计算机网络技术第三章

1、第三章第三章TCP/IP协议协议 第三章第三章TCP/IPTCP/IP协议协议 3.1 IP协议3.2 IP路由3.3 网际控制消息协议3.4 TCP/UDP3.1 IP3.1 IP协议协议 Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写，中译名为传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP 定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络

2、来完成自己的需求。通俗而言：TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台电脑规定一个地址。 3.1.1 IPv43.1.1 IPv4分组格式分组格式1.版本：占4位，用来指明所使用的IP协议的版本号，目前使用的是IPv4。2.头标长：头标的长度一行计算，在5-15之间，为此IHL占4位。3.服务类型：描述IP分组所希望获得的服务器质量，占8位，包括低延迟、高吞吐量、高可靠性，各占1位：优先级，共8级，占3位：未用2位。4.总长：给出IP分组的总长度，占16位，即允许最长的IP分组为65535B。5.标识：源主机赋予IP

3、分组的标识号，占16位。6.标志：共占3 位。第一位恒为0。 第二位为0时是可分片，为1时是不可分片。第三位为0时是最后报片，为1时是非最后报片。7.片偏移：FO占13位，用以标明当前片在初始IP分组中的位置，目的主机可以根据FO来重新组合IP分组。8.生存时间：IP分组在网络中传送的倒计时时钟，占8位，最大值为255，默认值为64，单位为s。当TTL=0且尚未传送到时，该IP分组即被丢弃。9协议：协议段占8位B，用以标识接收的IP分组数据的高层协议；1控制报文协议ICMP；6传输控制协议TCP；8外部网关协议EGP；17用户数据报协议UDP；29运输层协议第4类ISO-TP4。10.报头校验

4、和：IP数据报头校验和占16位，用以保证IP分组报头的完整性。校验方法：先设处置为0，然后对报头数据每16位求异或，结果取反。当目的地计算出校验和与该域的值不符时，则丢弃该报文。11.源IP地址：源地址占32位。12.目的IP地址;目的地址占32位。13.IP分组选项：用于存放安全保密、报文经历、错误调试报告、时间戳等信息，其长度可变。14.填充：IP分组头长必须是4字节的整数倍，填充字段就是最后满足这一条件而设置的。3.1.2 IP3.1.2 IP编址方案编址方案整个地址空间共分为五类：A类、B类、C类、D类和E类IPIP地址分类地址分类 A类、B类和C类IP地址可以分成网络ID和主机ID，

5、并且满足一定的寻址原则。 A类地址的格式： B类地址的格式： C类地址的格式： D类地址的格式： E类地址的格式：3.1.33.1.3子网掩码子网掩码子网掩码概述： 子网掩码屏蔽一个IP地址的网络部分的“全1”比特模式。对于A类地址来说，默认的子网掩码是255.0.0.0；对于B类地址来说默认的子网掩码是255. 255.0.0；对于C类地址来说默认的子网掩码是255.255.255.0。利用子网掩码可以把大的网络划分成子网即VLSM（可变长子网掩码），也可以把小的网络归并成大的网络即超网。 3.1.4 IP3.1.4 IP地址的无分类编制地址的无分类编制CIDRCIDRIP的无类编制，也称无

6、类域间路由选择，它有如下3个特点： 1.使用变长的“网络前缀”代替分类地址中的网络号和子网号，形成+的两层IP地址结构。 2.CIDR将网络前缀相同的连续IP地址称为“CIDR地址块”。CIDR前缀的长度起始地址包含地之数包含的分类网格数/13255.248.0.0512k8个B类或2048个C类/14255.252.0.0256k4个B类或1024个C类/15255.253.0.0128k2个B类或512个C类/16255.255.0.064k1个B类或256个C类（常用地址块）（常用地址块）3.路由聚合可以大幅减少路由表中的项目数，减少路由器之间的路由选择信息的交换，提高整个Interne

7、t网络的性能。CIDR前缀的长度起始地址包含地之数包含的分类网格数/17255.255.128.032k128个C类/18255.255.192.016k64个C类/19255.255.223.08k32个C类/20255.255.240.04k16个C类3.1.5 IP3.1.5 IP地址解析地址解析1.协议地址和物理地址协议地址： 赋给计算机的一个号码，用作发送给该计算机的包中的目的地地址。每个IP地址是32位长。其它协议系列使用不同长度的协议地址。物理地址：网卡的物理地址通常是由网卡生产厂家烧入网卡的EPROM（一种闪存芯片，通常可以通过程序擦写），它存储的是传输数据时真正赖以标识发出数

8、据的电脑和接收数据的主机的地址。2.地址解析地址解析：地址解析（Address Resolution）是指转换或表达一个系统中的实体地址到第2个系统中相同实体中的等价地址的过程，当两个寻址系统是指相同实体时。 地址解析实例图 路由器（Router）是用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器的路由功能来完成。因此，路由器具有判断网络地址和选择IP路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。 3.2

9、.1 3.2.1 路由器路由器路由器示例1.1.路由器的基本功能路由器的基本功能 第一，网络互连，路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信； 第二，数据处理，提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等功能； 第三，网络管理，路由器提供包括配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。2.2.路由器的工作流程路由器的工作流程路由器的主要工作主如下：路由器的主要工作主如下：（1）、路径判断，使用一定的路由算法选择合适的路径。（2）、转发。路由器工作流程中各步所进行的工作：路由器工作流程中各步所进行的工作：（1）、接受帧，分解出IP分组（

10、2）、验证IP包的合法性（3）、IP分组选项处理（4）、确定IP分组是本地提交还是转交（5）、转发寻径（6）、转发验证（7）、TTL处理（8）、数据包处理（9）、数据链路层寻址 3.3.路由器的构成路由器的构成 路由器具有四个要素：输入端口、输出端口、交换开关和路由处理器。 输入端口的功能：输入端口的功能：第一个功能是进行数据链路层的封装和解封装。第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址从而决定目的端口（称为路由查找），路由查找可以使用一般的硬件来实现，或者通过在每块线卡上嵌入一个微处理器来完成。第三，为了提供QoS（服务质量），端口要对收到的包分成几个预定义的服务级别。第四，端口可能需要运行

11、诸如SLIP（串行线网际协议）和PPP（点对点协议）这样的数据链路级协议或者诸如PPTP（点对点隧道协议）这样的网络级协议。 输出端口：输出端口： 输出端口在包被发送到输出链路之前对包存贮，可以实现复杂的调度算法以支持优先级等要求。与输入端口一样，输出端口同样要能支持数据链路层的封装和解封装，以及许多较高级协议。交换开关：交换开关： 交换开关可以使用多种不同的技术来实现。迄今为止使用最多的交换开关技术是总线、交叉开关和共享存贮器。 路由处理器：路由处理器： 路由处理器计算转发表实现路由协议，并运行对路由器进行配置和管理的软件。同时，它还处理那些目的地址不在线卡转发表中的包。 4.4.路由器的类

12、型路由器的类型按照路由器在自治域中的位置分为：按照路由器在自治域中的位置分为： 内部路由器：在自治域中内部转发数据包。 边界路由器：在不同自治域之间转发数据包。按所支持的协议可分为：按所支持的协议可分为： 单协议路由器：仅支持单一协议。 双协议路由器：可以支持多种协议传送。按所连接范围，路由器分为：按所连接范围，路由器分为： 接入级路由器：应用于连接家庭或ISP内的小型企业客户群体。 企业级路由器：连接许多终端系统，连接对象较多，但系统相对简单，且数据流量较小，对这类路由器的要求是以尽量便宜的方法实现尽可能多的端点互连，同时还要求能够支持不同的服务质量。 骨干级路由器：实现企业级网络互连的关键

13、设备，它数据吞吐量较大，非常重要。对骨干级路由器的基本性能要求是高速度和高可靠性。 5.5.网络连接设备综述网络连接设备综述设备使用层次处理对象作用作用作用作用网卡物理层/数据链路层比特流/MA帧连接计算机到网络集线器物理层比特流连接网段和计算机数据汇聚交换机数据链路层帧连接网段和计算机数据汇聚分隔碰撞域划分网段路由器网络层IP数据包接入到广域网，连接物理层路由选择分隔广播域划分物理网几种网络设备的比较3.2.2 3.2.2 路由算法举例路由算法举例1.1.洪泛（洪泛（floodingflooding）算法）算法 洪泛算法也称扩散式算法，其基本思想是每个节点收到分组后，即将其发往除分组节点之外

14、的其他各相邻节点。洪范算法具有很好的健壮性和可靠性，适用于规模较小、可靠性要求高的场合。2.2.热土豆（热土豆（hot potatohot potato）算法）算法 通常，每个节点要为其连接的相邻节点各建一个分组队列。热土豆算法是节点是节点分组后，为了尽快脱手，要将其放在最短的队列中，而不管该分组的目标是什么。3.3.固定路由算法固定路由算法 固定路由算法也称查表法，它是在网络的每个节点上都存放一个预先计算好的路由表，给出本节点到所有可能的目标节点的最短路径。4.4.距离向量（距离向量（distance vectordistance vector）算法）算法 距离向量算法的原则非常简单：它把每

15、经过一个路由器称为一跳。一条路由上的跳数称为“距离“，然后动态地选择最短距离作为路径。 距离向量算法的主要优点的易于实现和调试，主要用于小型网络中。5.5.链路状态（链路状态（link statelink state）算法）算法 链路状态是路由器上的接口（网络地址和网络类型等）描述及其与相邻路由器的总称。这些链路状态的集合形成了一个链路状态的集合形成了一个链路状态数据库。6.6.混合（混合（hybridhybrid）路由算法）路由算法 混合算法试图综合距离向量算法和链路状态算法的优点： .使用“度量”把优先分配给一个路径（吸取距离向量算法的优点）。 .通过事件驱动更新路由而不是定期更新路由（吸

16、取链路状态算法的优点）。 3.2.3 internet 3.2.3 internet 路由协议路由协议1.1.路由信息协议路由信息协议 RIPRIP RIP（routing information protocol）是一种内部协议网关。它采用距离向量算法，用于小型自制系统中，并且将源代码嵌入了基于 BSD UNIX 的操作系统中。2.2.开放式最短路由优先协议开放式最短路由优先协议 开放式最短路由优先协议是针对RIP的缺点与1989年开发出来的一种路由协议。其工作过程包括建立邻接关系、同步LSA数据库、计算路由表。（1） 建立邻接关系（2） 同步 LSA 数据库（3） 计算路由表3.3.边界网

17、关协议边界网关协议 边界网关协议（BGP）是一种外部网关协议。其开发初衷旨在提供一种自治系统之间交换路由信息的非循环方法，它基于路径向量路由选择，通过 ISP 边界的路由器加上一定的策略，选择过滤路由，把 RIP、OSPF、BGP等的路由发送到对方，处理各 AS 之间的路由传递。 Internet 是 BGP 处理多个 ISP 有机会连接起来，真正成为全球范围的网络。3.33.3网际控制消息协议网际控制消息协议3.3.1 ICMP3.3.1 ICMP提供是的服务提供是的服务 ICMP是一种差错报告机制，它为路由器或目标主机提供了一 种方法，使它们把能遇到的差错报告给主机。具体说，ICMP提供以

18、下服务： 测试目的主机可到达性和状态将不可到达的目的主机报告给源主机进行进行IPIP分组流量控制分组流量控制 3.3.2 ICMP 3.3.2 ICMP 分组分组 ICMP分组：差错报告，控制和测试 ICMP虽然是第三层的一部分，但又好像第四层那样调用IP的服务。并且ICMP与IP一样，都是不可靠传输，ICMP的信息也可能丢失。为了防止ICMP信息无限制的连续发送，对ICMP分组传输中的问题不能在使用ICMP解决。3.3.3 ICMP 3.3.3 ICMP 应用举例应用举例1. Ping1. Ping Ping是TCP/IP网络中一个最简单而又非常有用的ICP应用程序，它使用ICMP回应请求/

19、应答。具体可以应用于以下场合：验证DNS服务器的操作验证一个网络或网络中的设备是否可以被访问验证基础TCP/IP软件的操作 Ping在不同的实现中语法格式有所不同：host： 目的主机的名字或其IP地址switch: 参数选项，它可以是不同的组合 如 -dfnprvR等TracerouteTraceroute Traceroute 程序用来确定通过网络的路由IP数据分组。 它先 把一个TTL=1的IP分组发送给目的主机，在经过第一个路由器时把TTL减到0，遂丢失该分组并把ICMP超时消息返还给源主机，从而标示了第一个路由器。此后，不断增加TTL值重复上述过程，就可以依次标识出通向目的主机的路径

20、上的各路由器。3.4 TCP/UDP3.4 TCP/UDP 在TCP/UDP运输层中，有两个并行的独立协议：传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。 3.4.1 3.4.1 端口号与套接字端口号与套接字1.1.端口号和套接字的概念端口号和套接字的概念 运输层是网络中非常关键的一层，其下面是网络级通信，其上面是主机级通信，即进程通信。 通常，一台主机上要运行多个应用进程。当一个进程要与另一个进程通信时，需要标识下列参数： 在运输层使用什么协议通信 在本地主机地址 本地进程标识符 远程主机地址 进程标识符2.2.端口号的分配端口号的分配 每个协议端口号都是一个16位的号码。协议端口号的分配有两种基本方式：统一分配和动态绑定。3