计算机网络与通信(4.2)(六)

1计算机网络与通信2目录第一章计算机网络综述第二章计算机网络体系结构第三章计算机局域网第四章TCP/IP协议第五章网络互连第六章网络新技术第七章计算机网络安全第八章数据压缩3第四章TCP/IP协议4.1TCP/IP参考模型4.1.1TCP/IP协议分层4.1.2TCP/IP参考模型的特点4.1.3TCP/IP与ISO/OSI4.2IP协议4.2.1IP分组格式4.2.2IP地址4.2.3互联网络控制协议4.2.4互联网络的路由选择4.2.5IPv64第四章TCP/IP协议4.3TCP协议4.3.1传输协议的要素4.3.2TCP服务模型4.3.3TCP协议格式4.3.4TCP数据段头4.3.5TCP连接管理4.3.6TCP传输策略4.3.7TCP拥塞控制4.3.8UDP54.2IP协议4.2.1IP分组格式IP提供不可靠、无连接的数据报传送服务不可靠(unreliable)：它不能保证IP数据报能成功地到达目的地。IP仅提供最好的传输服务。如果发生某种错误时，如某个路由器暂时用完了缓冲区，IP有一个简单的错误处理算法：丢弃该数据报，然后发送ICMP消息报给信源端。任何要求的可靠性必须由上层来提供(如TCP)无连接(connectionless)：IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息。每个数据报的处理是相互独立的。这也说明，IP数据报可以不按发送顺序接收。如果一信源向相同的信宿发送两个连续的数据报(先是A，然后是B)，每个数据报都是独立地进行路由选择，可能选择不同的路线，因此B可能在A到达之前先到达64.2IP协议4.2.1IP分组格式4位版本号4位分组头长8位服务类型(TOS)16位总长度16位标识符3位标志13位分组段偏移8位生存时间(TTL)8位协议16位分组头检验和32位源IP地址32位目的IP地址任选项(可变长)填充段数据图4-5IP数据报格式及头部各字段20字节74.2IP协议4.2.1IP分组格式版本号(VER,version)：目前的版本号是IPv4分组头长(IHL,InternetHeaderLength)：首部占32bit字的数目，包括任何选项，范围5－15。普通IP数据报(没有任何选择项)字段的值是5(20字节)服务类型(TOS,TypeofService)：包括一个3bit的优先权子字段(现已被忽略)，4bit的TOS子字段和1bit未用位但必须置0。4bit的TOS分别代表：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。4bit中只能置其中1bit。如果所有4bit均为0，那么就意味着是一般服务总长度(TL,TotalLength)：指整个IP数据报的长度，以字节为单位。利用分组头长度字段和总长度字段，就可以知道IP数据报中数据内容的起始位置和长度。尽管可以传送一个长达65535字节的IP数据报，但是大多数的链路层都会对它进行分片84.2IP协议4.2.1IP分组格式标识符(ID,Identification)：唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加1标志段(Flags)：3bit分别位0，DF(不可分)和MF(MoreFragments)分组段偏移(FO,FragmentOffset)：8字节为1单位，范围0-8191，缺省0。分组段偏移标明当前分组段在初始数据报中的位置，报宿按偏移重组IP数据报标识符(16B)标志段(3B)分组段偏移(13B)未定义，必须是0DF位0：可分片1：不可分片MF0：最后的报片1：不是最后的报片图4-6标志段的含义94.2IP协议4.2.1IP分组格式生存时间(TTL,time-to-live)：数据报可以经过的最多路由器数。TTL的初始值由源主机设置(通常为32或64)，一旦经过一个处理它的路由器，它的值就减去1。当该字段的值为0时，数据报就被丢弃，并发送ICMP(InternetControlMessageProtocol)报文通知源主机协议(PROT,Protocol)：表示哪一个高层协议(ICMP,IGMP,TCP,EGP,UDP)将用于接收分组中的数据分组头检验和(HeaderChecksum)：根据IP首部计算的检验和计算：首先把检验和字段置为0；然后对首部中每16bit为1单位相加，若结果有进位，将和加1由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和，如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算的结果应该为全1如果结果不是全1(即检验和错误)，那么IP就丢弃收到的数据报。但是不生成差错报文，由上层去发现丢失的数据报并进行重传任选项和填充段：任选项为保留字段；填充段用0填充104.2IP协议4.2.2IP地址7位24位A0网络号主机号14位16位B10网络号主机号21位8位C110网络号主机号28位D1110多播组号27位E11110保留将来使用图4-75类IP地址及其范围224.0.0.0–239.255.255.255128.0.0.0–191.255.255.255192.0.0.0–223.255.255.2550.0.0.0–127.255.255.255240.0.0.0–247.255.255.255114.2IP协议4.2.2IP地址网络号部分的二进制编码全为0时，为本地网主机号部分的二进制编码全为1时，为本地网络内的广播地址由于IP地址既对一个网络编码，也对该网络上的一台主机编码，所以他们不是确定单个主机，而是确定对一个网络的一个连接主机号部分等于0的IP地址从不分配给单个主机，而是指网络本身多接口主机具有多个IP地址，其中每个接口都对应一个IP地址124.2IP协议4.2.2IP地址0表示所有的比特位全为0；-1表示所有的比特位全为1；netid、subnetid和hostid分别表示不为全0或全1的对应字段。子网号栏为空表示该地址没有进行子网划分地址IP地址可以为描述网络号子网号主机号源端目的端00OKX本机0主机号OKX本网主机127任意值OKOK环回地址-1-1XOK受限的广播(不转发)netid-1XOK网络广播netidsubnetid-1XOK子网广播netid-1-1XOK向所有子网广播图4-8特殊情况的IP地址134.2IP协议4.2.2IP地址组播(Multicast)：在Internet网上对一组IP站点进行数据传送，这一组IP站点是动态形成的，每一个IP站点都可以动态地加入或者退出这个组D类地址是从224.0.0.0到239.255.255.255之间的IP地址。其中224.0.0.0到224.0.0.255是被保留的地址，224.0.0.1表示子网中所有的组播组，224.0.0.2表示子网中的所有网关D类地址是动态分配和恢复的瞬态地址。每一个组播组对应于动态分配的一个D类地址；当组播组结束组播时，相对应的D类地址将被回收，用于以后的组播。在D类地址的分配中，IETF建议遵循以下的原则：全球范围：224.0.1.0～238.255.255.255有限范围：239.0.0.0～239.255.255.255本地站点范围：239.253.0.0～239.253.0.16本地机构范围：239.192.0.0～239.192.0.14144.2IP协议4.2.2IP地址子网寻址：现在所有的主机都要求支持子网编址(RFC950[MogulandPostel1985])。不是把IP地址看成由单纯的一个网络号和一个主机号组成，而是把主机号再分成一个子网号和一个主机号划分子网的目的是为了使本地网络节点的管理具有更大的灵活性IP地址=(网络地址段)(子网地址段)(主机地址段)子网对外部路由器来说隐藏了内部网络组织(一个校园或公司内部)的细节子网的自然划分方法：即把B类地址中留给主机的16bit中的前8bit作为子网地址，后8bit作为主机号。这样用点分十进制方法表示的IP地址就可以比较容易确定子网号。但是，并不要求A类或B类地址的子网划分都要以字节为划分界限154.2IP协议4.2.2IP地址子网掩码：说明IP地址重的主机地址如何被划分成子网地址和本地主机地址两部分。掩码是一个32bit的值，其中值为1的比特留给网络号和子网号，为0的比特留给主机号给定IP地址和子网掩码以后，主机就可以确定IP数据报的目的：1.本子网上的主机2.本网络中其他子网中的主机3.其他网络上的主机如果知道本机的IP地址，那么就知道它是否为A类、B类或C类地址(从IP地址的高位可以得知)网络号和子网号之间的分界线根据子网掩码就可知道子网号与主机号之间的分界线164.2IP协议4.2.2IP地址子网掩码=255.255.240.0=0XFF.0XFF.0XF0.0X00图4-9使用子网掩码的两个B类地址C类地址网络地址主机地址192.1.64.411000000000000010100000000000100192.1.65.111000000000000010100000100000001子网掩码11111111111111111111000000000000子网地址174.2IP协议4.2.3互联网络控制协议除了传输数据的IP协议外，互联网络用于网络层控制的协议包括：1.ICMP：互联网络控制信息协议(InternetControlMessageProtocol)2.ARP：地址解析协议(AddressResolutionProtocol)3.RARP：逆向地址解析协议(ReverseAddressResolutionProtocol)4.BOOTP：引导协议(bootstrap)184.2IP协议4.2.3互联网络控制协议1.ICMP•ICMP是一种差错报告机制，它将路由器和目标主机遇到的差错报告给源主机•ICMP提供以下服务：1.测试主机的可达性和状态2.报告不可达目的主机给源主机3.数据报流量控制4.路由改变请求5.获取网络地址及子网掩码194.2IP协议4.2.3互联网络控制协议1.ICMP•与IP数据报一样，ICMP也是不可靠传输，但ICMP的传输问题不能再使用ICMP传达•对于被划分为的IP分组，只有偏置为0的分组段才能使用ICMP•ICMP报文是在IP数据报内部被传输的，如图4-10所示IP首部ICMP报文20字节IP数据报图4-10ICMP封装在IP数据报内部204.2IP协议4.2.3互联网络控制协议1.ICMP•所有报文的前4个字节都是一样的•类型字段可以有15个不同值，以描述特定类型的ICMP报文•检验和字段是ICMP分组的简单的1的补码和图4-11ICMP报文1字节1字节2字节类型代码检验和根据类型域的不同而变化(数据信息根据类型而定)214.2IP协议4.2.3互联网络控制协议1.ICMP图4-12ICMP报文类型类型代码描述查询差错00回显应答(Ping应答）·30-15目的不可达·40源端被关闭·50-3重定向·80请求回显(Ping请求)·9-100路由器通告与请求·110超时(生成时间为0)·120-1参数问题·13-140时间截请求与应答·17-180地址掩码请求与应答·224.2IP协议4.2.3互联网络控制协议2.ARP•ARP为IP地址到对应的硬件地址之间提供动态映射。这个过程是自动完成的•RARP是被那些没有磁盘驱动器的系统使用(一般是无盘工作站或X终端)，它需要系统管理员进行手工设置32位Internet地址48位以太网地址主机名图4-13TCP/IP网际寻址ARPRARPDNS234.2IP协议4.2.3互联网络控制协议2.ARP•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。”•目的主机的ARP层收到这份广播报文后，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IP地址及对