TCP/IP学习笔记(转载自CSDN,总结得很好)

TCP/IP详解学习笔记(6)-UDP协议

1.UDP简要介绍

UDP是传输层协议，和TCP协议处于一个分层中，但是与TCP协议不同，UDP协议并不提供超时重传，出错重传等功能，也就是说其是不可靠的协议。

2.UDP协议头

2.1.UDP端口号

由于很多软件需要用到UDP协议，所以UDP协议必须通过某个标志用以区分不同的程序所需要的数据包。端口号的功能就在于此，例如某一个UDP程序A在系统中注册了3000端口，那么，以后从外面传进来的目的端口号为3000的UDP包都会交给该程序。端口号理论上可以有2^16这么多。因为它的长度是16个bit

2.2.UDP检验和

这是一个可选的选项，并不是所有的系统都对UDP数据包加以检验和数据(相对TCP协议的必须来说)，但是RFC中标准要求，发送端应该计算检验和。

UDP检验和覆盖UDP协议头和数据，这和IP的检验和是不同的，IP协议的检验和只是覆盖IP数据头，并不覆盖所有的数据。UDP和TCP都包含一个伪首部，这是为了计算检验和而摄制的。伪首部甚至还包含IP地址这样的IP协议里面都有的信息，目的是让UDP两次检查数据是否已经正确到达目的地。如果发送端没有打开检验和选项，而接收端计算检验和有差错，那么UDP数据将会被悄悄的丢掉（不保证送达），而不产生任何差错报文。

2.3.UDP长度

UDP可以很长很长，可以有65535字节那么长。但是一般网络在传送的时候，一次一般传送不了那么长的协议（涉及到MTU的问题），就只好对数据分片，当然，这些是对UDP等上级协议透明的，UDP不需要关心IP协议层对数据如何分片，下一个章节将会稍微讨论一些分片的策略。

3.IP分片

IP在从上层接到数据以后，要根据IP地址来判断从那个接口发送数据（通过选路），并进行MTU的查询，如果数据大小超过MTU就进行数据分片。数据的分片是对上层和下层透明，而数据也只是到达目的地还会被重新组装，不过不用担心，IP层提供了足够的信息进行数据的再组装。

在IP头里面，16bit识别号唯一记录了一个IP包的ID,具有同一个ID的IP片将会被重新组装；而13位片偏移则记录了某IP片相对整个包的位置；而这两个表示中间的3bit标志则标示着该分片后面是否还有新的分片。这三个标示就组成了IP分片的所有信息，接受方就可以利用这些信息对IP数据进行重新组织（就算是后面的分片比前面的分片先到，这些信息也是足够了）。

因为分片技术在网络上被经常的使用，所以伪造IP分片包进行流氓攻击的软件和人也就层出不穷。

可以用Trancdroute程序来进行简单的MTU侦测。请参看教材。

3.UDP和ARP之间的交互式用

这是不常被人注意到的一个细节，这是针对一些系统地实现来说的。当ARP缓存还是空的时候。UDP在被发送之前一定要发送一个ARP请求来获得目的主机的MAC地址，如果这个UDP的数据包足够大，大到IP层一定要对其进行分片的时候，想象中，该UDP数据包的第一个分片会发出一个ARP查询请求，所有的分片都辉等到这个查询完成以后再发送。事实上是这样吗？

结果是，某些系统会让每一个分片都发送一个ARP查询，所有的分片都在等待，但是接受到第一个回应的时候，主机却只发送了最后一个数据片而抛弃了其他，这实在是让人匪夷所思。这样，因为分片的数据不能被及时组装，接受主机将会在一段时间内将永远无法组装的IP数据包抛弃，并且发送组装超时的ICMP报文（其实很多系统不产生这个差错），以保证接受主机自己的接收端缓存不被那些永远得不到组装的分片充满。

4.ICMP源站抑制差错

当目标主机的处理速度赶不上数据接收的速度，因为接受主机的IP层缓存会被占满，所以主机就会发出一个“我受不了”的一个ICMP报文。

5.UDP服务器设计

UDP协议的某些特性将会影响我们的服务器程序设计，大致总结如下：
关于客户IP和地址：服务器必须有根据客户IP地址和端口号判断数据包是否合法的能力（这似乎要求每一个服务器都要具备）
关于目的地址：服务器必须要有过滤广播地址的能力。
关于数据输入：通常服务器系统的每一个端口号都会和一块输入缓冲区对应，进来的输入根据先来后到的原则等待服务器的处理，所以难免会出现缓冲区溢出的问题，这种情况下，UDP数据包可能会被丢弃，而应用服务器程序本身并不知道这个问题。
服务器应该限制本地IP地址，就是说它应该可以把自己绑定到某一个网络接口的某一个端口上。

TCP/IP详解学习笔记(7)-广播和多播，IGMP协议

1.单播，多播，广播的介绍

1.1.单播(unicast)

单播是说，对特定的主机进行数据传送。例如给某一个主机发送IP数据包。这时候，数据链路层给出的数据头里面是非常具体的目的地址，对于以太网来 说，就是网卡的MAC地址（不是FF-FF-FF-FF-FF-FF这样的地址）。现在的具有路由功能的主机应该可以将单播数据定向转发，而目的主机的网 络接口则可以过滤掉和自己MAC地址不一致的数据。

1.2.广播(unicast)

广播是主机针对某一个网络上的所有主机发送数据包。这个网络可能是网络，可能是子网，还可能是所有的子网。如果是网络，例如A类网址的广播就是 netid.255.255.255，如果是子网，则是netid.netid.subnetid.255；如果是所有的子网（B类IP）则是则是 netid.netid.255.255。广播所用的MAC地址FF-FF-FF-FF-FF-FF。网络内所有的主机都会收到这个广播数据，网卡只要把 MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的数据交给内核就可以了。一般说来ARP，或者路由协议RIP应该是以广播的形式播发的。

1.3.多播(multicast)

可以说广播是多播的特例，多播就是给一组特定的主机（多播组）发送数据，这样，数据的播发范围会小一些(实际上播发的范围一点也没有变小)，多播的MAC地址是最高字节的低位为一，例 如01-00-00-00-00-00。多播组的地址是D类IP，规定是224.0.0.0-239.255.255.255。

虽然多播比较特殊，但是究其原理，多播的数据还是要通过数据链路层进行MAC地址绑定然后进行发送。所以一个以太网卡在绑定了一个多播IP地址之后，必 定还要绑定一个多播的MAC地址，才能使得其可以像单播那样工作。这个多播的IP和多播MAC地址有一个对应的算法，在书的p133到p134之间。可以看到 这个对应不是一一对应的，主机还是要对多播数据进行过滤。

个人的看法：广播和多播的性质是一样的，路由器会把数据放到局域网里面，然后网卡对这些数据进行过滤，只拿到自己打算要的数据，比如自己感兴趣的多 播数据，自己感兴趣的组播数据。当一个主机运行了一个处理某一个多播IP的进程的时候，这个进程会给网卡绑定一个虚拟的多播mac地址，并做出来一个多播 ip。这样，网卡就会让带有这个多播mac地址的数据进来，从而实现通信，而那些没有监听这些数据的主机就会把这些数据过滤掉，换句话说，多播，是让主机 的内核轻松了，而网卡，对不起，您就累点吧。

一些文章也印证了这种想法，最明显的就是局域网监听的原理、实现与防范

2.一些验证性实验

这些实验并不是很复杂，我们只是要ping一下一般的ip和一个广播地址。首先我ping一下自己所在的子网的某一台主机:

Reply from 192.168.11.1: bytes=32 time<1ms TTL=255

Reply from 192.168.11.1: bytes=32 time<1ms TTL=255

Reply from 192.168.11.1: bytes=32 time<1ms TTL=255

Reply from 192.168.11.1: bytes=32 time=1ms TTL=255

可以看到，机器返回的是一台主机的回应结果，进而推测，如果我ping一个广播地址呢？结果如下

Reply from 192.168.11.9: bytes=32 time=1ms TTL=255

Reply from 192.168.11.174: bytes=32 time<1ms TTL=64

Reply from 192.168.11.174: bytes=32 time<1ms TTL=64

Reply from 192.168.11.174: bytes=32 time<1ms TTL=64

Reply from 192.168.11.218: bytes=32 time<1ms TTL=64

Reply from 192.168.11.174: bytes=32 time<1ms TTL=64

可以看到，ping返回了一些随机的ip的结果，这些ip都是与主机在同一子网内的ip。我们可以看到，广播实际上是给处于子网内的所有ip发信。

再来一个多播的例子，但是要实现这个多播并不容易，因为我不知道网络内有多少个多播组，就只好利用几个特殊的多播地址来验证了。

对于多播地址，有几个特殊的多播地址被占用，他们是
224.0.0.1--该子网内所有的系统组。
224.0.0.2--该子网内所有的路由器。
224.0.1.1--网络实现协议NTP专用IP。
224.0.0.9--RIPv2专用IP

所以只要ping这几个IP，就应该能得到一些结果，比如说我ping 224.0.0.2。

Reply from 192.168.11.1: bytes=32 time<1ms TTL=255

Reply from 192.168.11.1: bytes=32 time<1ms TTL=255

Reply from 192.168.11.1: bytes=32 time<1ms TTL=255

Reply from 192.168.11.1: bytes=32 time<1ms TTL=255

Reply from 192.168.11.1: bytes=32 time<1ms TTL=255

Reply from 192.168.11.1: bytes=32 time<1ms TTL=255

Reply from 192.168.11.1: bytes=32 time<1ms TTL=255

我们可以看到，这回ping只返回了一个ip的回应。而这个就是我的网关的地址，这也验证了224.0.0.2是所有路由器的多播(组播)地址

3.IGMP协议

IGMP的作用在于，让其他所有需要知道自己处于哪个多播组的主机和路由器知道自己的状态。一般多播路由器根本不需要知道某一个多播组里面有多少个主机，而只要知道自己的子网内还有没有处于某个多播组的主机就可以了。只要某一个多播组还有一台主机，多播路由器就会把数据传输出去，这样，接受方就会通过网卡过滤功能来得到自己想要的数据。为了知道多播组的信息，多播路由器需要定时的发送IGMP查询，IGMP的格式可以看书，各个多播组里面的主机要根据查询来回复自己的状态。路由器来决定有几个多播组，自己要对某一个多播组发送什么样的数据。

这种查询回应数据报的TTL一般是1，而且就算是出错也不产生ICMP差错（没必要）

TCP/IP详解学习笔记(8)-DNS域名系统

前面已经提到了访问一台机器要靠IP地址和MAC地址，其中，MAC地址可以通过ARP协议得到，所以这对用户是透明的，但是IP地址就不行，无论如何用户都需要用一个指定的IP来访问一台计算机，而IP地址又非常不好记，于是就出现了DNS系统

1.DNS系统介绍

DNS的全称是Domain Name System。它负责把FQDN(就是以"."分隔结尾的名字)翻译成一个IP。最初的DNS系统使用的是一个巨大的hosts.txt文件（很吃惊，用 这个就好使了？），可是一段时间以后，开发这就不得不用数据库来代替hosts.txt文件，最终发展到了现在的分布式数据库。

从书中的143页可以看到，DNS系统是一个巨大的树，最上方有一个无名树根，下一层是arpa,com,edu,gov,int,mil，us, cn。等等，其中arpa，是域名反解析树的顶端；而com，edu，等域名本来只用在美国（这就是技术特权啊），但是现在几乎全世界通用；而us， cn，等叫做国家域。这个树里面的域名并不是统一管理的，网络信息中心（NIS）负责分配顶级域合委派其他制定地区域的授权机构。

一个独立管理的DNS子树叫做zone，最常见的区域就是二级域名，比如说.com.cn。我们还可以把这个二级域名给划分成更小的区域，比如说sina.com.cn。

DNS系统是一个分布式的数据库，当一个数据库发现自己并没有某查询所需要的数据的时候，它将把查询转发出去，而转发的目的地通常是根服务器，根服 务器从上至下层层转发查询，直到找到目标为止。DNS还有一个特点就是使用高速缓存，DNS把查询过的数据缓存在某处，以便于下次查询时使用。

2.DNS协议

DNS报文定义了一个既可以查询也可以响应的报文格式。具体格式可以看P145页。对各个字段简单解释如下
最前面的16个bit唯一的标示了问题号码，用于查询端区别自己的查询。
紧接着的16个bit又可以做进一步的细分，标示了报文的性质和一些细节，比如说是查询报文还是响应报文，需要递归查询与否（一般服务器都支持递归查询，而且不需要任何设置，BIND就是这样）
查询问题后面有查询类型，包括A，NS，CNAME，PTR，HINFO，MX，如果熟悉BIND的话，就知道在zong的配置文件里面，每一条记录都记载了各自的类型，比如A就是IP地址，NS就是名字服务器。
响应报文可以回复多个IP，也就是说，域名可以和多个IP地址对应，并且有很多CNAME。

3.反向查询

正向查询指的是通过域名得到IP的查询，而反向查询就是通过IP得到域名。例如用host命令，host ip就可以得到服务器的域名，host domainName 就得到IP。

稍微知道一点数据结构的人都能意识到，在正向查询的域里面做反向查询，其做法只有遍历整个数据集合----对于DNS来说，那就是遍历整个数据库， 这将带来巨大的负担，所以DNS采取了另一种方法，使用另一棵子树来维护IP-〉域名的对应表。这个子树的根节点是in-addr.arpa,而一个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）。在DNS系统里面，一个反向地址对应一个PTR纪录（对应A纪录），所以反向查询又叫 做指针(PTR)查询。

4.其他问题的讨论

4.1.DNS服务器高速缓存

BIND9默认是作为一个高速缓存服务器，其将所有的查询都转交到根服务器去，然后得到结果并放在本地的缓冲区，以加快查询速度。如果有兴趣可以安装一个BIND9来尝试一下。而自己定义的zone则可以规定其在缓存中的时间，一般是1天（就是配置文件中的1D）。

4.2.用UDP还是TCP

DNS服务器支持TCP和UDP两种协议的查询方式，而且端口都是53。而大多数的查询都是UDP查询的，一般需要TCP查询的有两种情况：
当查询数据多大以至于产生了数据截断(TC标志为1)，这时，需要利用TCP的分片能力来进行数据传输（看TCP的相关章节）。
当主（master）服务器和辅（slave）服务器之间通信，辅服务器要拿到主服务器的zone信息的时候。

完