shù)都不關(guān)心發(fā)送的數(shù)據(jù)是不是送到牺丙，UDP尤其明顯，從編程的角度來說复局，UDP編程也要簡(jiǎn)單的多----UDP都不用考慮數(shù)據(jù)分片冲簿。
書中用telnet登陸退出來解釋TCP協(xié)議連接的建立和中止的過程，可以看到：
TCP連接的建立可以簡(jiǎn)單的稱為三次握手亿昏，而連接的中止則可以叫做四次握手峦剔。
1.連接的建立
在建立連接的時(shí)候，客戶端首先向服務(wù)器申請(qǐng)打開某一個(gè)端口(用SYN段等于1的TCP報(bào)文)角钩，然后服務(wù)器端發(fā)回一個(gè)ACK報(bào)文通知客戶端請(qǐng)求報(bào)文收到吝沫，客戶端收到確認(rèn)報(bào)文以后再次發(fā)出確認(rèn)報(bào)文確認(rèn)剛才服務(wù)器端發(fā)出的確認(rèn)報(bào)文（繞口么），至此递礼，連接的建立完成惨险。這就叫做三次握手。如果打算讓雙方都做好準(zhǔn)備的話宰衙，一定要發(fā)送三次報(bào)文，而且只需要三次報(bào)文就可以了睹欲。
可以想見供炼，如果再加上TCP的超時(shí)重傳機(jī)制，那么TCP就完全可以保證一個(gè)數(shù)據(jù)包被送到目的地窘疮。
2.結(jié)束連接
TCP有一個(gè)特別的概念叫做half-close袋哼，這個(gè)概念是說，TCP的連接是全雙工（可以同時(shí)發(fā)送和接收）連接闸衫，因此在關(guān)閉連接的時(shí)候涛贯，必須關(guān)閉傳和送兩個(gè)方向上的連接∥党觯客戶機(jī)給服務(wù)器一個(gè)FIN為1的TCP報(bào)文弟翘，然后服務(wù)器返回給客戶端一個(gè)確認(rèn)ACK報(bào)文，并且發(fā)送一個(gè)FIN報(bào)文骄酗，當(dāng)客戶機(jī)回復(fù)ACK報(bào)文后（四次握手）稀余，連接就結(jié)束了。
3.最大報(bào)文長(zhǎng)度
在建立連接的時(shí)候趋翻，通信的雙方要互相確認(rèn)對(duì)方的最大報(bào)文長(zhǎng)度(MSS)睛琳，以便通信。一般這個(gè)SYN長(zhǎng)度是MTU減去固定IP首部和TCP首部長(zhǎng)度。對(duì)于一個(gè)以太網(wǎng)师骗，一般可以達(dá)到1460字節(jié)历等。當(dāng)然如果對(duì)于非本地的IP，這個(gè)MSS可能就只有536字節(jié)辟癌，而且寒屯，如果中間的傳輸網(wǎng)絡(luò)的MSS更佳的小的話，這個(gè)值還會(huì)變得更小愿待。
4.TCP的狀態(tài)遷移圖
書P182頁給出了TCP的狀態(tài)圖浩螺，這是一個(gè)看起來比較復(fù)雜的狀態(tài)遷移圖，因?yàn)樗藘蓚€(gè)部分---服務(wù)器的狀態(tài)遷移和客戶端的狀態(tài)遷移仍侥，如果從某一個(gè)角度出發(fā)來看這個(gè)圖要出，就會(huì)清晰許多，這里面的服務(wù)器和客戶端都不是絕對(duì)的农渊，發(fā)送數(shù)據(jù)的就是客戶端患蹂，接受數(shù)據(jù)的就是服務(wù)器。
4.1.客戶端應(yīng)用程序的狀態(tài)遷移圖
客戶端的狀態(tài)可以用如下的流程來表示：
CLOSED->SYN_SENT->ESTABLISHED->FIN_WAIT_1->FIN_WAIT_2->TIME_WAIT->CLOSED
以上流程是在程序正常的情況下應(yīng)該有的流程砸紊，從書中的圖中可以看到传于，在建立連接時(shí)，當(dāng)客戶端收到SYN報(bào)文的ACK以后醉顽，客戶端就打開了數(shù)據(jù)交互地連接沼溜。而結(jié)束連接則通常是客戶端主動(dòng)結(jié)束的，客戶端結(jié)束應(yīng)用程序以后游添，需要經(jīng)歷FIN_WAIT_1系草，F(xiàn)IN_WAIT_2等狀態(tài)，這些狀態(tài)的遷移就是前面提到的結(jié)束連接的四次握手唆涝。
4.2.服務(wù)器的狀態(tài)遷移圖
服務(wù)器的狀態(tài)可以用如下的流程來表示：
CLOSED->LISTEN->SYN收到->ESTABLISHED->CLOSE_WAIT->LAST_ACK->CLOSED
TCP是一個(gè)面向連接的協(xié)議找都，所以在連接雙方發(fā)送數(shù)據(jù)之前，都需要首先建立一條連接廊酣。
這和前面講到的協(xié)議完全不同能耻。前面講的所有協(xié)議都只是發(fā)送數(shù)據(jù)而已，大多數(shù)都不關(guān)心發(fā)送的數(shù)據(jù)是不是送到亡驰，UDP尤其明顯晓猛，從編程的角度來說，UDP編程也要簡(jiǎn)單的多----UDP都不用考慮數(shù)據(jù)分片凡辱。
書中用telnet登陸退出來解釋TCP協(xié)議連接的建立和中止的過程鞍帝，可以看到：
>TCP連接的建立可以簡(jiǎn)單的稱為三次握手，而連接的中止則可以叫做四次握手煞茫。
### 1.連接的建立
>在建立連接的時(shí)候帕涌，客戶端首先向服務(wù)器申請(qǐng)打開某一個(gè)端口(用SYN段等于1的TCP報(bào)文)摄凡，然后服務(wù)器端發(fā)回一個(gè)ACK報(bào)文通知客戶端請(qǐng)求報(bào)文收到，客戶端收到確認(rèn)報(bào)文以后再次發(fā)出確認(rèn)報(bào)文確認(rèn)剛才服務(wù)器端發(fā)出的確認(rèn)報(bào)文（繞口么）蚓曼，至此亲澡，連接的建立完成。這就叫做三次握手纫版。如果打算讓雙方都做好準(zhǔn)備的話床绪，一定要發(fā)送三次報(bào)文，而且只需要三次報(bào)文就可以了其弊。
可以想見癞己，如果再加上TCP的超時(shí)重傳機(jī)制，那么TCP就完全可以保證一個(gè)數(shù)據(jù)包被送到目的地梭伐。
### 2.結(jié)束連接
>TCP有一個(gè)特別的概念叫做half-close痹雅，這個(gè)概念是說，TCP的連接是全雙工（可以同時(shí)發(fā)送和接收）連接糊识，因此在關(guān)閉連接的時(shí)候绩社，必須關(guān)閉傳和送兩個(gè)方向上的連接÷该纾客戶機(jī)給服務(wù)器一個(gè)FIN為1的TCP報(bào)文愉耙，然后服務(wù)器返回給客戶端一個(gè)確認(rèn)ACK報(bào)文，并且發(fā)送一個(gè)FIN報(bào)文拌滋，當(dāng)客戶機(jī)回復(fù)ACK報(bào)文后（四次握手）朴沿，連接就結(jié)束了。
### 3.最大報(bào)文長(zhǎng)度
>在建立連接的時(shí)候败砂，通信的雙方要互相確認(rèn)對(duì)方的最大報(bào)文長(zhǎng)度(MSS)赌渣，以便通信。一般這個(gè)SYN長(zhǎng)度是MTU減去固定IP首部和TCP首部長(zhǎng)度吠卷。對(duì)于一個(gè)以太網(wǎng)锡垄，一般可以達(dá)到1460字節(jié)沦零。當(dāng)然如果對(duì)于非本地的IP祭隔，這個(gè)MSS可能就只有536字節(jié)，而且路操，如果中間的傳輸網(wǎng)絡(luò)的MSS更佳的小的話疾渴，這個(gè)值還會(huì)變得更小。
### 4.TCP的狀態(tài)遷移圖
>書P182頁給出了TCP的狀態(tài)圖屯仗，這是一個(gè)看起來比較復(fù)雜的狀態(tài)遷移圖搞坝，因?yàn)樗藘蓚€(gè)部分---服務(wù)器的狀態(tài)遷移和客戶端的狀態(tài)遷移，如果從某一個(gè)角度出發(fā)來看這個(gè)圖魁袜，就會(huì)清晰許多桩撮，這里面的服務(wù)器和客戶端都不是絕對(duì)的敦第，發(fā)送數(shù)據(jù)的就是客戶端，接受數(shù)據(jù)的就是服務(wù)器店量。
>##### 4.1.客戶端應(yīng)用程序的狀態(tài)遷移圖
>>客戶端的狀態(tài)可以用如下的流程來表示：
CLOSED->SYN_SENT->ESTABLISHED->FIN_WAIT_1->FIN_WAIT_2->TIME_WAIT->CLOSED
以上流程是在程序正常的情況下應(yīng)該有的流程芜果，從書中的圖中可以看到，在建立連接時(shí)融师，當(dāng)客戶端收到SYN報(bào)文的ACK以后右钾，客戶端就打開了數(shù)據(jù)交互地連接。而結(jié)束連接則通常是客戶端主動(dòng)結(jié)束的旱爆，客戶端結(jié)束應(yīng)用程序以后舀射，需要經(jīng)歷FIN_WAIT_1，F(xiàn)IN_WAIT_2等狀態(tài)怀伦，這些狀態(tài)的遷移就是前面提到的結(jié)束連接的四次握手脆烟。
>##### 4.2.服務(wù)器的狀態(tài)遷移圖
>>服務(wù)器的狀態(tài)可以用如下的流程來表示：
CLOSED->LISTEN->SYN收到->ESTABLISHED->CLOSE_WAIT->LAST_ACK->CLOSED
在建立連接的時(shí)候，服務(wù)器端是在第三次握手之后才進(jìn)入數(shù)據(jù)交互狀態(tài)空镜，而關(guān)閉連接則是在關(guān)閉連接的第二次握手以后（注意不是第四次）浩淘。而關(guān)閉以后還要等待客戶端給出最后的ACK包才能進(jìn)入初始的狀態(tài)。
4.3.其他狀態(tài)遷移
書中的圖還有一些其他的狀態(tài)遷移吴攒，這些狀態(tài)遷移針對(duì)服務(wù)器和客戶端兩方面的總結(jié)如下
LISTEN->SYN_SENT张抄，對(duì)于這個(gè)解釋就很簡(jiǎn)單了，服務(wù)器有時(shí)候也要打開連接的嘛洼怔。
SYN_SENT->SYN收到署惯，服務(wù)器和客戶端在SYN_SENT狀態(tài)下如果收到SYN數(shù)據(jù)報(bào)钥飞，則都需要發(fā)送SYN的ACK數(shù)據(jù)報(bào)并把自己的狀態(tài)調(diào)整到SYN收到狀態(tài)搬素，準(zhǔn)備進(jìn)入ESTABLISHED
SYN_SENT->CLOSED，在發(fā)送超時(shí)的情況下碘赖，會(huì)返回到CLOSED狀態(tài)安岂。
SYN_收到->LISTEN轻猖，如果受到RST包，會(huì)返回到LISTEN狀態(tài)域那。
SYN_收到->FIN_WAIT_1咙边，這個(gè)遷移是說，可以不用到ESTABLISHED狀態(tài)次员，而可以直接跳轉(zhuǎn)到FIN_WAIT_1狀態(tài)并等待關(guān)閉败许。
4.4. 2MSL等待狀態(tài)
書中給的圖里面，有一個(gè)TIME_WAIT等待狀態(tài)淑蔚，這個(gè)狀態(tài)又叫做2MSL狀態(tài)市殷，說的是在TIME_WAIT2發(fā)送了最后一個(gè)ACK數(shù)據(jù)報(bào)以后，要進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)刹衫，這個(gè)狀態(tài)是防止最后一次握手的數(shù)據(jù)報(bào)沒有傳送到對(duì)方那里而準(zhǔn)備的（注意這不是四次握手醋寝，這是第四次握手的保險(xiǎn)狀態(tài)）搞挣。這個(gè)狀態(tài)在很大程度上保證了雙方都可以正常結(jié)束，但是音羞，問題也來了柿究。
由于插口的2MSL狀態(tài)（插口是IP和端口對(duì)的意思，socket）黄选，使得應(yīng)用程序在2MSL時(shí)間內(nèi)是無法再次使用同一個(gè)插口的蝇摸，對(duì)于客戶程序還好一些，但是對(duì)于服務(wù)程序办陷，例如httpd貌夕，它總是要使用同一個(gè)端口來進(jìn)行服務(wù)，而在2MSL時(shí)間內(nèi)民镜，啟動(dòng)httpd就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤（插口被使用）啡专。為了避免這個(gè)錯(cuò)誤，服務(wù)器給出了一個(gè)平靜時(shí)間的概念制圈，這是說在2MSL時(shí)間內(nèi)们童，雖然可以重新啟動(dòng)服務(wù)器，但是這個(gè)服務(wù)器還是要平靜的等待2MSL時(shí)間的過去才能進(jìn)行下一次連接鲸鹦。
4.5.FIN_WAIT_2狀態(tài)
這就是著名的半關(guān)閉的狀態(tài)了慧库，這是在關(guān)閉連接時(shí)，客戶端和服務(wù)器兩次握手之后的狀態(tài)馋嗜。在這個(gè)狀態(tài)下齐板，應(yīng)用程序還有接受數(shù)據(jù)的能力，但是已經(jīng)無法發(fā)送數(shù)據(jù)葛菇，但是也有一種可能是甘磨，客戶端一直處于FIN_WAIT_2狀態(tài)，而服務(wù)器則一直處于WAIT_CLOSE狀態(tài)眯停，而直到應(yīng)用層來決定關(guān)閉這個(gè)狀態(tài)济舆。
5.RST，同時(shí)打開和同時(shí)關(guān)閉
RST是另一種關(guān)閉連接的方式莺债，應(yīng)用程序應(yīng)該可以判斷RST包的真實(shí)性滋觉，即是否為異常中止。而同時(shí)打開和同時(shí)關(guān)閉則是兩種特殊的TCP狀態(tài)九府，發(fā)生的概率很小椎瘟。
6.TCP服務(wù)器設(shè)計(jì)
前面曾經(jīng)講述過UDP的服務(wù)器設(shè)計(jì)覆致，可以發(fā)現(xiàn)UDP的服務(wù)器完全不需要所謂的并發(fā)機(jī)制侄旬，它只要建立一個(gè)數(shù)據(jù)輸入隊(duì)列就可以。但是TCP不同煌妈，TCP服務(wù)器對(duì)于每一個(gè)連接都需要建立一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程（或者是輕量級(jí)的儡羔，線程）宣羊，來保證對(duì)話的獨(dú)立性。所以TCP服務(wù)器是并發(fā)的汰蜘。而且TCP還需要配備一個(gè)呼入連接請(qǐng)求隊(duì)列（UDP服務(wù)器也同樣不需要）仇冯，來為每一個(gè)連接請(qǐng)求建立對(duì)話進(jìn)程，這也就是為什么各種TCP服務(wù)器都有一個(gè)最大連接數(shù)的原因族操。而根據(jù)源主機(jī)的IP和端口號(hào)碼苛坚，服務(wù)器可以很輕松的區(qū)別出不同的會(huì)話，來進(jìn)行數(shù)據(jù)的分發(fā)色难。
掌握本章的狀態(tài)遷移圖才是學(xué)習(xí)本章的關(guān)鍵泼舱。
TCP交互數(shù)據(jù)流，成塊數(shù)據(jù)流
目前建立在TCP協(xié)議上的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議特別多枷莉，有telnet娇昙，ssh，有ftp笤妙，有http等等冒掌。這些協(xié)議又可以根據(jù)數(shù)據(jù)吞吐量來大致分成兩大類：
(1)交互數(shù)據(jù)類型，例如telnet蹲盘，ssh股毫，這種類型的協(xié)議在大多數(shù)情況下只是做小流量的數(shù)據(jù)交換，比如說按一下鍵盤召衔，回顯一些文字等等皇拣。
(2)數(shù)據(jù)成塊類型，例如ftp薄嫡，這種類型的協(xié)議要求TCP能盡量的運(yùn)載數(shù)據(jù)氧急，把數(shù)據(jù)的吞吐量做到最大，并盡可能的提高效率毫深。針對(duì)這兩種情況吩坝，TCP給出了兩種不同的策略來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
1.TCP的交互數(shù)據(jù)流
對(duì)于交互性要求比較高的應(yīng)用哑蔫，TCP給出兩個(gè)策略來提高發(fā)送效率和減低網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)：
- 捎帶ACK钉寝。
- Nagle算法（一次盡量多的發(fā)數(shù)據(jù)）。
通常闸迷，在網(wǎng)絡(luò)速度很快的情況下嵌纲，比如用lo接口進(jìn)行telnet通信，當(dāng)按下字母鍵并要求回顯的時(shí)候腥沽，客戶端和服務(wù)器將經(jīng)歷 發(fā)送按鍵數(shù)據(jù)->服務(wù)器發(fā)送按鍵數(shù)據(jù)的ack -> 服務(wù)器端發(fā)送回顯數(shù)據(jù)->客戶端發(fā)送回顯數(shù)據(jù)的ACK的過程逮走，而其中的數(shù)據(jù)流量將是40bit + 41bit+41bit+40bit = 162bit，如果在廣域網(wǎng)里面今阳，這種小分組的TCP流量將會(huì)造成很大的網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)师溅。
1.1.捎帶ACK的發(fā)送方式
這個(gè)策略是說茅信，當(dāng)主機(jī)收到遠(yuǎn)程主機(jī)的TCP數(shù)據(jù)報(bào)之后，通常不馬上發(fā)送ACK數(shù)據(jù)報(bào)墓臭，而是等上一個(gè)短暫的時(shí)間蘸鲸，如果這段時(shí)間里面主機(jī)還有發(fā)送到遠(yuǎn)程主機(jī)的TCP數(shù)據(jù)報(bào)，那么就把這個(gè)ACK數(shù)據(jù)報(bào)“捎帶”著發(fā)送出去窿锉，把本來兩個(gè)TCP數(shù)據(jù)報(bào)整合成一個(gè)發(fā)送酌摇。一般的，這個(gè)時(shí)間是200ms嗡载∶畋裕可以明顯地看到這個(gè)策略可以把TCP數(shù)據(jù)報(bào)的利用率提高很多。
1.2.Nagle算法
上過bbs的人應(yīng)該都會(huì)有感受鼻疮，就是在網(wǎng)絡(luò)慢的時(shí)候發(fā)貼怯伊，有時(shí)鍵入一串字符串以后，經(jīng)過一段時(shí)間判沟，客戶端“發(fā)瘋”一樣突然回顯出很多內(nèi)容耿芹，就好像數(shù)據(jù)一下子傳過來了一樣，這就是Nagle算法的作用挪哄。
Nagle算法是說吧秕，當(dāng)主機(jī)A給主機(jī)B發(fā)送了一個(gè)TCP數(shù)據(jù)報(bào)并進(jìn)入等待主機(jī)B的ACK數(shù)據(jù)報(bào)的狀態(tài)時(shí)，TCP的輸出緩沖區(qū)里面只能有一個(gè)TCP數(shù)據(jù)報(bào)迹炼，并且砸彬，這個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)不斷地收集后來的數(shù)據(jù)，整合成一個(gè)大的數(shù)據(jù)報(bào)斯入，等到B主機(jī)的ACK包一到砂碉，就把這些數(shù)據(jù)“一股腦”的發(fā)送出去。
雖然這樣的描述有些不準(zhǔn)確刻两，但還算形象和易于理解增蹭，我們同樣可以體會(huì)到這個(gè)策略對(duì)于低減網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)的好處。
在編寫插口程序的時(shí)候磅摹，可以通過TCP_NODELAY來關(guān)閉這個(gè)算法滋迈。并且，使用這個(gè)算法看情況的户誓，比如基于TCP的X窗口協(xié)議饼灿，如果處理鼠標(biāo)事件時(shí)還是用這個(gè)算法，那么“延遲”可就非常大了帝美。
2.TCP的成塊數(shù)據(jù)流
對(duì)于FTP這樣對(duì)于數(shù)據(jù)吞吐量有較高要求的要求碍彭，將總是希望每次盡量多的發(fā)送數(shù)據(jù)到對(duì)方主機(jī)，就算是有點(diǎn)“延遲”也無所謂。TCP也提供了一整套的策略來支持這樣的需求硕旗。TCP協(xié)議中有16個(gè)bit表示“窗口”的大小，這是這些策略的核心女责。
2.1.傳輸數(shù)據(jù)時(shí)ACK的問題
在解釋滑動(dòng)窗口前漆枚，需要看看ACK的應(yīng)答策略，一般來說抵知，發(fā)送端發(fā)送一個(gè)TCP數(shù)據(jù)報(bào)墙基，那么接收端就應(yīng)該發(fā)送一個(gè)ACK數(shù)據(jù)報(bào)。但是事實(shí)上卻不是這樣刷喜，發(fā)送端將會(huì)連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)盡量填滿接受方的緩沖區(qū)残制，而接受方對(duì)這些數(shù)據(jù)只要發(fā)送一個(gè)ACK報(bào)文來回應(yīng)就可以了，這就是ACK的累積特性掖疮，這個(gè)特性大大減少了發(fā)送端和接收端的負(fù)擔(dān)初茶。
2.2.滑動(dòng)窗口
滑動(dòng)窗口本質(zhì)上是描述接受方的TCP數(shù)據(jù)報(bào)緩沖區(qū)大小的數(shù)據(jù)，發(fā)送方根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)來計(jì)算自己最多能發(fā)送多長(zhǎng)的數(shù)據(jù)浊闪。如果發(fā)送方收到接受方的窗口大小為0的TCP數(shù)據(jù)報(bào)恼布，那么發(fā)送方將停止發(fā)送數(shù)據(jù)，等到接受方發(fā)送窗口大小不為0的數(shù)據(jù)報(bào)的到來搁宾。
書中的P211和P212很好的解釋了這一點(diǎn)折汞。
關(guān)于滑動(dòng)窗口協(xié)議，書上還介紹了三個(gè)術(shù)語盖腿，分別是：
窗口合攏：當(dāng)窗口從左邊向右邊靠近的時(shí)候爽待，這種現(xiàn)象發(fā)生在數(shù)據(jù)被發(fā)送和確認(rèn)的時(shí)候。
窗口張開：當(dāng)窗口的右邊沿向右邊移動(dòng)的時(shí)候翩腐，這種現(xiàn)象發(fā)生在接受端處理了數(shù)據(jù)以后鸟款。
窗口收縮：當(dāng)窗口的右邊沿向左邊移動(dòng)的時(shí)候，這種現(xiàn)象不常發(fā)生茂卦。
TCP就是用這個(gè)窗口欠雌，慢慢的從數(shù)據(jù)的左邊移動(dòng)到右邊，把處于窗口范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送出去（但不用發(fā)送所有疙筹，只是處于窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)可以發(fā)送富俄。）。這就是窗口的意義而咆。圖20-6解釋了這一點(diǎn)霍比。窗口的大小是可以通過socket來制定的，4096并不是最理想的窗口大小暴备，而16384則可以使吞吐量大大的增加悠瞬。
2.3.數(shù)據(jù)擁塞
上面的策略用于局域網(wǎng)內(nèi)傳輸還可以，但是用在廣域網(wǎng)中就可能會(huì)出現(xiàn)問題，最大的問題就是當(dāng)傳輸時(shí)出現(xiàn)了瓶頸（比如說一定要經(jīng)過一個(gè)slip低速鏈路）所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)堵塞問題（擁塞）浅妆，為了解決這個(gè)問題望迎，TCP發(fā)送方需要確認(rèn)連接雙方的線路的數(shù)據(jù)最大吞吐量是多少。這凌外，就是所謂的擁塞窗口辩尊。
擁塞窗口的原理很簡(jiǎn)單，TCP發(fā)送方首先發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)康辑，然后等待對(duì)方的回應(yīng)摄欲，得到回應(yīng)后就把這個(gè)窗口的大小加倍，然后連續(xù)發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)疮薇，等到對(duì)方回應(yīng)以后胸墙，再把這個(gè)窗口加倍（先是2的指數(shù)倍，到一定程度后就變成現(xiàn)行增長(zhǎng)按咒，這就是所謂的慢啟動(dòng)）迟隅，發(fā)送更多的數(shù)據(jù)報(bào)喇辽，直到出現(xiàn)超時(shí)錯(cuò)誤浆劲，這樣，發(fā)送端就了解到了通信雙方的線路承載能力礁扮，也就確定了擁塞窗口的大小呀伙，發(fā)送方就用這個(gè)擁塞窗口的大小發(fā)送數(shù)據(jù)补履。要觀察這個(gè)現(xiàn)象是非常容易的，我們一般在下載數(shù)據(jù)的時(shí)候剿另，速度都是慢慢“沖起來的”
以上就是TCP數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇笾铝鞒腆锎福m然并不細(xì)致，但是足以描述TCP的工作原理雨女，重點(diǎn)是TCP的流量控制原理谚攒，滑動(dòng)窗口，擁塞窗口氛堕，ACK累計(jì)確認(rèn)等知識(shí)點(diǎn)馏臭。
TCP的超時(shí)與重傳
超時(shí)重傳是TCP協(xié)議保證數(shù)據(jù)可靠性的另一個(gè)重要機(jī)制，其原理是在發(fā)送某一個(gè)數(shù)據(jù)以后就開啟一個(gè)計(jì)時(shí)器讼稚，在一定時(shí)間內(nèi)如果沒有得到發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)的ACK報(bào)文括儒，那么就重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直到發(fā)送成功為止锐想。
1.超時(shí)
超時(shí)時(shí)間的計(jì)算是超時(shí)的核心部分帮寻，TCP要求這個(gè)算法能大致估計(jì)出當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀況，雖然這確實(shí)很困難赠摇。要求精確的原因有兩個(gè)：
- (1)定時(shí)長(zhǎng)久會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)利用率不高固逗。
- (2)定時(shí)太短會(huì)造成多次重傳浅蚪，使得網(wǎng)絡(luò)阻塞。所以烫罩，書中給出了一套經(jīng)驗(yàn)公式惜傲，和其他的保證計(jì)時(shí)器準(zhǔn)確的措施。
1.1.遞推公式概說
最早的TCP曾經(jīng)用了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的公式來估計(jì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的狀況贝攒，如下
R<-aR+(1-a)M
RTP=Rb
其中a是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為0.1盗誊，b通常為2。注意饿这，這是經(jīng)驗(yàn)浊伙，沒有推導(dǎo)過程撞秋，這個(gè)數(shù)值是可以被修改的长捧。這個(gè)公式是說用舊的RTT(R)和新的RTT(M)綜合到一起來考慮新的RTT(R)的大小。但是吻贿，我們又看到串结，這種估計(jì)在網(wǎng)絡(luò)變化很大的情況下完全不能做出“靈敏的反應(yīng)”（Jacoboson說的，不是偶說的舅列，呵呵）肌割，于是就有下面的修正公式：
Err=M-A
A<-A+gErr
D<-D+h(|Err|-D)
RTO=A+4D
具體的解釋請(qǐng)看書的228頁，這個(gè)遞推公式甚至把方差這種統(tǒng)計(jì)概念也使用了進(jìn)來帐要，使得偏差更加的小把敞。而且，必須要指出的是榨惠，這兩組公式更新奋早，都是在數(shù)據(jù)成功傳輸?shù)那闆r下才進(jìn)行，在發(fā)生數(shù)據(jù)重新傳輸?shù)那闆r下赠橙，并不使用上面的公式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)估計(jì)耽装，理由很簡(jiǎn)單，因?yàn)槌绦蛞呀?jīng)不在正常狀態(tài)下了期揪，估計(jì)出來的數(shù)據(jù)也是沒有意義的掉奄。
1.2.RTO的初始化
RTO的初始化是由公式?jīng)Q定的，例如最初的公式凤薛，初始的值應(yīng)該是1姓建。而修正公式，初始RTO應(yīng)該是A+4D缤苫。
1.3.RTO的更新
當(dāng)數(shù)據(jù)正常傳輸?shù)那闆r下引瀑，我們就會(huì)用上面的公式來更新各個(gè)數(shù)據(jù)，并重開定時(shí)器榨馁，來保證下一個(gè)數(shù)據(jù)被順利傳輸憨栽。要注意的是：重傳的情況下，RTO不用上面的公式計(jì)算，而采用一種叫做“指數(shù)退避”的方式屑柔。例如：當(dāng)RTO為1S的情況下屡萤，發(fā)生了數(shù)據(jù)重傳，我們就用RTO=2S的定時(shí)器來重新傳輸數(shù)據(jù)掸宛，下一次用4S死陆。一直增加到64S為止。
1.4.估計(jì)器的初始化
在這里唧瘾，SYN用的估計(jì)器初始化似乎和傳輸用的估計(jì)器不一樣（我也沒有把握）造我的理解措译，在修正公式中，SYN的情況下饰序，A初始化為0,D初始化為3S领虹。
而在得到傳輸?shù)谝粋€(gè)數(shù)據(jù)的ACK的時(shí)候，應(yīng)該按照下面的公式進(jìn)行初始化：
A=M+0.5
D=A/2
1.5.估計(jì)器的更新
和上面的討論差不多求豫，就是在正常情況下塌衰，用上面的公式計(jì)算，在重傳的情況下蝠嘉，不更新估計(jì)器的各種參數(shù)最疆。原因還是因?yàn)楣烙?jì)不準(zhǔn)確。
1.6.Karn算法
這不算是一個(gè)算法蚤告，這應(yīng)該是一個(gè)策略努酸，說的就是更新RTO和估計(jì)器的值的時(shí)機(jī)選擇問題，1.3.和1.5.所說得更新時(shí)機(jī)就是Karn算法杜恰。
1.7.計(jì)時(shí)器的使用
兩句話:一個(gè)連接中获诈，有且僅有一個(gè)測(cè)量定時(shí)器被使用。也就是說箫章，如果TCP連續(xù)發(fā)出3組數(shù)據(jù)烙荷，只有一組數(shù)據(jù)會(huì)被測(cè)量。
ACK數(shù)據(jù)報(bào)不會(huì)被測(cè)量檬寂，原因很簡(jiǎn)單终抽，沒有ACK的ACK回應(yīng)可以供結(jié)束定時(shí)器測(cè)量。
2.重傳
有了超時(shí)就要有重傳桶至，但是就算是重傳也是有策略的昼伴，而不是將數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單的發(fā)送。
2.1.重傳時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的大小
前面曾經(jīng)提到過镣屹，數(shù)據(jù)在傳輸?shù)臅r(shí)候不能只使用一個(gè)窗口協(xié)議圃郊，我們還需要有一個(gè)擁塞窗口來控制數(shù)據(jù)的流量，使得數(shù)據(jù)不會(huì)一下子都跑到網(wǎng)路中引起“擁塞”女蜈。也曾經(jīng)提到過持舆，擁塞窗口最初使用指數(shù)增長(zhǎng)的速度來增加自身的窗口色瘩，直到發(fā)生超時(shí)重傳，再進(jìn)行一次微調(diào)逸寓。但是沒有提到居兆，如何進(jìn)行微調(diào)，擁塞避免算法和慢啟動(dòng)門限就是為此而生竹伸。
所謂的慢啟動(dòng)門限就是說泥栖，當(dāng)擁塞窗口超過這個(gè)門限的時(shí)候，就使用擁塞避免算法勋篓，而在門限以內(nèi)就采用慢啟動(dòng)算法吧享。所以這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)才叫做門限，通常譬嚣，擁塞窗口記做cwnd钢颂，慢啟動(dòng)門限記做ssthresh。下面我們來看看擁塞避免和慢啟動(dòng)是怎么一起工作的
算法概要(直接從書中拷貝)
對(duì)一個(gè)給定的連接孤荣，初始化cwnd為1個(gè)報(bào)文段甸陌，ssthresh為65535個(gè)字節(jié)须揣。
TCP輸出例程的輸出不能超過cwnd和接收方通告窗口的大小盐股。擁塞避免是發(fā)送方使用 的流量控制，而通告窗口則是接收方進(jìn)行的流量控制耻卡。前者是發(fā)送方感受到的網(wǎng)絡(luò)擁塞的估 計(jì)疯汁，而后者則與接收方在該連接上的可用緩存大小有關(guān)。
當(dāng)擁塞發(fā)生時(shí)（超時(shí)或收到重復(fù)確認(rèn)）卵酪，ssthresh被設(shè)置為當(dāng)前窗口大小的一半（cwnd 和接收方通告窗口大小的最小值幌蚊，但最少為2個(gè)報(bào)文段）。此外溃卡，如果是超時(shí)引起了擁塞溢豆，則 cwnd被設(shè)置為1個(gè)報(bào)文段（這就是慢啟動(dòng)）。
當(dāng)新的數(shù)據(jù)被對(duì)方確認(rèn)時(shí)瘸羡，就增加cwnd漩仙，但增加的方法依賴于我們是否正在進(jìn)行慢啟動(dòng)或擁塞避免。如果cwnd小于或等于ssthresh犹赖，則正在進(jìn)行慢啟動(dòng)队他，否則正在進(jìn)行擁塞避免。 慢啟動(dòng)一直持續(xù)到我們回到當(dāng)擁塞發(fā)生時(shí)所處位置的半時(shí)候才停止（因?yàn)槲覀冇涗浟嗽诓襟E2 中給我們制造麻煩的窗口大小的一半）峻村，然后轉(zhuǎn)為執(zhí)行擁塞避免麸折。
補(bǔ)充上面的擁塞避免公式在P238頁。
2.2.快速重傳和快速恢復(fù)算法
這是數(shù)據(jù)丟包的情況下給出的一種修補(bǔ)機(jī)制粘昨。一般來說垢啼，重傳發(fā)生在超時(shí)之后窜锯，但是如果發(fā)送端接受到3個(gè)以上的重復(fù)ACK的情況下，就應(yīng)該意識(shí)到芭析，數(shù)據(jù)丟了衬浑，需要重新傳遞。這個(gè)機(jī)制是不需要等到重傳定時(shí)器溢出的放刨，所以叫做快速重傳工秩，而重新傳遞以后，因?yàn)樽叩牟皇锹龁?dòng)而是擁塞避免算法进统，所以又稱為快速恢復(fù)算法助币。流程如下：
- 當(dāng)收到第3個(gè)重復(fù)的ACK時(shí)，將ssthresh設(shè)置為當(dāng)前擁塞窗口cwnd的一半螟碎。重傳丟失的 報(bào)文段眉菱。設(shè)置cwnd為ssthresh加上3倍的報(bào)文段大小。
- 每次收到另一個(gè)重復(fù)的ACK時(shí)掉分， cwnd增加1個(gè)報(bào)文段大小并發(fā)送1個(gè)分組（如果新的 cwnd允許發(fā)送）俭缓。
- 當(dāng)下一個(gè)確認(rèn)新數(shù)據(jù)的ACK到達(dá)時(shí)，設(shè)置cwnd為ssthresh（在第1步中設(shè)置的值）酥郭。這個(gè) ACK應(yīng)該是在進(jìn)行重傳后的一個(gè)往返時(shí)間內(nèi)對(duì)步驟1中重傳的確認(rèn)华坦。另外，這個(gè)ACK也應(yīng)該 是對(duì)丟失的分組和收到的第1個(gè)重復(fù)的ACK之間的所有中間報(bào)文段的確認(rèn)不从。這一步采用的是擁塞避免惜姐，因?yàn)楫?dāng)分組丟失時(shí)我們將當(dāng)前的速率減半。
2.3.ICMP會(huì)引起重新傳遞么椿息？
不會(huì)歹袁，TCP會(huì)堅(jiān)持用自己的定時(shí)器，但TCP會(huì)保留下ICMP的錯(cuò)誤并且通知用戶寝优。
2.4.重新分組
TCP為了提高自己的效率条舔，允許再重新傳輸?shù)臅r(shí)候，只要傳輸包含重傳數(shù)據(jù)報(bào)文的報(bào)文就可以乏矾，而不用只重傳需要傳輸?shù)膱?bào)文孟抗。
TCP堅(jiān)持定時(shí)器，TCP逼扌埽活定時(shí)器
TCP一共有四個(gè)主要的定時(shí)器夸浅，前面已經(jīng)講到了一個(gè)－－超時(shí)定時(shí)器－－是TCP里面最復(fù)雜的一個(gè)，另外的三個(gè)是：
堅(jiān)持定時(shí)器
比右郏活定時(shí)器
2MSL定時(shí)器
其中堅(jiān)持定時(shí)器用于防止通告窗口為0以后帆喇，雙方互相等待死鎖的情況；而币谛兀活定時(shí)器則用于處理半開放連接坯钦。
1.堅(jiān)持定時(shí)器
堅(jiān)持定時(shí)器的原理是簡(jiǎn)單的预皇，當(dāng)TCP服務(wù)器收到了客戶端的0滑動(dòng)窗口報(bào)文的時(shí)候，就啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器來計(jì)時(shí)婉刀，并在定時(shí)器溢出的時(shí)候向向客戶端查詢窗口是否已經(jīng)增大吟温，如果得到非零的窗口就重新開始發(fā)送數(shù)據(jù)，如果得到0窗口就再開一個(gè)新的定時(shí)器準(zhǔn)備下一次查詢突颊。通過觀察可以得知鲁豪，TCP的堅(jiān)持定時(shí)器使用1，2律秃，4爬橡，8，16……64秒這樣的普通指數(shù)退避序列來作為每一次的溢出時(shí)間棒动。
糊涂窗口綜合癥
TCP的窗口協(xié)議糙申，會(huì)引起一種通常叫做糊涂窗口綜合癥的問題，具體表現(xiàn)為船惨，當(dāng)客戶端通告一個(gè)小的非零窗口時(shí)柜裸，服務(wù)器立刻發(fā)送小數(shù)據(jù)給客戶端并充滿其緩沖區(qū)，一來二去就會(huì)讓網(wǎng)絡(luò)中充滿小TCP數(shù)據(jù)報(bào)粱锐，從而影響網(wǎng)絡(luò)利用率疙挺。對(duì)于發(fā)送方和接收端的這種糊涂行為。TCP給出了一些建議（或者是規(guī)定）卜范。
接收方不通告小窗口衔统。
通常的算法是接收方不通告一個(gè)比當(dāng)前窗口大的窗口（可以為0）鹿榜，除非窗口可以增加一個(gè)報(bào)文段大泻Ｑ（也就是將要接收的MSS）或者可以增加接收方緩存空間的一半，不論實(shí)際有多少舱殿。
發(fā)送方避免出現(xiàn)糊涂窗口綜合癥的措施是只有以下條件之一滿足時(shí)才發(fā)送數(shù)據(jù)：
- 可以發(fā)送一個(gè)滿長(zhǎng)度的報(bào)文段奥裸；
- 可以發(fā)送至少是接收方通告窗口大小一半的報(bào)文段；
- 可以發(fā)送任何數(shù)據(jù)并且不希望接收ACK（也就是說沪袭，我們沒有還未被確認(rèn)的數(shù)據(jù)）或者該連接上不能使用Nagle算法湾宙。
ok，現(xiàn)在我們回憶一下冈绊，可以發(fā)現(xiàn)TCP的很多規(guī)定都是為了在一次傳送中發(fā)送盡量多的數(shù)據(jù)侠鳄，例如捎帶ACK數(shù)據(jù)報(bào)文的策略，Nagle算法死宣，重傳時(shí)發(fā)送包含原數(shù)據(jù)報(bào)文的策略融撞，等等草穆。
2.保活定時(shí)器
比荩活定時(shí)器更加的簡(jiǎn)單，還記得FTP或者Http服務(wù)器都有Sesstion Time機(jī)制么泛领？因?yàn)?strong>TCP是面向連接的，所以就會(huì)出現(xiàn)只連接不傳送數(shù)據(jù)的“半開放連接”，服務(wù)器當(dāng)然要檢測(cè)到這種連接并且在某些情況下釋放這種連接巴碗，這就是保活定時(shí)器的作用即寒。其時(shí)限根據(jù)服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)不同而不通橡淆。另外要提到的是，當(dāng)其中一端如果崩潰并重新啟動(dòng)的情況下母赵，如果收到該端“前生”的泵鞴福活探察，則要發(fā)送一個(gè)RST數(shù)據(jù)報(bào)文幫助另一端結(jié)束連接市咽。
在TCP剛出世的時(shí)候痊银，其主要工作環(huán)境是以太網(wǎng)和SLIP之類的低速網(wǎng)絡(luò)。隨著高速網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)施绎，讓TCP協(xié)議的吞吐量更大溯革，效率更高的要求就愈來愈迫切。為此谷醉，TCP增加了三個(gè)重要機(jī)制來對(duì)應(yīng)現(xiàn)在的變化致稀，他們是
- 路徑MTU發(fā)現(xiàn)。
- 窗口擴(kuò)大選項(xiàng)和時(shí)間戳俱尼。
- T/TCP(增加了事務(wù)功能的TCP協(xié)議)抖单。
1.路徑MTU發(fā)現(xiàn)
顧名思義路徑MTU指的是源主機(jī)到墓地主機(jī)之間的路徑的可傳送最大單元的大小。其原理同樣是使用設(shè)置了不許分片的IP數(shù)據(jù)報(bào)遇八，并等待ICMP錯(cuò)誤矛绘，來估算MTU的大小。書中的P257介紹了TCP如何根據(jù)ICMP的報(bào)文來修改自己的MTU刃永。具體如下：
- 當(dāng)源主機(jī)接收到較新的ICMP差錯(cuò)報(bào)文時(shí)货矮，就直接修改自己的最大發(fā)送報(bào)文段大小為發(fā)送ICMP差錯(cuò)報(bào)文的發(fā)送端的MTU與IP頭和TCP頭的差值。
- 當(dāng)源主機(jī)接收到較新的ICMP差錯(cuò)報(bào)文時(shí)斯够，則必須嘗試下一個(gè)MTU（各種不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都有一個(gè)MTU囚玫，各個(gè)MTU從大到小為"65535,17914,4464,4352,1500,1492,576,296"）。
- 因?yàn)槁酚煽梢詣?dòng)態(tài)變化读规，所以每隔10分鐘抓督，發(fā)送端就可以用比較大的報(bào)文來偵測(cè)一下路徑MTU。
2.長(zhǎng)肥管道
所謂的長(zhǎng)肥管道束亏，說的就是發(fā)送時(shí)延長(zhǎng)铃在，帶寬寬的管道，衡量這一概念的標(biāo)準(zhǔn)是時(shí)延面積枪汪。如果碰上了網(wǎng)絡(luò)“又長(zhǎng)又肥”涌穆，那么網(wǎng)絡(luò)的利用率就會(huì)大幅度的降低怔昨，普通的計(jì)時(shí)方法和窗口面積就不夠用了。就需要更多的措施來彌補(bǔ)這個(gè)缺陷宿稀。這就是時(shí)間戳和窗口擴(kuò)大選項(xiàng)趁舀。這些都是在經(jīng)典TCP協(xié)議頭之外定義的擴(kuò)展選項(xiàng)，格式如下:
2.1.時(shí)間戳選項(xiàng)
用戶在發(fā)送每一個(gè)TCP報(bào)文的時(shí)候都放置一個(gè)時(shí)間戳祝沸，接受方在確認(rèn)中返回這個(gè)時(shí)間戳值矮烹。發(fā)送方就可以根據(jù)這個(gè)時(shí)間戳來計(jì)算RTT。從而使得RTT更加精確罩锐，減少不必要的重傳奉狈。減低網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。
2.2.窗口擴(kuò)大選項(xiàng)
很奇怪的是為什么窗口最大的擴(kuò)展量只有14而不是64涩惑。因?yàn)楫吘勾翱跀U(kuò)大選項(xiàng)有一個(gè)字節(jié)那么長(zhǎng)的數(shù)據(jù)可以用仁期，不過，不管怎么樣竭恬，還是記住為好跛蛋。窗口擴(kuò)大選項(xiàng)可以讓窗口擴(kuò)大到2的30次方。這就幾乎完美的解決了肥管道的問題痊硕。
