一、前言

学习过TCP/IP协议的人多有一种感觉，这东西太抽象了，没有什么数据实例，看完不久就忘了。本文将介绍一种直观的学习方法，利用协议分析工具学习TCP/IP，在学习的过程中能直观的看到数据的具体传输过程。

为了初学者更容易理解，本文将搭建一个最简单的网络环境，不包含子网。

二、试验环境

1、网络环境

如图1所示

图1

为了表述方便，下文中208号机即指地址为192.168.113.208的计算机，1号机指地址为192.168.113.1的计算机。

2、操作系统

两台机器都为Windows 2000 ，1号机机器作为服务器，安装FTP服务

3、协议分析工具

Windows环境下常用的工具有：Sniffer Pro、Natxray、Iris以及windows 2000自带的网络监视器等。本文选用Iris作为协议分析工具。在客户机208号机安装IRIS软件。

三、测试过程

1、测试例子：将1号机计算机中的一个文件通过FTP下载到208号机中。

2、IRIS的设置。

由于IRIS具有网络监聴的功能，如果网络环境中还有其它的机器将抓很多别的数据包，这样为学习带来诸多不便，为了清楚地看清楚上述例子的传输过程首先将IRIS设置为只抓208号机和1号机之间的数据包。设置过程如下：

1)用热键CTRL+B弹出如图所示的地址表，在表中填写机器的IP地址，为了对抓的包看得更清楚不要添主机的名字（name）,设置好后关闭此窗口。

图2

2）用热键CTRL+E弹出如图所示过滤设置，选择左栏“IP address”，右栏按下图将address book中的地址拽到下面，设置好后确定，这样就这抓这两台计算机之间的包。

图3

3、抓包

按下IRIS工具栏中 开始按钮。在浏览器中输入：FTP://192.168.113.1，找到要下载的文件 ，鼠标右键该文件，在弹出的菜单中选择“复制到文件夹”开始下载，下载完后在IRIS工具栏中按 按钮停止抓包。图4显示的就是FTP的整个过程，下面我们将详细分析这个过程。

图4

说明：为了能抓到ARP协议的包，在WINDOWS 2000 中运行arp –d 清除arp缓存。

四、过程分析

1、TCP/IP的基本原理

本文的重点虽然是根据实例来解析TCP/IP，但要讲明白下面的过程必须简要讲一下TCP/IP的基本原理。

A．网络是分层的，每一层分别负责不同的通信功能。

TCP/IP通常被认为是一个四层协议系统，TCP/IP协议族是一组不同的协议组合在一起构成的协议族。尽管通常称该协议族为TCP/IP，但TCP和IP只是其中的两种协议而已，如表1所示。每一层负责不同的功能：

表1

分层的概念说起来非常简单，但在实际的应用中非常的重要，在进行网络设置和排除故障时对网络层次理解得很透，将对工作有很大的帮助。例如：设置路由是网络层IP协议的事，要查找MAC地址是链路层ARP的事，常用的Ping命令由ICMP协议来做的。

图5显示了各层协议的关系，理解它们之间的关系对下面的协议分析非常重要。

图5

B.数据发送时是自上而下，层层加码；数据接收时是自下而上，层层解码。

当应用程序用TCP传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作一串比特流送入网络。其中每一层对收到的数据都要增加一些首部信息（有时还要增加尾部信息），该过程如图6所示。TCP传给IP的数据单元称作TCP报文段或简称为TCP段。I P传给网络接口层的数据单元称作IP数据报。 通过以太网传输的比特流称作帧(Frame)。

数据发送时是按照图6自上而下，层层加码；数据接收时是自下而上，层层解码。

图6

c. 逻辑上通讯是在同级完成的

垂直方向的结构层次是当今普遍认可的数据处理的功能流程。每一层都有与其相邻层的接口。为了通信，两个系统必须在各层之间传递数据、指令、地址等信息，通信的逻辑流程与真正的数据流的不同。虽然通信流程垂直通过各层次，但每一层都在逻辑上能够直接与远程计算机系统的相应层直接通信。

从图7可以看出，通讯实际上是按垂直方向进行的，但在逻辑上通信是在同级进行的。

图7

2、过程描述

为了更好的分析协议，我们先描述一下上述例子数据的传输步骤。如图8所示：

1)FTP客户端请求TCP用服务器的IP地址建立连接。

2)TCP发送一个连接请求分段到远端的主机，即用上述IP地址发送一份IP数据报。

3) 如果目的主机在本地网络上，那么IP数据报可以直接送到目的主机上。如果目的主机在一个远程网络上，那么就通过IP选路函数来确定位于本地网络上的下一站路由器地址，并让它转发IP数据报。在这两种情况下，IP数据报都是被送到位于本地网络上的一台主机或路由器。

4) 本例是一个以太网，那么发送端主机必须把32位的IP地址变换成48位的以太网地址，该地址也称为MAC地址，它是出厂时写到网卡上的世界唯一的硬件地址。把IP地址翻译到对应的MAC地址是由ARP协议完成的。

5) 如图的虚线所示，ARP发送一份称作ARP请求的以太网数据帧给以太网上的每个主机，这个过程称作广播。ARP请求数据帧中包含目的主机的IP地址，其意思是“如果你是这个IP地址的拥有者，请回答你的硬件地址。”

6) 目的主机的ARP层收到这份广播后，识别出这是发送端在寻问它的IP地址，于是发送一个ARP应答。这个ARP应答包含I P地址及对应的硬件地址。

7) 收到ARP应答后，使ARP进行请求—应答交换的IP数据包现在就可以传送了。

8) 发送IP数据报到目的主机。

图8