TCPIP协议分析总结.doc

第1章 计算机网络基础1.协议是指在计算机网络中，为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合，如交换数据的格式、编码方式、同步方式等。协议定义了通信的方式和进行通信的时间，主要包括语法、语义和同步3个关键要素。语法：定义了所交换数据的格式和结构，以及数据出现的顺序。语义：定义了发送者或接受者所要完成的操作，包括对协议控制报文组成成分含义的约定。同步：定义了事件实现顺序以及速度匹配。体现在当两个实体进行通信时，数据发送的事件以及发送的速率。2. OSI参考模型3. TCP/IP协议族Tcp表示传输控制协议，ip表示网际协议，tcp/ip实际上是一系列协议。4.网络层也称为互联网层，由于该层的主要协议为IP，通常也简称为IP层。该层主要负责相邻计算机之间的通信，把某主机（信源）上的数据包发送到因特网中的任何一台目标主机（信宿）上，即点到点通信。其包括三方面功能。处理来自传输层的数据报发送请求处理输入数据报处理路径、流控、拥塞等问题。5. 数据传输过程1. 在信源上利用所需的应用层协议(FTP)将数据流传送给信源上的传输层。2. 在传输层将应用层的数据流截成若干分组，加上tcp首部生成tcp段，送交网络层。3. 网络层给tcp报文段封装上源、目的主机IP的ip首部生成ip数据报，送交链路层。4. 信源的链路层封装上源、主机mac帧的mac帧头和帧尾，根据目的mac地址，将mac帧发往中间路由器。5. 路由器根据目的ip地址进行选择传输路径，转发ip数据报。6. 数据传输到信宿，链路层去掉mac帧的mac帧头和帧尾，送交信宿的网络层。7. 信宿网络层检查ip数据报首部，如果与计算结果不一致则丢弃，一致则去掉ip首部送交信宿传输层。8. 传输层检查tcp报文段的顺序号，若正确，则向信源发送确认信息。9. 信宿传输层去掉tcp首部，将排好顺序的分组组成的应用数据流传给信宿上的相应程序。6. 客户机、服务器模式基本工作流程客户机程序首先发起连接请求，而服务器程序响应请求，通过确认与客户机程序建立通信连接。一旦客户机与服务器建立起连接关系，通信便是双向的，客户机和服务器都可以发送和接收数据。第2章 IP地址1.给ip，子网掩码进行与运算确定网络地址2.无类地址的表示法 与子网和超网类似，无类地址也是利用掩码来划分网络地址和主机地址的分界点。 无类地址常常采用斜线表示法，将地址和掩码一起表示出来，其格式为：W.X.Y.Z/n。 斜线前面是IP地址，斜线后面是IP地址的网络地址部分的长度，也称为前缀长度，即掩码中连续“1”的位数。 例如，“/24”所对应的掩码是“”。3.ARP(地址解析协议)流程图地址解析协议（ARP）是根据给定的IP地址获取对应的物理地址 引入了ARP高速缓存技术，即将某台主机或网络设备上经常使用的目的主机的IP地址和物理地址直接记录在本机的内存中，以减少广播ARP请求帧的次数，进而提高网络工作效率。4.ARP实例分析Ff ff ff ff ff ff 00 e0 4c 4f 10 90 08 06 00 01 08 00 06 04 00 01 00 e0 4c 4f 10 90 c0 a8 00 14 00 00 00 00 00 00 c0 a8 00 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00捕捉数据描述Ff ff ff ff ff ff00 e0 4c 4f 10 9008 06目标mac地址源mac地址协议类型ARP请求数据报00 0108 00060400 0100 e0 4c 4f 10 90c0 a8 00 1400 00 00 00 00 00c0 a8 00 01硬件类型协议类型硬件地址长度协议地址长度操作信源mac信源ip(0)信宿mac信宿ip()00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00第三章网际协议1.ip协议特点IP是一种点对点协议，虽然IP数据报携带源IP地址和目的IP地址，但进行数据传输时的对等实体一定是同一物理网络中的对等实体。IP不保证传输的可靠性，不对数据进行差错校验和跟踪，当数据报发生损坏时不向发送方通告，如果要求数据传输具有可靠性，则要在IP层的上面使用其他协议加以保证。IP提供无连接数据报服务，各个数据报独立传输，可能沿着不同的路径到达目的地，也可能不会按序到达目的地。2.ip地址变化过程Ip首部的目的地址并不是信宿地址，是数据传送的下一跳地址3IPv6与ipv4区别，ipv6优点（1）地址容量大大扩展，由原来的32位扩充到128位，彻底解决IPv4地址不足的问题；支持分层地址结构，从而更易于寻址；扩展支持组播和任意播地址，这使得数据包可以发送给任何一个或一组节点； （2）大容量的地址空间能够真正的实现无状态地址自动配置，使IPv6终端能够快速连接到网络上，无需人工配置，实现了真正的即插即用； （3）报头格式大大简化，从而有效减少路由器或交换机对报头的处理开销，这对设计硬件报头处理的路由器或交换机十分有利； （4）加强了对扩展报头和选项部分的支持，这除了让转发更为有效外，还对将来网络加载新的应用提供了充分的支持； （5）流标签的使用让我们可以为数据包所属类型提供个性化的网络服务，并有效保障相关业务的服务质量； （6）认证与私密性：IPv6把IPSec作为必备协议，保证了网络层端到端通信的完整性和机密性； （7）IPv6在移动网络和实时通信方面有很多改进。特别地，不像IPv4，IPv6具备强大的自动配置能力从而简化了移动主机和局域网的系统管理。第四章 网际控制报文协议为什么引入ICMPIP是一种不可靠的，无连接的数据报传输协议，提供了一种尽力而为的点到点数据传输服务，但不能保证所有数据报都可以成功地从信源到达信宿。为此人们在网络层（也称为IP层）引入了另外一种协议网际控制报文协议（Internet Control Message Protocol，ICMP）来实现IP层数据报传输过程中的差错控制。通过ICMP配合IP的使用，提高了数据报传递的成功率。 ICMP报文分为两大类，即ICMP差错报告报文和ICMP查询报告报文。ICMP与什么关系？当请求报告和应答报告中标示、序号和数据字段都是一致的则肯定是一个报文对。第五章 IP路由.路由表 从理论上讲，路由表应该描述其所在的主机或路由器能够到达的因特网上的任何一台主机的完整路径信息。 但是为了减小路由表的规模，减轻路由表维护和路由选择的开销，在单个路由表中并不存放完整的路径信息，只是存放去往信宿的路径中下一跳路由器的地址。 因此，单个路由表只反映了因特网局部的拓扑信息，而所有的路由表的集合才能反映因特网的整体拓扑结构。 路由选择算法，即路由表建立与更新策略。路由选择算法分为静态路由和动态路由两大类 静态路由是指由网络管理员以手工方式配置路由信息的路由选择算法。简单、易于实现，一般适用于比较简单的网络环境。 动态路由方式工作的路由器则以动态方式建立和维护路由表，通过路由协议在路由器之间建立通信联系，进而路由器之间可以相互通告彼此路由表中的变化。在动态路由方式中，路由表的更新不需要管理员的参与，一般大型网络都采用动态路由方式。在动态路由选择中常用的算法包括距离向量路由算法和链路状态路由算法。 距离向量路由算法 通过判断距离来查找到达远程网络的最佳路径。即每个路由器都构造一个包含从本路由器出发去往目的网络的最短距离路由信息（V，D），其中V代表可到达的信宿，D代表距离；路由器周期性地将自己的最短距离路由信息发送给与它直接相连的所有邻居；相邻的路由器收到该信息后，将它与自己原来已有的最短距离路由信息进行组合，进而得到完整的连接到所有可能到达的目的网络的路由信息。 链路状态路由算法 系统中的每个路由器通过从其他路由器获得的信息，构造出当前网络的拓扑结构。并根据这一拓扑结构，利用Dijkstra算法形成一棵以本路由器为根节点的最短路径优先树，该树反映了从本路由器出发去往当前网络中其他路由器节点的最短路径。链路状态算法的收敛速度相对较快，并且要比距离向量算法能更有效地避免路由回路的出现。但是其需要占用更多的CPU处理时间和系统资源，因此比距离向量算法的实现成本更高。 路由信息协议路由信息协议（RIP）是一个广泛使用的内部网关协议，采用距离向量算法。RIP最初在RFC 1058中制定。目前，其有两个版本：RIP-1和RIP-2。作为基于距离向量算法的路由选择协议，RIP把到达目的网络的“距离”作为选择路由的度量，而“距离”一般指跳数，也就是所经过的路由器数量。每经过一个路由器，跳数就增加1，也就是“距离”增加1。RIP认为一条好的路由就是它所经过的路由器数量最少的路由。 RIP特点是一种基于距离向量算法的路由协议，使用跳数作为度量标准，因此可以获取从源主机到目的主机中具有最少跳数的传输路径，但不能保证一定是最快的传输路径。实现简单，适用于小型网络，数据报传送路径上的跳数不大于15。路由表定期更新，一般每30秒更新一次，并且每台路由器都将自己的路由表广播到网络中，因此产生的网络流量较大。目前包括RIP-1和RIP-2两个版本，其中RIP-1是一个有类别的路由协议，在RIP-1报文中不传送掩码，而RIP-2是一个无类别的路由协议。 开放最短路径优先协议OSPF特点支持服务类型路由，允许网络管理人员为同一目的地址指定多个不同服务类型的路由，当路由一个数据报时，OSPF根据目的IP地址和该数据所要求的服务类型进行路由选择。能够给每个接口指派度量标准，并可以根据吞吐量、传输延时、可靠性等性能进行指派。可以给每个IP服务类型指派单独的度量标准。能够提供负载均衡，当同一个目的地址存在多个度量值相同的路由时，OSPF可以在这些路由上平均分配流量。支持扩展，易于管理。OSPF的层次管理结构将自治系统分为多个区域，这些区域可以对外隐藏拓扑结构。第六章传输层协议.端到端通信概念在TCP/IP的网络层中，通过引入IP地址和IP数据报，屏蔽了不同通信网络之间的差异，有效地解决了信源机到信宿机之间的数据传输，即实现了点到点的通信。人们需求的数据传输不仅是信源机到信宿机之间点到点通信，而往往是两个不同应用进程之间的数据传输。在TCP/IP的传输层中，引入了端口的概念，每个端口都有一个端口号，利用不同的端口号来标识不同的应用进程，从而能够把数据分送给不用的应用进程，实现了应用进程之间的通信。端口是一种抽象的软件结构，它既是通信进程的标识，也是进程访问传输服务的入口点。每个端口都有一个16bit的端口号，其分配方式有两种统一分配：采用集中控制方式由权威机构IANA分给特定应用程序端口号并公开发布出来，所有协议软件都遵守这种分配，因此又称为熟知端口。其分配的范围为01 023。其缺点是不能适用大量且变化迅速的端口使用环境。本地分配：根据应用软件的需要动态分配端口号。如当某个应用进程需要与远程的某个已知端口服务器进行通信时，向本地操作系统动态提出申请，操作系统返回一个本地唯一的端口号。所申请的端口号又称为临时端口号。当通信完成后，该端口号就释放掉。这种分配方式的特点是灵活方便，而缺点是其他主机难于得知其端口号。大多数TCP/IP应用中，临时端口号的分配范围为1 0245 000，大于5 000的端口号一般为其他服务预留。在传输层中有传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP这两种通信协议，每一种协议各有一套属于自己的端口号，且相互独立。在因特网中要全局地标识一个进程，需要采用三元组（协议，主机IP地址，端口号）。由于两个相互通信的应用进程之间的通信协议肯定是相同的，因此可以采用五元组（协议，信源机IP地址，信源应用进程端口，信宿机IP地址，信宿应用进程端口）来描述两个应用进程之间的通信关联。因此端到端之间的一条通信连接就可表示为上述五元组。 传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）提供一种面向连接的、可靠的数据传输服务，保证了端到端数据传输的可靠性。主要特点向应用进程提供面向连接的服务，两个需要通过TCP进行数据传输的应用进程之间首先必须建立一个TCP连接，并且在数据传输完成后要释放连接。一般将请求连接的应用进程称为客户机进程，而响应连接请求的应用进程称为服务器进程，即TCP连接的建立采用的是一种客户机/服务器工作模型。提供全双工数据传输服务，只要建立了TCP连接，就能在两个应用进程间进行双向的数据传输服务，但是这种传输只是端到端的传输，不支持广播和多播。提供面向字节流的服务，即TCP的数据传输是面向字节流的，两个建立了TCP连接的应用进程之间交换的是字节流。发送进程以字节流形式发送数据，接收进程也把数据作为字节流来接收。端到端之间不保留数据记录的边界，也就是说在传输的层面上不存在数据记录的概念。 TCP拥塞控制中间路由器或物理链路的超载势必也会引起数据传输的严重延时，即网络拥塞。如何处理？在TCP中引入了慢启动和拥塞避免两种策略机制来实现对拥塞窗口大小的控制，进而来避免和消除网络拥塞。慢启动算法在建立连接时，发送方将拥塞窗口大小初始化为一个最大报文段的大小MSS，然后每收到一个接收方的对新报文段确认报文，拥塞窗口的大小就增加一个MSS，即对每一个发送方所发送的新报文段的确认都将使拥塞窗口的大小增加一个MSS。这样，接收方的确认报文返回的越快，表明网络通信能力越强，因此拥塞窗口大小就增长得越快。而且拥塞窗口大小的增长实际上是一种指数型增长，如果对其增长速度不控制，拥塞窗口很快就将变得很大。拥塞避免算法为了避免拥塞窗口过快增长，尽量避免拥塞现象的出现。当拥塞窗口大小达到一个门限值时，便采取拥塞避免算法来改变拥塞窗口的大小，其方法是每收到一个确认报文，拥塞窗口大小增加一个MSS，即使该确认报文是针对多个报文段的，拥塞窗口也只增加一个MSS。这样，拥塞窗口大小的增长就变成了线性增长，增长速度减缓了。当然，由于拥塞窗口依然在增长，最终仍然可能导致拥塞。重传定时器由于上述两种策略都将使拥塞窗口变得很大，进而造成网络拥塞的发生。为此，TCP/IP中引入了重传定时器。当由于网络拥塞使重传定时器超时的时候，发送方则进入拥塞解决阶段。发送方在进行TCP报文段重传的同时，将拥塞窗口的门限值调整为拥塞窗口的一半，并将拥塞窗口恢复成一个MSS，然后进入新一轮的调整。 UDP主要特征 UDP是一个无连接协议，传输数据之前信源和信宿不建立连接，因此不存在连接建立的时延。在信源端，UDP传送数据的速度仅仅受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在信宿端，UDP把每个数据报放在队列中，应用程序每次从队列中读一个数据报。 不需要维护连接状态，包括收发状态等，这样一台服务机可同时向多个客户机传输相同的数据，如实现多播。 UDP数据报的首部很短，只有8字节，相对于TCP的20字节首部的开销要小很多。 吞吐量不受流量控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、信源和信宿主机性能的限制。UDP应用场合只需要简单数据交换的应用如服务不需要关心数据差错控制和流量控制的应用实时性要求较高但可吃承受一定数据错误的应用，如实时语音实现一对多数据的发送，如广播和多播tcp协议和udp协议的差别 TCP UDP 是否连接 面向连接 面向非连接 传输可靠性 可靠 不可靠 应用场合 传输大量数据 少量数据 速度 慢 快第七章套接字编程 MFC编程类型CAsyncSocket类（创建异步套接字）.Csocket类多播工作原理多播是一种允许一个或多个发送者（多播源）将单一的数据报同时发送至多个接受者的网络技术。多播源把数据报发送到特定多播组，只有该多播组成员才能接收到数据报。因特网上的主机可以通过网际组管理协议加入到某个多播组中，也可动态离开该组。相关路由器将跟踪这种关系形成一条到达多播组每个成员的无回路路径，一旦多播数据报传递到某个多播路由器，它将转发至多播组没一个成员。实现IP多播前提条件需要多多播源与接收者以及两者之间的网络都支持多播。包括：主机的网络接口支持多播，同时主机上的TCP/IP支持发送和接收IP数据报有一套用于加入离开查询的组管理协议，如IGMP有一套IP地址分配策略，能将IP多播地址映射为MAC地址支持IP多播的应用软件介于播源与接收者间的路由器、集线器、交换机均支持多播IP/TCP多播优点发送源只需发送一份数据就可以发送到加入到该组播地址的多个目的地址，可以减少网络流量，提高了网络传输速率，减少了主干网络出现拥塞的可能性，较好解决了单点发送多点接收问题。4类WinInet编程直接使用winsock编程使用信报接口MAPI开发邮件传真程序，方便不同邮件系统间交互用因特网服务端应用程序接口来增强扩展HTTP服务器功能用伊特网客户端程序接口来开发HTTP等客户及程序11.冯诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是A指令操作码的译码结果B.指令和数据的寻址方式C.指令周期的不同阶段D.指令和数据所在的存储单元12.一个C语言程序在一台32位机器上运行。程序中定义了三个变量xyz，其中x和z是int型，y为short型。当x=127，y=-9时，执行赋值语句z=x+y后，xyz的值分别是AX=0000007FH，y=FFF9H，z=00000076HAX=0000007FH，y=FFF9H，z=FFFF0076HAX=0000007FH，y=FFF7H，z=FFFF0076HAX=0000007FH，y=FFF7H，z=00000076H13.浮点数加减运算过程一般包括对阶、尾数运算、规格化、舍入和判溢出等步骤。设浮点数的阶码和尾数均采用补码表示，且位数分别为5位和7位（均含2位符号位）。若有两个数X=2729/32，Y=255/8，则用浮点加法计算X+Y的最终结果是A001111100010B.001110100010C010000010001D.发生溢出14.某计算机的Cache共有16块，采用2路组相联映射方式（即每组2块）。每个主存块大小为32字节，按字节编址。主存129号单元所在主存块应装入到的Cache组号是A0B.2C.4D.615.某计算机主存容量为64KB，其中ROM区为4KB，其余为RAM区，按字节编址。现要用2K8位的ROM芯片和4K4位的RAM芯片来设计该存储器，则需要上述规格的ROM芯片数和RAM芯片数分别是A1、15B2、15C1、30D2、3016.某机器字长16位，主存按字节编址，转移指令采用相对寻址，由两个字节组成，第一字节为操作码字段，第二字节为相对位移量字段。假定取指令时，每取一个字节PC自动加1。若某转移指令所在主存地址为2000H，相对位移量字段的内容为06H，则该转移指令成功转以后的目标地址是A.2006HB.2007HC.2008HD.2009H17.下列关于RISC的叙述中，错误的是ARISC普遍采用微程序控制器BRISC大多数指令在一个时钟周期内完成CRISC的内部通用寄存器数量相对CISC多DRISC的指令数、寻址方式和指令格式种类相对CISC少18.某计算机的指令流水线由四个功能段组成，指令流经各功能段的时间（忽略各功能段之间的缓存时间）分别是90ns、80ns、70ns和60ns，则该计算机的CPU时钟周期至少是A90nsB.80nsC.70nsD.60ns19.相对于微程序控制器，硬布线控制器的特点是A指令执行速度慢，指令功能的修改和扩展容易B指令执行速度慢，指令功能的修改和扩展难C指令执行速度快，指令功能的修改和扩展容易D指令执行速度快，指令功能的修改和扩展难20.假设某系统总线在一个总线周期中并行传输4字节信息，一个总线周期占用2个时钟周期，总线时钟频率为10MHz，则总线带宽是A10MB/sB.20MB/SC.40MB/SD.80MB/S21.假设某计算机的存储系统由Cache和主存组成，某程序执行过程中访存1000次，其中访问Cache缺失（未命中）50次，则Cache的命中率是A5%B.9.5%C.50%D.95%22.下列选项中，能引起外部中断的事件是A键盘输入B.除数为0C.浮点运算下溢D.访存缺页43.（8分）某计算机的CPU主频为500MHz，CPI为5（即执行每条指令平均需5个时钟周期）。假定某外设的数据传输率为0.5MB/s，采用中断方式与主机进行数据传送，以32位为传输单位，对应的中断服务程序包含18条指令，中断服务的其他开销相当于2条指令的执行时间。请回答下列问题，要求给出计算过程。（1）在中断方式下，CPU用于该外设I/O的时间占整个CPU时间的百分比是多少？（2）当该外设的数据传输率达到5MB/s时，改用DMA方式传送数据。假设每次DMA传送大小为5000B，且DMA预处理和后处理的总开销为500个时钟周期，则CPU用于该外设I/O的时间占整个CPU时间的百分比是多少？（假设DMA与CPU之间没有访存冲突）44.（13分）某计算机字长16位，采用16位定长指令字结构，部分数据通路结构如图所示。图中所有控制信号为1时表示有效、为0时表示无效。例如控制信号MDRinE为1表示允许数据从DB打入MDR，MDRin为1表示允许数据从内总线打入MDR。假设MAR的输出一直处于使能状态。加法指令“ADD（R1），R0”的功能为（R0）+（R1）（R1），即将R0中的数据与R1的内容所指主存单元的数据相加，并将结果送入R1的内容所指主存单元中保存。12、下列选项中，能缩短程序执行时间的措施是（D）I 提高CPU时钟频率，II优化数据通过结构，III对程序进行编译优化A：仅I和II B：仅I和III C：仅II和III D：I，II，III13、假定有4个整数用8位补码分别表示r1=FEH ,r2=F2H ,r3=90H,r4=F8H,若将运算结果存放在一个8位的寄存器中，则下列运算会发生溢出的是（C）A： r1*r2 B ：r2*r3 C：r1*r4 D：r2*r414、假定变量I,f,d数据类型分别为int,float和double(int用补码表示，float和double分别用IEEE754单精度和双精度浮点数据格式表示)，已知i=785,f=1.5678,d=1.5若在32位机器中执行下列关系表达式，则结果为真是（C）（I）f=(int)(float)I (II)f=(float)(int)f (III)f=(float)(double) (IV)=(d+f)-d=fA：仅I和II B：仅I和III C：仅II和III D：仅III和IV15、假定用若干个2k*4位芯片组成一个8*8位存储器，则地址0B1FH所在芯片的最小地址是（D）A：0000H B：0600H C： 0700H D：0800H16、下列有关RAM和ROM的叙述中，正确的是（A）I、 RAM是易失性存储器，ROM是非易失性存储器II、 RAM和ROM都是采用随机存取的方式进行信息访问III、RAM和ROM都可用作CacheIV、RAM和ROM都需要进行刷新A：仅I和II B：仅II和III C：仅I,II，III D：仅II，III，IV17、下列命令组合情况中，一次访存过程中，不可能发生的是（D）A：TLB未命中，Cache未命中，Page未命中B：TLB未命中，Cache命中，Page命中C：TLB命中，Cache未命中，Page命中D：TLB命中，Cache命中，Page未命中18、下列存储器中，汇编语言程序员可见的是（B）A：存储器地址寄存器（MAR） B：程序计数器（PC）C：存储器数据寄存器（MDR） D：指令寄存器（IR）19、下列不会引起指令流水阻塞的是（A） A：数据旁路 B：数据相关 C：条件转移 D：资源冲突20、下列选项中的英文缩写均为总线标准的是（D）A：PCI、CRT、USB、EISA B：ISA、CPI、VESA、EISAC：ISA、SCSI、RAM、MIPS D：ISA、EISA、PCI、PCI-Express21、单级中断系统中，中断服务程序执行顺序是（A）I、保护现场 II、开中断 III、关中断 IV、保存断点V、中断事件处理 VI、恢复现场 VII、中断返回A：I、V、VI、II、VII B：III、I、V、VIIC：III、IV、V、VI、VII D：IV、I、V、VI、VII22、假定一