3、網絡互聯層協議

　　IP協議：實現的是不可靠無連接的數據報服務，它是TCP/IP協議族的核心，傳輸層上的數據信息和網絡層上的控制信息都以IP數據報的形式傳輸。在Ipv4 中， IP 地址由四個八位域(叫作 octets )組成。 Octets 被點號分開代表在 0 到達 55 范圍內的十進制數字。用二進制格式時共有 32 位組成，為了方便記憶，用點號每八位一分割，稱為點分十進制。因為TCP/IP網絡是為大規模的互連網絡設計的，所以不能用全部的32位來表示網絡上主機的地址。用IP地址的一部分來標識網絡，剩下的部分標識其中的網絡設備。IP地址中用來標識設備所在網絡的部分叫做網絡ID，標識網絡設備的部分叫做主機ID。這些ID包含在同一個IP地址之中。 Internet組織定義了5種IP地址類，以容納不同大小的網絡。

　　· A類地址用于主機數目非常多的網絡。A 類地址的最高位為 0 ，接下來的 7 位完成網絡 ID ，剩余的 24 位二進制位代表主機 ID 。 A 類地址允許 126 個網絡，每個網絡大約一千七百萬臺主機 ; 第一個八位體是 1~126 。 127 是一個特殊的網絡 ID ，是用來檢查， TCP / IP 協議工作狀態。

　　· B 類地址用于中型到大型的網絡。B類地址的最高位為10，接下來的14位完成網絡ID，剩余的14位二進制位代表主機ID。B類地址允許16384個網絡，每個網絡大約65000臺主機;第一個八位體是128~191。

　　· C 類地址用于小型本地網絡。 C 類地址的最高位為 110 ，接下來的 21 位完成網絡 ID ，剩余的 8 位二進制位代表主機 ID 。 C 類地址允許大約二百萬個網絡，每個網絡有 254 臺主機;第一個八位體是 192~223 。

　　· D 類地址用于多重廣播組。一個多重廣播組可能包括 1 臺或更多主機，或根本沒有。 D 類地址的最高位為 1110; 第一個八位體是 224~239 。剩余的位設計客戶機參加的特定組。在多重廣播操作中沒有網絡或主機位，數據包將傳送到網絡中選定的主機子集中。只有注冊了多重廣播地址的主機才能接收到數據包。 Microsoft 支持 D 類地址，用于應用程序將多重廣播數據發送到網絡間的主機上，包括 WINS 和 Microsoft NetShow 。

　　· E 類是一個通常不用的實驗性地址：它保留作為以后使用。 E 類地址的最高四位通常為 11110 ;第一個八位體是 240~247 。248~254 無規定。

　　子網是一個邏輯概念，子網中的各主機的 NetID 是相同的。網段是一個物理概念，是指在物理上獨立的一段網絡。子網與網段之間，可以是多對多的關系。

　　劃分子網( subnetworking )的好處：a、 混合使用多種技術，如以太網和令牌網。b、 克服已有技術的缺陷，如超過每段中最大主機數目。c、 通過對交通重定向和減少廣播來減少網絡阻塞。

　　子網掩碼：將IP地址的各位，NetID全改為1，HostID全改為0，則是子網掩碼。與IP地址進行“與”或“and”運算，用來分辯網絡ID和主機ID。

　　標準子網掩碼： A 類： 255.0.0.0 B 類： 255.255.0.0 C 類： 255.255.255.0

　　IP路由選擇： IP 搜索路由表的幾個步驟： 1. 搜索匹配的主機地址(即網絡標識和主機標識都相同); 2. 如果1不成功， 搜索匹配的網絡地址; 3. 如果2不成功， 搜索路由表中目的地址為“默認”的表項。

　　地址解析協議( ARP )：地址解析協議是一個位于 IP 協議中的低層協議。它把 IP 地址解析成 MAC 地址。當一個基于 TCP/IP 的應用程序需要從一臺主機發送數據給另一臺主機時，它把信息分割并且封裝成包，附加上目的主機的 IP 地址。然后尋找 IP 地址到實際 MAC 地址的映射。當 ARP 找到了 MAC 地址后，它就把這個信息傳給 IP ，由 IP 把包發送出去。

　　ICMP協議： ICMP 經常被認為是 IP 層的一個組成部分。它傳遞錯誤信息以及其它詢問信息。 ICMP 報文通常被 IP 層或更高層協議( TCP 或 UDP )使用。一些 ICMP 報文把差錯信息返回給用戶進程。 ICMP 信息是在 IP 數據報內部被傳輸的。當發送一份 ICMP 差錯報文時，報文始終包含 IP 的首部和產生 ICMP 差錯報文的 IP 數據報的前 8 個字節。這樣，接收 ICMP 差錯報文的模塊就會把它與某個特定的協議(根據 IP 數據報首部中的協議字段來判斷)和用戶進程(根據包含在 IP 數據報前 8 個字節中的 TCP 或 UDP 報文首部中的 TCP 或 UDP 端口號來判斷)聯系起來。

　　4、傳輸層協議

　　主要有兩個協議：UDP協議和TCP協議。

　　UDP ( User Datagram Protocol )：提供無連接的通信，并不保證數據包被發送到。典型的即時傳輸少量數據的應用程序使用 UDP 。 UDP 是一個簡單的面向數據報的運輸層協議：進程的每個輸出操作都正好產生一個 UDP 數據報，并組裝成一份待發送的 IP 數據報。這與面向流字符的協議不同，如 TCP ，應用程序產生的全體數據與真正發送的單個 IP 數據報可能沒有什么聯系。UDP不提供可靠性：它把應用程序傳給IP層的數據發送出去，但是并不保證它們能到達目的地。端口號表示發送進程和接收進程。UDP長度字段指的是UDP首部和UDP數據的字節長度。該字段的最小值為8字節。(發送一份0字節的UDP數據報是OK。)這個UDP長度是有冗余的。IP數據報長度指的是數據報全長，因此UDP數據報長度是全長減去IP首部的長度(該值在首部長度字段中指定)。

　　UDP報頭格式報頭字段名 位數 說 明 源端口號 16 發送主機的UDP端口 目的端口號 16 目標主機的UDP端口 消息長度 16 UDP消息的長度 校驗和 16 驗證報頭是否損壞

　　TCP ( Transmission Control Protocol )：為典型的傳輸大量數據或需要接收數據許可的應用程序提供連接定向和可靠的通信。

　　由于 TCP 連接是一個全雙工的數據通道，一個連接的關閉必須由通信雙方共同完成。當通信的一方沒有數據需要發送給對方時，可以使用 FIN 段 向對方發送關閉連接請求。這時，它雖然不再發送數據，但并不排斥在這個連接上繼續接收數據。只有當通信的對方也遞交了關閉連的請求后，這個 TCP 連接才會完全關閉。在關閉連接時，既可以由一方發起而另一方響應，也可以雙方同時發起。無論怎樣，收到關閉連接請求的一方必須使用 ACK 段 給予確認。實際上， TCP 連接的關閉過程也是一個三次握手的過程。

　　滑動窗口：是兩臺主機間傳送數據時的緩沖區。每臺 TCP/IP 主機支持兩個滑動窗口：一個用于接收數據，另一個用于發送數據。窗口尺寸表示計算機可能緩沖的數據量大小。當 TCP 從應用層中接收數據時，數據們于 Send 窗口。 TCP 將一個帶序列號的報頭加入數據包并將其交給 IP ，由 IP 將它發送到目標主機。當每一個數據包傳送時，源主機設置重發計時器(描述在重新發送數據包之前將等待 ACK 的時間)。在 Send 窗口中有每一個數據包的備份，直到收到 ACK 。當數據包到達服務器 Receive 窗口，它們按照序列號放置。當接收到連續的段時就向源主機發送一個關于數據的認可( ACK )，其中帶有當前窗口尺寸。一旦源主機接收到認可， Send 窗口將由已獲得認可的數據滑動到等待發送的數據。如果有重發計時器設定的時間內，源主機沒有接收到對現存數據的認可，數據將重新傳送。重發數據包將加重網絡和源主機的負擔。如果 Receive 窗口接收數據包的順序錯亂，那么將強制啟動，延遲發送認可 。

　　TCP段頭結構 報頭字段名 位數 說 明 源端口號 16 本地通信端口，支持TCP的多路復用機制 目的端口號 16 遠地通信端口，支持TCP的多路復用機制 序號(SEQ) 32 數據段第一個數據字節的序號(除含有SYN的段外);SYN段的SYN序號(建立本次連接的初始序號) 確認號(ACK) 32 表示本地希望接收的下一個數據字節的序號 數據偏移 32 指出該段中數據的超始位置(以32位為單位) 控制字段URG 1 緊急指針字段有效標志，即該段中攜帶緊急數據 控制字段 ACK 1 確認號字段有效標志 控制字段 PUSH 1 PUSH操作的標志 控制字段 RST 1 要求異常終止通信連接的標志 控制字段 SYN 1 建立同步連接的標志 控制字段 FIN 1 本地數據發送已結束，終止連接的標志 窗口 16 本地接收窗口尺寸，即本地接收緩沖區大小 校驗和 16 包括TCP報頭和數據在內的校驗和 緊急指針 16 從段序號開始的正向位移，指向緊急數據的最后一個字節 選項 可變 提供任選的服務 填充 可變 保證TCP報頭以32位為邊界對齊

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