TCP_IP详解卷一学习心得

TCP/IP学习心得Zhang li个人认为，学习TCP/IP是一个长期的过程，需要在工作和应用当中不断地总结，不断地深入，经常回过头来思考一下，会发现很多意想不到的东西。

写这篇学习心得，是把自己在前期学习过程中的一些思考方法和思路和大家分享一下，有错误的地方，还希望得到指正。

TCP/IP是一组不同层次上的多个协议的组合，因此要首先了解它的分层结构是什么样子的，只有了解了它各层次的作用，才能理解TCP/IP的工作方式。

TCP/IP模型的分层，从下往上分别是：1.链路层：处理电缆的物理接口细节。

协议代表：ARP、RARP2.网络层：处理分组在网络中的活动。

协议代表：IP、ICMP、IGMP3.链路层：为两台主机的应用程序提供端到端的通信。

协议代表：UDP、TCP4.应用层：处理应用程序的细节。

协议代表：HTTP、FTP由于每个层次所承担的任务不一样，各协议的工作的方式不一样，每层封装上层数据的方式也不一样，协议都是人为规定的，是根据某种需求而制定的，因此学习任何协议之前要了解它存在的意义是什么，协议中的每一种规则是对应于什么样的需求而制定的，把自己置于一个创造者的角度来思考，而非仅仅是一个学习者的眼光来看待这些理论，除此之外，还应关注它在实际应用中所发挥的作用，协议存在的最大价值就在于它有使用价值，关注它不同场合的应用更能够深入理解它的本质。

对于TCP/IP，我觉得分层次地学习会有比较清晰的一个思路。

链路层以太网我们接触得比较多的以太网，要学习它的链路层，首先必须要了解它的工作原理，很多介绍网络原理的书籍都会有比较细致的描述，这部分内容是不可以忽略的。

在以太局域网中，任意两台主机是应该可以相互通信的，就跟在茫茫人海中要寻找一个人一样，它们通信时候也要根据对方的“名字”来寻找对方所处的位置，这个“名字”就是它们各自的mac地址，而它们需要对哪方面的信息做沟通，就可以附带一个“类型”的标志来告诉对方，根据它的工作方式也就不难能理解以太帧的封装方式了。

例：常见的以太帧封装：以太帧头首先是一个48位的目的地址，然后是一个48位的源地址，最后是一个16位的协议类型，这个地方是OX0800，表示它里面封闭的是一个IP数据包。

以太帧的数据段长度范围为46-1500，若数据报的长度未达46B，那么链路层会为其填充至46B那么为什么要规定以太帧的长度至少要为46字节呢，这也是跟它的工作原理有关系的，以太网采用的协调方式CSMS/CD，一个站在发送数据帧后最多经过一个争用期的时间就会知道是否遭受了碰撞，以太网取51.2μs为争用期长度，对于10M的以太网，在争用期内可发送512bit，即64字节，所以在以太网发送数据时，若前64字节没有发生冲突，那么后续数据也就不会发生冲突，这64字节除去以太帧的首部及校验和的长度共18字节，数据段的长度就为46字节，这就是以太帧最小长度的由来。

由此可见，在这个协议里面的每一项规定都是与其工作原理密切相关的，所以了解一个协议的工作原理，再来学习这个协议的对数据的封装方式及其它方面的内容就会灵活很多了。

PPP用于广域网连接的点对点协议。

学习这个协议，可以与以太网相比较起来学习，以太网中任意两台主机可以进行通信，而点对点协议中，只有唯一的一个对端，所以我们在以太网中看到的非常重要的物理地址在这个地方就没有任何意义了。

PPP自身的特点也就决定了它对数据封装的方式。

它的帧格式是从HDLC的帧格式中演化而来的，学习链路层的协议，最好可以先了解一下HDLC的相关知识，因为很多协议都是从它的基础上演变而来的。

PPP沿用了HDLC的标志、地址、控制字段，标志字段就是起帧间隔的作用，地址字段值固定为FF，表示所有的地址，因为PPP是点对点链路，对端就一个，所以这个值的意义不大，控制字段取值为03，在HDLC中表示无编号帧，PPP的帧本来就没有编号，所以沿用这个值。

为什么PPP帧不用编号，这跟它的工作特点和工作的层次有很大的关系，用编号的目的就在于提供可靠性，而同时也会增加开销，PPP工作在链路层，它的可靠并不能保证IP层也是可靠的，因此编号对于它来讲，并没有太大的意义。

PPP的特点就在于它的三个组成部分：封装方法、LCP和NCP，要理解这个协议就一定要掌握这三个部分各自所发挥的作用。

封装方式中，最重要的地方在于它的协议字段，协议字段中不同的值就代表了信息字段中不同类型，正因为这个字段的存在，可以让PPP承载多种协议，并有着良好的扩充性。

LCP和NCP为连接两端提供了链路层和网络层的协商和维护的功能，使它在运用的过程中更加灵活，它所带来的优势之处还可以与SLIP协议相对比，这样可以看到一些协议的发展过程，让自己的思考也有一个渐进的过程。

很多协议都有它们之间的相通之处，但同时也有其各自的独道之处，综合多种协议，分析它们的异同，比较多方面的优劣，并结合不同应用环境，抓住它们的特点，思考怎样在其中做出选择。

ARP一、ARP的概念ARP是我们很常用的一个协议，就是起一个地址解析的作用，那要明白为什么要创造这样一个协议，就需要对它的作用和应用做一个充分的了解。

ARP的作用就是将32位IP地址映射为唯一一个硬件地址，动作就是向某个IP地址的主机请求它对应的物理地址。

联系之前学习的以太网的知识就不难知道它存在的意义。

在一个以太局域网中，所有的主机的IP地址都在同一个网段，它们之间通信不必通过路由，而是靠硬件地址来寻找对端，然而上层是通过IP地址来识别对端的，于是便有了ARP协议来将这两个地址建立动态映射的关系，通过硬件地址来确定对方的位置，然后才可能有相互通信。

再联系前面学过的以太链路和PPP链路的不同之处，可以看到，PPP链路是不用ARP的，因为它只有一个唯一的对端，对端的位置是固定的，在它们建立连接的时候就会在协商的过程中知道对端IP地址，在通信的过程中并不需要了解它的硬件地址。

了解了ARP的作用和特点再来看它的分组格式就不会太难了，具体详见《TCP/IP详解卷一》P40。

二、免费ARP免费ARP的就是指主机发送ARP查找自己的IP地址。

之前我们了解到的ARP的作用就是为了与别人通信，而查找别人的MAC地址来与它的IP 地址建立绑定关系，所发送的ARP报文中所填的目的IP地址也是别人的，而免费ARP把目的IP填为自己的，来查找自己的物理地址，这样做是为了什么呢，我想到此我们可以用自己的思路去思考一下，再来看创造者的意图。

试想一下如果发出去的这份报文收到响应了，那证明在局域网中已经有人使用了这个IP地址，如果自己仍然坚持使用这个IP地址，那就一定会产生IP冲突，所以可以想到免费ARP可以检测是否存在IP冲突的现象。

而我们需要在系统引导期间进行接口配置的时候就知道这个检测的结果，所以在这个时候主机就会广播这样的ARP报文。

再根据ARP的这种特点，要想知道任意一台设备以太接口IP地址也就不难了，因为设备在上电启动的时候会发送这样的ARP报文，只需要在它启动的时候抓到这样的报文便一目了然了。

当然，它还有很多其它的作用，只要我们从不同的角度去分析它，就会发现它的灵活多样的使用方式，并从工作中去运用，会在细微之处找到工作的捷径，并对协议的本质有更深层次的理解。

三、ARP 代理如果ARP 请求是从一个网络的主机发往另一个网络上的主机，那么连接这两个网络的路由器就可以回答该请求，这个过程就称作ARP 代理。

俗话说百闻不如一见，如果能实实在在看到这个的一个过程，理解它的工作方式就会比较容易了。

下面一个实验摘自配置手册的接口配置中：迈普路由器支持代理ARP 。

在接口配置模式下执行下列命令：命令描述 router(config-if-fastethernet0)#ip proxy-arp运行代理ARP router(config-if-fastethernet0)#no ip proxy-arp 关闭代理 ARP注：缺省是运行代理ARP 。

代理ARP 起作用的典型应用环境和配置：PC1：136.1.3.99/16136.1.3.1/1616.1.1.1/2416.1.1.2/24136.1.2.88/24注：1、PC1机所处的网段为136.1.0.0 16位掩码；2、PC2机所处的网段为136.1.2.0 24位掩码；3、PC1机没有设置网关，但是PC2机必须把136.1.2.88设置为网关或者PC2机必须有到PC1的路由（下一跳地址为136.1.2.88）。

PC1机ping 136.1.2.55，若MPROUTER 的以太口上无ARP PROXY 则PING 不通。

原因如下：PC1机对同一网络的报文，通过先广播ARP 请求获取目的主机的MAC 地址，得到后发往目的主机。

本例中，目的主机地址同PC机在同一网络（以PC1机的掩码来看），但物理上不是在一起。

PC1发ARP请求时，无人应答，则PING 不通。

此时，若MPROUTER打开ARP PROXY，则MPROUTER会用它的MAC地址应答PC发出的请求，则会PING 通。

MPROUTER中实现的代理主要用于此种情形。

在学习协议的过程中，采用实验的方式观察并分析它工作的过程，对协议的理解会更加深刻。

MTU在前面的以太网和PPP的学习中，发现在它们的数据报中对数据长度是有限制的，如以太网的数据部分长度不能超过1500字节，这些长度限制是链路层的一个特性，叫做最大传输单元MTU，为什么要规定这种特性，也是与它所工作的层次有关系的，有的是受网络媒体的物理特性限制，有的是受逻辑限制，具体介绍可以《TCP/IP详解卷一》P21中看到。

到此，我想到如果一份数据报的长度超过了这个值会怎么办呢，很显然链路层是不能将它发送出去的，那是将数据报丢弃还是做了其它什么处理呢。

在学习的过程中，会遇到很多的疑问，遇到有问题的地方不要将它轻易放掉，而是要记下来，在以后的学习中留心去寻找答案。

网络层一、I P协议IP提供的是无连接不可靠的服务，听上来似乎不应该采用这样的协议，而它作为TCP/IP协议簇中非常重要的部分，必然有它存在的巨大价值。

首先可以先看一下它的报文格式，要知道其中没有一个字段是多余的，学习IP协议可以从学习它报文中各字段的意义和作用开始对它进行认识。

下图是一个IP报文的首部（不含选项字段），首先是4位的版本号，我们目前采用的是IPV4，所以第一个字段值为4接下来是4位的首部长度，单位为4B，它的值为5，表示首部长度为20B然后是8位的服务类型字段，这个地方并没有对它做任何设置，具体值的意义见P25 然后是16位的总长度，它的单位为字节，这里可以看到它的值为48，即表示IP报的总长度为48B，除去首部长度20B，数据部分长度为28B然后是16位的标识字段，它以一个唯一的值对应于每一个IP包，并且每发出一个IP 包，它的值将会加1接着是3位的标志字段，它的第一位没有用，第二位用来表示可否分片，此处被置为1，表示不能被分片，第三位表示是否为最后一片，此处为0，表示后面没有分片了。