第6章 互联网,机械工业出版社,第6章 互联网,6.1 IP 6.2 TCP和UDP 6.3 应用层协议,计算机网络与通信-韩毅刚,2,6.1 IP,6.1.1 IP地址 6.1.2 IPv4 6.1.3 IPv6 6.1.4 IPv4网络与IPv6网络的互连 6.1.5 IP协议的辅助协议,6.1.1 IP地址,4,IPv4地址 长度为4字节 IPv6地址 长度为16字节,IPv4地址,IP地址长度为32位，为互联网全局地址 表示 点分十进制地址 采用x.x.x.x的格式来表示，每个x为8位，每个x的值为0255（例如 202.113.16.223）； 组成 网络部分和主机部分,计算机网络技术-韩毅刚,5,IPv6地址格式和类型,长度为128位 为节点的每个接口设置，不为节点而设置 节点包括主机和路由器 一个接口可能具有多个唯一的单播地址 同一接口使用多个服务提供商 三种类型的地址 单播 任播 组播,计算机网络技术-韩毅刚,6,7,IPv6 地址的表示形式（1）,优先选用 X:X:X:X:X:X:X:X X 是2字节的十六进制值 如，FEDC:BA98:7654:4210:FEDC:BA98:7654:3210 如，2001:0:0:0:0:8:800: 201C : 417A,8,IPv6 地址的表示形式（2）,用“:”符号简化多个 0 位的 16 位组 在一个地址中仅能出现一次 FF01:0:0:0:0:0:0:101 表示为FF01:101 0:0:0:0:0:0:0:1 表示为:1 0:0:0:0:0:0:0:0（未指定地址）表示为:,9,IPv6 地址的表示形式（3）,X:X:X:X:X:X:D.D.D.D 嵌入 IPv4 地址的 IPv6 地址 如0:0:0:0:0:FFFF: 202.113.16.223 :FFFF: 202.113.16.223 I P v 6 地址/前缀长度 前缀长度是组成前缀的十进制值，说明地址最左边的连续的地址位的长度 例如，6 0 位长的前缀12AB00000000CD3(十六进制)可用下面的合法格式来表示： 12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60 12AB:CD30:0:0:0:0/60 12AB:0:0:CD30:/60,10,地址类型,单播 单个接口 任播 一组接口 (通常分属于不同的节点) 发送到某一个接口上 最近的 组播 一组接口 发送到这个地址标识出的所有接口上,6.1.2 IPv4,1IPv4数据报格式 2IP校验和 3IP子网的路由,计算机网络与通信-韩毅刚,11,1IPv4数据报格式,首部和数据字段,计算机网络与通信-韩毅刚,12,13,首部分字段 (1),版本 IPv4是 4 IP v6是6,14,首部分字段 (2),互联网首部长度 以32 bit字为单位 包括选项 服务类型 前6位：区分服务 后2位：显式拥塞通知 总长度 数据报的总长度，以字节为单位,15,首部字段 (3),标识符 序号 使用源地址、目的地址和用户协议唯一地识别数据报 标志 3位，只用了2位 后续比特 “不分片”比特 分片偏移量 以8字节为单位 即，除最后一个分片，所有分片数据字段长度是8字节的整数倍,16,首部字段 (4),生存期 规定：秒。实际：跳数 协议 指出目的系统中接收数据字段的上层协议 TCP为6，UDP为17,17,首部字段 (5),首部检验和 在每个路由器上进行验证以及重新计算 首部所有16比特字的16比特二进制反码加法 为方便计算，初始值设置为0 源地址 目的地址,18,选项,提供扩展能力，便于为后续版本引进新信息。 选项格式： 选项类型，一个字节 长度，一个字节。可有可无 数据，若干字节 已经定义了五种选项，但是并不是所有的路由器都支持全部五种选项,19,IP首部选项,安全性 说明信息的安全程度。实际上，所有路由器都忽略此选项。 源路由 Strict source routing (严格源路由) 将从源到目的地的完整路径上所有的IP地址都记录下来。数据报必须严格地按照这条路径传送。 当路由器崩溃时，该字段可用于发送紧急分组或测量时间。 Loose source routing (松散源路由) 同样是一系列的IP地址，但只要求该数据报按照指定次序遍历所列的路由器，不是一条严格路径，可以穿越其它路由器。,20,IP首部选项,流标识 为不稳定的间歇性通行量提供特殊处理 如话音 路由记录 将该数据报穿越的路由器的IP地址加到选项字段 但现在已经不够用了。 时间戳 在记录路由的同时还记录一个32位的时间标记 用于路由算法的纠错 精确到毫秒,21,选项字段,填充 确保数据报的首部是32 比特的倍数 每种选项的总长度为4字节的倍数，不够则填充，最长40字节,2IP校验和,首部检验和 在每个路由器上进行验证以及重新计算 首部所有16比特字的16比特二进制反码加法 为方便计算，初始值设置为0 校验范围：不校验数据字段,计算机网络与通信-韩毅刚,22,23,首部检验和,unsigned short checksum(unsigned short *buffer,int size) unsigned long cksum=0; while(size1) /各位求和 cksum+=*buffer+; size-=sizeof(unsigned short); if(size) /奇数字节 cksum+=*(unsigned char *)buffer; cksum=(cksum16)+(cksum /再求补，是按位求补，即取反 ,3IP子网的路由,子网 子网掩码,计算机网络与通信-韩毅刚,24,子网的划分,IP地址的有效利用率问题 子网（subnet） 将一个大网络划分成几个较小网络 而每一个网络都有自己的子网地址,计算机网络技术-韩毅刚,25,子网掩码,子网掩码指出哪些比特是主机部分，哪些是网络部分 子网掩码决定网络、子网、主机号的划分,计算机网络技术-韩毅刚,26,6.1.3 IPv6,地址空间耗尽 两级地址结构(网络号，主机号)浪费地址空间 即使没有与 Internet相连，也分配一个唯一的网络号 网络和Internet的快速激增 TCP/IP在新领域中应用的增多 每个主机分配一个IP地址 新服务类型的要求,计算机网络与通信-韩毅刚,27,IP v6 首部,40个字节，8个字段,29,IP v6 首部 (1),版本 6 通信量类别 以识别通信量类别或不同优先级的分组 仍处于发展中 见 RFC 2460 流标签 一个流就是共享相同属性的分组序列 有效载荷长度 包括所有扩展首部再加上运输层协议数据单元的长度,30,IP v6 首部(2),下一首部 标识了首部类型 扩展首部或者高层的首部 跳数限制 源地址 目的地址,6.1.4 IPv4网络与IPv6网络的互连,1.双协议栈技术 2.隧道技术 3.协议翻译技术,计算机网络与通信-韩毅刚,31,6.1.5 IP协议的辅助协议,1.ICMP协议 2.ARP协议 3.邻居发现协议 4.组播侦听发现协议,计算机网络与通信-韩毅刚,32,6.2 TCP和UDP,6.2.1 端口号和套接字 6.2.2 UDP 6.2.3 TCP报文段格式 6.2.4 TCP的控制技术,33,计算机网络与通信-韩毅刚,TCP和UDP的区别,TCP：可靠的面向连接的全双工的数据流协议； UDP：不可靠的无连接协议。,计算机网络技术-韩毅刚,34,35,TCP,网络可靠或不可靠 在一对进程之间提供可靠的通信 TCP在逻辑上是面向流的 为每个字节编号 传输单位：TCP报文段（TCP的PDU）。 TCP头部：最小20字节。,6.2.1 端口号和套接字,端口号 套接字,计算机网络与通信-韩毅刚,36,37,TCP 端口,标识应用程序的进程 进程号 PID标识 端口 端口类型： 公认端口：01023 注册端口：1024 49151 动态和/或私有端口49152 65535,38,套接字,套接字的不同实现 IP地址+端口号 主机名+端口号 一条TCP连接是由发送方套接字和接收方套接字来唯一标识的 即TCP连接用四元组来唯一标识 ,6.2.2 UDP,用户数据报协议 RFC 768,计算机网络与通信-韩毅刚,39,40,UDP,为应用层的程序提供无连接服务 不可靠的 可能出现交付和重复的差错 不确认，不排序 应用程序要承担可靠性方面的全部工作 代价很小 运行效率高，实现简单 例如. 网络管理,41,UDP的使用场合举例,内部的数据采集 向外的数据分发 请求-响应 实时应用,熟知端口,计算机网络技术-韩毅刚,42,43,UDP数据报格式,长度：整个报文 校验和：整个报文段+IP伪首部 出错丢弃，再无行动 该字段可选，不使用时置0,6.2.3 TCP报文段格式,计算机网络与通信-韩毅刚,44,45,TCP数据段首部字段,源端口号 16比特 标识着发送方用户的应用程序 目的端口号 16比特 标识着接收方用户的应用程序 序号 32比特 表示这个报文段数据字段中第一个数据字节的序号,46,TCP数据段首部字段,确认序号 32比特 表示TCP实体希望接收到的下一个数据字节的序号 捎带技术 首部长度 4比特 表示TCP首部的长度，单位为32比特。 标志位 6比特，RFC793；8比特，RFC 3168 定义标志位，后述。,47,TCP数据段首部字段,窗口 16比特 标识流量控制中信用量的大小 以字节为单位 死锁问题 接收方忙时，会发送窗口W=0的报文段 当接收方重新打开窗口时，会发送W=j的报文段 如果这个新信用量的报文段丢失，则接收方认为它已重新打开窗口，但发送方认为仍然关闭 解决方法是发送方使用窗口计时器,48,TCP数据段首部字段,校验和 16bit 整个报文段再加上伪首部 即，IP首部的下列字段： 源、目IP地址 协议 报文段长度,6.2.4 TCP的控制技术,1连接控制 2差错控制 3流量控制 4拥塞控制,计算机网络与通信-韩毅刚,49,1连接控制,连接的建立 主动打开 被动打开 连接的终止 粗暴终止 文明终止,计算机网络与通信-韩毅刚,50,51,三次握手,1. 连接请求 SYN标志置位 序号字段=初始序号（SN=i） 2. 连接响应 SYN，SN=j，AN=X+i 3. 对响应的确认，并开始传输 SN=i+1，AN=j+1,2差错控制,报文段失序 丢失 重复 损坏,计算机网络与通信-韩毅刚,52,3流量控制,使用信用量机制 接收方告诉下次应该最多发送多少数据 平滑流量 将确认与流量控制分开,计算机网络与通信-韩毅刚,53,54,信用量机制,序号 SN 确认序号AN 窗口W,4拥塞控制,重传计时器管理 窗口管理,计算机网络与通信-韩毅刚,55,重传计时器管理,简单平均算法 指数平均算法 RTT方差估计 (Jacobsons 算法),计算机网络与通信-韩毅刚,56,窗口管理,慢启动算法 拥塞避免算法 快速恢复算法,计算机网络与通信-韩毅刚,57,6.3 应用层协议,6.3.1 域名系统 6.3.2 HTTP协议 6.3.3 电子邮件协议 6.3.4 SIP协议,58,计算机网络与通信-韩毅刚,6.3.1 域名系统,1. 域名和域名服务器 2. 域名解析 3. DNS报文格式,计算机网络与通信-韩毅刚,59,1. 域名和域名服务器,域名 域名服务器,计算机网络与通信-韩毅刚,60,域名,IP地址 数字型，难于记忆与理解 域 名 字符型，直观，便于记忆与理解 IP地址 软件使用的 域 名 用户使用的 DNS提供一个目录查询服务，可以提供主机名与IP地址之间的映射,计算机网络与通