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Linux網絡編程--7. TCP/IP協議
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你也許聽說過TCP/IP協議,那么你知道到底什么是TCP,什么是IP嗎?在這一章里面,我們一起來學習這個目前網絡上用最廣泛的協議.
7.1 網絡傳輸分層
如果你考過計算機等級考試,那么你就應該已經知道了網絡傳輸分層這個概念.在網絡上,人們為了傳輸數據時的方便,把網絡的傳輸分為7個層次.分別是:應用層,表示層,會話層,傳輸層,網絡層,數據鏈路層和物理層.分好了層以后,傳輸數據時,上一層如果要數據的話,就可以直接向下一層要了,而不必要管數據傳輸的細節.下一層也只向它的上一層提供數據,而不要去管其它東西了.如果你不想考試,你沒有必要去記這些東西的.只要知道是分層的,而且各層的作用不同.
7.2 IP協議
IP協議是在網絡層的協議.它主要完成數據包的發送作用. 下面這個表是IP4的數據包格式
0 4 8 16 32
--------------------------------------------------
|版本 |首部長度|服務類型| 數據包總長 |
--------------------------------------------------
| 標識 |DF |MF| 碎片偏移 |
--------------------------------------------------
| 生存時間 | 協議 | 首部較驗和 |
------------------------------------------------
| 源IP地址 |
------------------------------------------------
| 目的IP地址 |
-------------------------------------------------
| 選項 |
=================================================
| 數據 |
-------------------------------------------------
下面我們看一看IP的結構定義
struct ip
{
#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
unsigned int ip_hl:4; /* header length */
unsigned int ip_v:4; /* version */
#endif
#if __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN
unsigned int ip_v:4; /* version */
unsigned int ip_hl:4; /* header length */
#endif
u_int8_t ip_tos; /* type of service */
u_short ip_len; /* total length */
u_short ip_id; /* identification */
u_short ip_off; /* fragment offset field */
#define IP_RF 0x8000 /* reserved fragment flag */
#define IP_DF 0x4000 /* dont fragment flag */
#define IP_MF 0x2000 /* more fragments flag */
#define IP_OFFMASK 0x1fff /* mask for fragmenting bits */
u_int8_t ip_ttl; /* time to live */
u_int8_t ip_p; /* protocol */
u_short ip_sum; /* checksum */
struct in_addr ip_src, ip_dst; /* source and dest address */
};
ip_vIP協議的版本號,這里是4,現在IPV6已經出來了
ip_hlIP包首部長度,這個值以4字節為單位.IP協議首部的固定長度為20個字節,如果IP包沒有選項,那么這個值為5.
ip_tos服務類型,說明提供的優先權.
ip_len說明IP數據的長度.以字節為單位.
ip_id標識這個IP數據包.
ip_off碎片偏移,這和上面ID一起用來重組碎片的.
ip_ttl生存時間.沒經過一個路由的時候減一,直到為0時被拋棄.
ip_p協議,表示創建這個IP數據包的高層協議.如TCP,UDP協議.
ip_sum首部校驗和,提供對首部數據的校驗.
ip_src,ip_dst發送者和接收者的IP地址
關于IP協議的詳細情況,請參考 RFC791
7.3 ICMP協議
ICMP是消息控制協議,也處于網絡層.在網絡上傳遞IP數據包時,如果發生了錯誤,那么就會用ICMP協議來報告錯誤.
ICMP包的結構如下:
0 8 16 32
---------------------------------------------------------------------
| 類型 | 代碼 | 校驗和 |
--------------------------------------------------------------------
| 數據 | 數據 |
--------------------------------------------------------------------
ICMP在中的定義是
struct icmphdr
{
u_int8_t type; /* message type */
u_int8_t code; /* type sub-code */
u_int16_t checksum;
union
{
struct
{
u_int16_t id;
u_int16_t sequence;
} echo; /* echo datagram */
u_int32_t gateway; /* gateway address */
struct
{
u_int16_t __unused;
u_int16_t mtu;
} frag; /* path mtu discovery */
} un;
};
關于ICMP協議的詳細情況可以查看 RFC792
7.4 UDP協議
UDP協議是建立在IP協議基礎之上的,用在傳輸層的協議.UDP和IP協議一樣是不可靠的數據報服務.UDP的頭格式為:
0 16 32
---------------------------------------------------
| UDP源端口 | UDP目的端口 |
---------------------------------------------------
| UDP數據報長度 | UDP數據報校驗 |
---------------------------------------------------
UDP結構在中的定義為:
struct udphdr {
u_int16_t source;
u_int16_t dest;
u_int16_t len;
u_int16_t check;
};
關于UDP協議的詳細情況,請參考 RFC768
7.5 TCP
TCP協議也是建立在IP協議之上的,不過TCP協議是可靠的.按照順序發送的.TCP的數據結構比前面的結構都要復雜.
0 4 8 10 16 24 32
-------------------------------------------------------------------
| 源端口 | 目的端口 |
-------------------------------------------------------------------
| 序列號 |
------------------------------------------------------------------
| 確認號 |
------------------------------------------------------------------
| | |U|A|P|S|F| |
|首部長度| 保留 |R|C|S|Y|I| 窗口 |
| | |G|K|H|N|N| |
-----------------------------------------------------------------
| 校驗和 | 緊急指針 |
-----------------------------------------------------------------
| 選項 | 填充字節 |
-----------------------------------------------------------------
TCP的結構在中定義為:
struct tcphdr
{
u_int16_t source;
u_int16_t dest;
u_int32_t seq;
u_int32_t ack_seq;
#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
u_int16_t res1:4;
u_int16_t doff:4;
u_int16_t fin:1;
u_int16_t syn:1;
u_int16_t rst:1;
u_int16_t psh:1;
u_int16_t ack:1;
u_int16_t urg:1;
u_int16_t res2:2;
#elif __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN
u_int16_t doff:4;
u_int16_t res1:4;
u_int16_t res2:2;
u_int16_t urg:1;
u_int16_t ack:1;
u_int16_t psh:1;
u_int16_t rst:1;
u_int16_t syn:1;
u_int16_t fin:1;
#endif
u_int16_t window;
u_int16_t check;
u_int16_t urg_prt;
};
source發送TCP數據的源端口
dest接受TCP數據的目的端口
seq標識該TCP所包含的數據字節的開始序列號
ack_seq確認序列號,表示接受方下一次接受的數據序列號.
doff數據首部長度.和IP協議一樣,以4字節為單位.一般的時候為5
urg如果設置緊急數據指針,則該位為1
ack如果確認號正確,那么為1
psh如果設置為1,那么接收方收到數據后,立即交給上一層程序
rst為1的時候,表示請求重新連接
syn為1的時候,表示請求建立連接
fin為1的時候,表示親戚關閉連接
window窗口,告訴接收者可以接收的大小
check對TCP數據進行較核
urg_ptr如果urg=1,那么指出緊急數據對于歷史數據開始的序列號的偏移值
關于TCP協議的詳細情況,請查看 RFC793
7.6 TCP連接的建立
TCP協議是一種可靠的連接,為了保證連接的可靠性,TCP的連接要分為幾個步驟.我們把這個連接過程稱為"三次握手".
下面我們從一個實例來分析建立連接的過程.
第一步客戶機向服務器發送一個TCP數據包,表示請求建立連接. 為此,客戶端將數據包的SYN位設置為1,并且設置序列號seq=1000(我們假設為1000).
第二步服務器收到了數據包,并從SYN位為1知道這是一個建立請求的連接.于是服務器也向客戶端發送一個TCP數據包.因為是響應客戶機的請求,于是服務器設置ACK為1,sak_seq=1001(1000+1)同時設置自己的序列號.seq=2000(我們假設為2000).
第三步客戶機收到了服務器的TCP,并從ACK為1和ack_seq=1001知道是從服務器來的確認信息.于是客戶機也向服務器發送確認信息.客戶機設置ACK=1,和ack_seq=2001,seq=1001,發送給服務器.至此客戶端完成連接.
最后一步服務器受到確認信息,也完成連接.
通過上面幾個步驟,一個TCP連接就建立了.當然在建立過程中可能出現錯誤,不過TCP協議可以保證自己去處理錯誤的.
說一說其中的一種錯誤.
聽說過DOS嗎?(可不是操作系統啊).今年春節的時候,美國的五大網站一起受到攻擊.攻擊者用的就是DOS(拒絕式服務)方式.概括的說一下原理.
客戶機先進行第一個步驟.服務器收到后,進行第二個步驟.按照正常的TCP連接,客戶機應該進行第三個步驟.
不過攻擊者實際上并不進行第三個步驟.因為客戶端在進行第一個步驟的時候,修改了自己的IP地址,就是說將一個實際上不存在的IP填充在自己IP數據包的發送者的IP一欄.這樣因為服務器發的IP地址沒有人接收,所以服務端會收不到第三個步驟的確認信號,這樣服務務端會在那邊一直等待,直到超時.
這樣當有大量的客戶發出請求后,服務端會有大量等待,直到所有的資源被用光,而不能再接收客戶機的請求.
這樣當正常的用戶向服務器發出請求時,由于沒有了資源而不能成功.于是就出現了春節時所出現的情況.
原文轉自：http://www.anti-gravitydesign.com
