数据通信与网络协议 第2章 协议模型与网络协议

第三版 ) 第 3章 第 1页 第 2章 协议模型与网络协议 本章概述 本章的学习目标 主要内容 第三版 ) 第 3章 第 2页 本章概述 通信双方就像调制和解调一样互逆，实现互逆操作的是有双方的子实体对象之间完成的，也就是说发送方（ N）子实体的操作，只有接收方（ N）子实体才能实施逆操作，其他子实体的操作也是一样的。 这主要是因为只有同一层次子实体之间采用的通信语言是相同的，即每个子实体都有自己独特的通信协议，只有对等层的子实体才能理解。本章全面研究协议模型和现实的网络协议。 第三版 ) 第 3章 第 3页 本章的学习目标 掌握协议模型的结构功能 理解 理解 理解 掌握其他网络协议 第三版 ) 第 3章 第 4页 主要内容 协议模型 其他网络协议 本章小结 第三版 ) 第 3章 由一个或多个服务对象构成的（ N）服务提供者，提供（ N）服务。为了服务的提供，这些对象使用（ 务。 如果该提供者包含一个以上的服务对象，（ 务用来使它们按照已定义的、被称为协议的一组规则、数据格式和功能，进行协作。然而使用了（ 务和特定的协议这一点，对这些服务对象是隐蔽的。因此对（ N）服务用户也是透明的。 第 5页 第三版 ) 第 3章 服务提供者的分解 第 6页 N 服 务 提 供 者( N ) 服 务 用 户 ( N ) 服 务 用 户( N - 1 )服 务 提 供 者( N + 1 ) 层( N - 1 ) 层( N ) 层协 议( N ) 服 务 对 象 ( N ) 服 务 对 象分 解第三版 ) 第 3章 完成协议的对象的行为通常按有限状态机模型设计。有限状态机存在着不同的变体（991），从协议的功能和目标出发，使用有限状态机的定义和组成成分。 一个有限状态集；一个有限的转换规则集；一个有限谓词集；一个有限外来事件集；一个有限外出事件集。 第 7页 第三版 ) 第 3章 一个（ N）服务对象的环境 第 8页 ( N - 1 ) 服 务 对 象( N + 1 ) 服 务 对 象( N + 1 ) 层( N - 1 ) 层( N ) 层协 议( N ) 本 地服 务 对 象( N ) 服 务 对 象第三版 ) 第 3章 协同工作的服务对象用协议数据单元（ 换信息。 些表示法依赖于所处的 一个 效载荷和尾部（ 个字段组成。所有的字段都可以用来传递协议控制信息（ 但服务数据单元仅能放在有效载荷字段中传输。 根据 们把它们分成两种类型：数据 第 9页 第三版 ) 第 3章 协作的（ N）服务对象与它们的（ N）服务用户 第 10页 消 费 者( N + 1 ) 层( N ) 层发 送 者 接 收 者生 产 者( N ) - S D ( N ) - P D ( N ) - P D U( N ) - S D 第三版 ) 第 3章 一个协议除了行为和数据格式，也规定协同的服务对象应执行的功能。这些协议功能在调用一个对象的操作时执行，或者在一个有限状态机模型中，出现一个外来事件时执行。一个服务对象的协议功能，通常要求所有与之通信的服务对象具有协同的协议功能。 第 11页 第三版 ) 第 3章 第 12页 主要内容 协议模型 其他网络协议 本章小结 第三版 ) 第 3章 因特网在不同层次使用了一组不同但互补的协议，这组协议常被称为因特网协议组。虽然它包括了一百多个协议，但最流行的是网际协议（ 传输控制协议（ 而因特网协议组也被称为 P，在不断增长的网络上和使用客户机 /服务器或者基于 第 13页 第三版 ) 第 3章 1. 因特网组织 因特网技术标准化，控制 制新的标准以及其他类似的事情和技术，是由四个非盈利性国际团体监督、协调及演化的。 因特网协会（ ,因特网体系结构委员会（ ,因特网研究部（ ,因特网工程部（ 为帮助 成立了 第 14页 第三版 ) 第 3章 2. 因特网协议 网络协议通常分不同层次进行开发，每一层分别负责不同的通信功能。 一组不同层次多个协议的组合。 一个管理机构为接入互联网的网络分配 个管理机构就是互联网络信息中心（ 称作 机号的分配由系统管理员来负责。 我国的 由中国互联网络中心 。 第 15页 第三版 ) 第 3章 3. 客户 网络中计算机之间的通信，实质上是计算机上进程的通信，大部分网络应用程序在编写时都假设一端是客户，另一端是服务器，其目的是为了让服务器为客户提供一些特定的服务。可以将这种服务分为两种类型：重复型或并发型。 第 16页 第三版 ) 第 3章 重复型服务器交互步骤 1步。 重复型服务器主要的问题发生在 这个时候，它不能为其他客户机提供服务。 第 17页 第三版 ) 第 3章 并发型服务器交互步骤 这期间可能生成一个新的进程、任务或线程，并依赖底层操作系统的支持。这个步骤如何进行取决于操作系统。生成的新服务器对客户的全部请求进行处理。处理结束后，终止这个新服务器。 1步。 第 18页 第三版 ) 第 3章 1. 在 20世纪 60年代后期， 望能够找到一种通用的方式，使得大学、研究所和 能够对 们所开发的协议实际上是两个协议的组合，即传输控制协议（ 网际协议（ 第 19页 第三版 ) 第 3章 第 20页 表 示 层网 络 层传 输 层会 话 层应 用 层物 理 层数 据 链 路 层互 联 网 络 层传 输 层应 用 层网 络 接 口 层O S I T C P / I 第三版 ) 第 3章 2. 网络接口层协议 辑链路层协议适配不同的子网特征，以便为高层提供统一的子网接口，链路层存在着一些将 还存在着一个独立于 为点到点协议（ 第 21页 第三版 ) 第 3章 4. 网络层协议 互联网络层是整个体系结构的关键部分，它的功能是使主机可以把分组发往任何网络，并且是分组独立地传向目的地。 网络层协议负责一个特殊的工作，实现中继、差错报告、组管理、资源预留或路由选择等功能。包括 网际协议（ 际组管理协议（ ,网际控制报文协议（ , 资源预留协议（,网际数据流协议版本 2（ ,边界网关协议（ ,开放最短路径优先（ ,路由选择信息协议（ 第 22页 第三版 ) 第 3章 5. 传输层协议 传输层协议通过增加功能改进端到端的网络服务，诸如差错控制提供了可靠通信，多路分解可同时支持多个应用等传输层常用协议。 传输控制协议（ ， 用户数据报协议（ ， 通用消息事务协议（ ， 网络块传送（ ， 多点播送传输协议（， 可靠数据协议（ 第 23页 第三版 ) 第 3章 6. 应用层协议 应用层协议使用适当的传输协议来支持基本的面向应用服务，例如文件传送、远程登录和电子邮件等应用层常用协议。 自举协议（ ， 动态主机配置协议（， 文件传送协议（ ， 平常文件传送协议（ ， 远程通信网络（ 简单网络管理协议（ ， 简单邮件传送协议（ ， 域名系统（ 。 第 24页 第三版 ) 第 3章 第 25页 主要内容 协议模型 其他网络协议 本章小结 第三版 ) 第 3章 因特网中随处可见的 两个著名的版本。虽然从版本编号来看，两个版本的 实际上两个版本是完全不同的。 第 26页 第三版 ) 第 3章 （ 用可变长的头部，但无尾部，由 14个字段组成的头部结构，最小 图 2个字节（ 32位）的整数倍。 第 27页 第三版 ) 第 3章 第 28页 版 本 号 头 部 长 度 服 务 类 型 总 长 度标 志标 识 符 偏 移 量生 存 期 协 议 分 组 头 校 验 和源 地 址目 的 地 址任 选 项 （ 可 变 ） 填 充 （ 可 变 )40 8 1 6 1 9 2 4 3 1第三版 ) 第 3章 该 4位段表示协议支持的 在处理 有 软件都要检查分组的版本段，以便保证分组格式与软件期待的格式一样。如果标准不同，机器将拒绝与其协议版本不同的 书给出的是对版本为 4的 本 1 第 29页 第三版 ) 第 3章 该 4位表示 32个二进制位（ 4个字节）为单位，取值的范围是 5值是 5）。由于 这个段是必不可少的。 第 30页 第三版 ) 第 3章 该 8位段说明分组所希望得到的服务质量。 服务类型段的头 3位表明 值在0（正常） 络控制）之间变化，数值越大则大多数 位域，用相同的优先权处理所有 接下来的 3位控制网络的延迟时间、吞吐率和可靠性，如果置零则表示常规服务，如果置 1则分别表明短延迟、高吞吐率和高可靠性，最后两位未使用，置成零即可。 第 31页 第三版 ) 第 3章 该 16位段给出 位是字节，包括分组头和数据的长度。数据段的长度可以从总长度减去分组头长度计算出来。由于总长度段有16位，所以最大 5535个字节。但这样大的 协议规定，所有主机和路由器至少能支持 576字节的分组长度。在本节的稍后我们将会说明， 片后形成的 分组中的总长度段指的是单个报片的总长度，而不是原先 第 32页 第三版 ) 第 3章 16位的标识符段包含一个整数，唯一地标识该 间可能会通过一些子网。这些子网允许的最大协议数据单元（ 度可能小于该 了处理这种情况， 也正是 第 33页 第三版 ) 第 3章 当路由器准备将 该网络又无法将整个分组一次发送时，路由器必须将该即分组），使其长度能满足这一网络对数据分组的限制。 得分片后的 且甚至不一定以原先的次序到达。这样，所有进行接收的主机都要求支持重组能力。 第 34页 第三版 ) 第 3章 3位的标志段含有控制标志，如图 23位中的低序 2位控制 2位分别称作不可分片位和还有分组片位。 当不可分片位置 1时，规定不要将 当完整的 用程序才可选择禁止分片 。 标志段的低位标明这个分组片包含的数据是取自原始 是取自原始 第 35页 第三版 ) 第 3章 标志段的含义图 第 36页 标 志 段不 可 分 片 位0 : 最 后 的 分 组 片1 : 不 是 最 后 的 分 组 片未 定 义必 须 是 : 0还 有 分 组片 位未 定 义标 识 符 段分 组 片偏 移0 : 可 分 片1 : 不 可 分 片第三版 ) 第 3章 片偏移） 13位的分组左偏移段标明当前分组片在初始 分组中的位置。为了重组 分组，报宿必须得到从偏移 0开始，直到最高偏移值之间的所有分组片。 分组片不需要按顺序到达，接收分组片的报宿与分割 宿也能重新组合 组片偏移以 64位（ 8个字节）为单位，取值范围 0认值是 0。 第 37页 第三版 ) 第 3章 8位的生存时间段指定 秒为单位。当该值降为 0时， 段的值在 。 该段决定了源发 保证 使在路由表变乱形成路由器循环为 第 38页 第三版 ) 第 3章 八位的协议段表示哪一个高层协议将用于接收 层协议的号码由 例如，该段值的十进制表示对应 联网控制报文协议）是 1，对应传输控制协议（ 6，对应 部网关协议）是 8，对应用户数据报协议（ 17，对应 类（ 29。 第 39页 第三版 ) 第 3章 10. 校验和（ 16位的分组校验和段保证 组头发生变化（例如生存时间段值减 1），校验和必须重新计算。 校验和的计算十分简单。首先，在计算前将校验和段的所有 16位均置成 0，然后 相加的结果有进位，那么将和加 1。如此反复，直到所有分组头的信息都相加完为止，将最后的值对 1求补，即得出 16位的校验和。 第 40页 第三版 ) 第 3章 32位的源地址段包含发送 32位的目标地址段包含 第 41页 第三版 ) 第 3章 可变长的任选段提供了一种策略，允许今后的版本包含在当前设计的头中尚未出现的信息，也避免使用固定的保留长度，从而可以根据实际需要选用某些头部登录项。 第 42页 第三版 ) 第 3章 个字节长的整数倍。填充段是为了使有任选项的 个字节长度的整数倍而设计的，通常用 0填人填充段来满足这一要求。填充段的有无或所需要的长度取决于选择项的使用情况。 第 43页 第三版 ) 第 3章 地址基本格式 2位的二进制数，通常被分割为4个“ 8位 二进制 数”（也就是 4个字节）。 点分十进制 ”表示成（ 形式，其中， a1,a2,a3,至 255之间的十进制整数。例如点分十进 实际上是 32位二进制数（ 分十进制数表示的 络地址 和 主机地址 组成。 第 44页 第三版 ) 第 3章 第 45页 A 类B 类C 类E 类D 类1网 络 标 识11111 0111 011 0主 机 标 识网 络 标 识网 络 标 识多 投 点 地 址保 留 为 将 来 使 用主 机 标 识主 机 标 识第三版 ) 第 3章 和随后的 7位是网络地址部分，剩下的 24位表示网内主机地址。这样在一个互联网络内可能会有 126个 每一个 600万个节点。非常大的地区网，如美国的 能使用 0和后随的 14位是网络地址部分，剩下的 16位表示网内的主机地址。这样，在某种互联环境下可能会有大约 16， 000个 每个 5， 000多个节点。一般大单位和大公司营建的网络使用 第 46页 第三版 ) 第 3章 10和后随的 21位是网络地址部分，剩下的 8位表示网内主机地址。这样，一个互联网将允许包含 200万个 一个 54个节点，较小的单位和公司都使用 第 47页 第三版 ) 第 3章 称为多播广播）。 位恒为 1110，预置前 3位为 1意味着 4+32等于 224。第 4位为 0意味着 28+64+32+8+4+2+1为 239，因此 此 类地址。 位恒为 1，因此有效的十进制地址范围从 第 48页 第三版 ) 第 3章 当前采用的 版（ 1 在人们普遍意识到， 且最终要被一个称为 第 49页 第三版 ) 第 3章 0字节的头部，可附接不同的扩展头部。每个头部的长度是 8字节的倍数。 头以 64位为单位，且包头的总长度是 40字节。 为单位，且包头的总长度是 40字节， 第 50页 第三版 ) 第 3章 51页 版 本 业 务 流 类 别 流 标 签下 一 个 头净 荷 长 度 跳 极 限1 2 8 位 I P v 6 源 地 址1 2 8 位 I P v 6 目 的 地 址数 据 部 分401 1 1 21 62 4 3 1净 荷第三版 ) 第 3章 版本：长度为 4位，对于 字段必须为 6。 类别：长度为 8位，指明为该包提供了某种“区分服务”。 位，并命名为“优先级字段”，后来该字段的名字改为“类别”，在最新的 之为“业务流类别”。该字段的定义独立于 前尚未在任何 字段的默认值是全 0。 第 52页 第三版 ) 第 3章 流标签：长度为 20位，用于标识属于同一业务流的包。一个节点可以同时作为多个业务流的发送源。流标签和源节点地址唯一标识了一个业务流。在 4位，但当类别字段的长度增加到 8位后，流标签字段被迫减小长度来作补偿。 净荷长度：长度为 16位，其中包括包净荷的字节长度，即 意味着在计算净荷长度时包含了 第 53页 第三版 ) 第 3章 下一个头：这个字段指出了 一个头字段可以用来指出高层是 它也可以用来指明 跳极限：长度为 8位。每当一个节点对包进行一次转发之后，这个字段就会被减 1。如果该段达到 0，这个包就将被丢弃。 与 们不愿意在意味着对过期包进行超时判断的功能可以由高层协议完成。 第 54页 第三版 ) 第 3章 源地址：长度为 128位，指出了 目的地址：长度为 128位，指出了 个地址可以是一个单播、