TCP复习整理资料全集打印.doc

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1、第二章 操作系统中的TCP/IP软件结构 1 进程问题： A 进程概念：一个进程就是一次计算过程，并且独立于其他计算过程。 B 进程调度策略：CPU对没有被阻塞的进程赋予最高优先级，如多个进程优先级相同则在其中快速切换。 C 进程通信的三种机制： 1. 计数信号量通用进程同步机制 2. 端口 3. 消息传递 D 生产者消费者问题： 1. 生产者生产数据报，放入数据报队列中，消费者从队列中提取数据报，消费数据。 2. 信号量初始化： S1=screate(N); / 初始化生产者信号量 S2=screate(0);/初始化消费者信号量生产者执行：wait(s1) . Singal(s2) 消费者

2、执行：wait(s2) . Singal(s1) 3. 队列全满时生产者阻塞，队列全空时消费者阻塞，其他情况两进程正常运行。 E 端口通信： 端口: 即消息队列，该队列有两个控制访问量，亦适用了信号量机制。 端口全满psend() 进程阻塞，全空precieve()阻塞。 F 消息传送： 消息传送允许一个进程直接将消息发送给另外一个进程。 进程通过send()发送消息，以进程标识号和一个消息做入口参数；receive()等待接收消息，它被阻塞直到某消息到达，调用send()函数的进程持续运行，连续两次调用send()无receive函数接收返回SYSERR,消息无法发送。可以调用recvclr

3、()函数删除等待队列中的所有消息。2. 数据传输问题 A 协议内部数据传输： 一旦IP进程接受了一个传入数据报，它必须决定将其发往何处做进一步处理，根据其内容再将其交付给指定的进程。如：将数据交给TCP或UDP。 B 与操作系统数据传输： 系统具有从各个网络接口读取分组的能力，为每一个网络硬件设备提供一个输入队列，当有分组到达时，发生中断并调用send()给IP进程发送消息,唯一的IP进程从所有队列中提取数据报进行处理。第三章 网络接口层 网络接口层: 管理网络的硬件，完成从IP地址到硬件地址的映射过程，封装并发送分组，接收传入分组并将其发往对应的模块。网络接口的抽象模型,使得上层协议与硬件细

4、节无关.A：伪网络接口问题： 1 使用的是0号 还是1号 ? 0号 2 为什么说伪网络接口在数据传输中有重要作用 ？ 伪网络接口既没有与之相关的设备驱动程序，也没有具体的硬件设施。 发往伪网络接口的数据报将转交给本机的协议软件;当协议软件生成一个需要发送出去的数据报时,通过伪网络接口将此数据报传递给IP.设立伪网络接口的优点: 1. 消除了特殊情况的存在,简化了IP程序. 2. 使得本机在路由器表中的表示方法与其他目的站的表示方法完全一致. 3. 使得网络管理员能够像查询其它接口一样方便查询本地接口. B：如何通过网络接口地址求网络号？（P2728页代码） /* ni_in.c 传入分组的多路

5、分解 (2006.4.5) */#include #include #include /#include int arp_in(struct netif*,struct ep*);int rarp_in(struct netif*,struct ep*);int ip_in(struct netif*,struct ep*);int ni_in(struct netif *pni,struct ep *pep,unsigned len) int rv; pep-ep_ifn = pni - &nif0;/用当前端口的地址减去0端口的地址得到端口号 答题重点 pni-ni_ioctets +=

6、len;/累加收到的总字节 /判断是否为广播分组,累加相应的计数器 if (!memcmp(pni-ni_hwa.ha_addr,pep-ep_dst,EP_ALEN) pni-ni_iucast+;/广播包 else pni-ni_inucast+;/非广播包 /多路分解的实现 switch (net2hs(pep-ep_type) case EPT_ARP: rv = arp_in(pni,pep);break; case EPT_RARP: rv = rarp_in(pni,pep);break; case EPT_IP: rv = ip_in(pni,pep);break; defau

7、lt:/不是这三种协议,则抛弃包 pni-ni_iunkproto+; free(pep);/用c库中的free释放,分配的时候也用malloc rv = OK; return rv;第四章 地址的发现与绑定 ARP1,ARP高速缓存结构问题：A,为什么使用单一的高速缓存结构，它的优缺点如何？ 答：为了正确的阐述ARP协议规范，并且保证绑定正确且能满足高效性！优点：高速缓存分配能随网络动态的变化。缺点：网络接口的独立性较差，频繁使用的网络接口的绑定占据了大部分高速缓存时，高速缓存总是保持着100%的含量，查找到某表项的概率很小。 B，ARP高速缓存结构问题？structarpentry sho

8、rtae_state;/* 表现状态*/shortae_hwtype;/* 硬件类型*/shortae_prtype;/* 协议类型*/charae_hwlen;/* 硬件地址长度*/charae_prlen;/*协议地址长度*/struct netif *ae_pni;/* 接口结构指针*/intae_queue;/* 此地址的包的队列*/intae_attempts;/* 已发送绑定请求次数*/intae_ttl;/* 生存值*/u_charae_hwaMAXHWALEN;/* 硬件地址*/u_charae_praMAXPRALEN;/* 协议地址*/;ae_state具有三种状态AS_F

9、REE此表项当前空闲，AS_PEDING此表项正在使用，但还未找到绑定，在此种状态中ae_attempts表示该表项请求分组被广播的次数；AS_RESOLVED状态表示此表项正在使用且绑定正确。ae_ttl表示在该表项需要被删除时还能保持多长时间。ae_quee指向分组队列，当相应的ARP相应分组到达后，队列中的分组被发送出去。在ARP高速缓存中，绑定的表项使用数组存储，对应的分组放入ae_quee指针指向的队列中。 C,如何解决当一个IP请求mac时正在响应时，又有新的请求到达的问题？主要为理解P3738页的代码，代码如下，调试部分已去除。#include #include #include

10、 #include structarpentry*arpalloc();structarpentry *arpfind(u_char *, u_short, struct netif *);intarpsend(struct arpentry *);intlocal_out(struct ep *);intnetwrite(struct netif *pni, struct ep *pep, unsigned len)structarpentry *pae; /arp表项指针STATWORDps;if (pni-ni_state != NIS_UP) /判断网络接口状态，如果状态为关，则返回错

11、误freebuf(pep);return SYSERR;pep-ep_len = len; disable(ps);pae = arpfind(u_char *)&pep-ep_nexthop, pep-ep_type, pni); /调用arpfind()函数，如果已绑定返回pae=1未绑定返回pae=0if (pae & pae-ae_state = AS_RESOLVED) /处理已绑定情况memcpy(pep-ep_dst, pae-ae_hwa, pae-ae_hwlen);restore(ps);return write(pni-ni_dev, pep, len);if (IP_C

12、LASSD(pep-ep_nexthop) /判断是否为广播地址restore(ps);return SYSERR;if (pae = 0) /处理未绑定状态pae = arpalloc(); /回答本问题关键点，arpalloc()函数如后面所示pae-ae_hwtype = AR_HARDWARE;pae-ae_prtype = EPT_IP;pae-ae_hwlen = EP_ALEN;pae-ae_prlen = IP_ALEN;pae-ae_pni = pni;pae-ae_queue = EMPTY;memcpy(pae-ae_pra, &pep-ep_nexthop, pae-a

13、e_prlen);pae-ae_attempts = 0;pae-ae_ttl = ARP_RESEND;arpsend(pae);if (pae-ae_queue = EMPTY)pae-ae_queue = newq(ARP_QSIZE, QF_NOWAIT);if (enq(pae-ae_queue, pep, 0) 0)freebuf(pep);restore(ps);return OK;arpalloc()函数如下#include #include #include #include void arpdq(struct arpentry *);struct arpentry *arp

14、alloc()staticintaenext = 0;structarpentry *pae;inti;for (i=0; iae_state = AS_PENDING & pae-ae_queue = 0) /若表项处于AS_PENDING且分组队列大于0则调用arpdq(pae)删除一项并将下一项状态设为AS_PEDING，返回此时的AS_PEDINGarpdq(pae);pae-ae_state = AS_PENDING;return pae;综合上面代码：当有IP请求未完成时，若又有新请求到达，则先调用netwrite在newwrite()函数中先调用appalloc()在判定等待队列

15、是否大于零，若大于零，则删除一项，返回下一项指针，然后将该项各属性赋值再次调用arpsend();发送请求，并将ae_attempts加1。，高速缓存管理问题：， 旧表项删除Arp表项的删除是通过arpalloc();函数实现的，替换策略如下：在为arp高速缓存中的新成员分配空间时，如果存在空表项则选择空表项，不存在则采用循环法删除，即删除代码中静态整形变量aenext指向的项，并把aenext向后移动一个位置，以使下一轮查找跨过新添加的表项。代码注释如下：#include #include #include #include void arpdq(struct arpentry *);str

16、uct arpentry *arpalloc()staticintaenext = 0; /静态整型变量，指向当缓存满时最先被替换的表项structarpentry *pae; /表项数组指针inti;for (i=0; iae_state = AS_PENDING & pae-ae_queue = 0)arpdq(pae); /删除即将被删除表项指向的等待队列pae-ae_state = AS_PENDING; /设置状态为等待绑定return pae; /返回表项指针 B,添加新表项流程：添加新表项主要由arpadd()和arpqsend()两个函数完成，其中arpadd()先读取网络上传

17、来的arp分组，并通过调用arpalloc()函数为新分组分配一个表项，并利用arp分组信息填写该表项，并把该表项状态赋值为AS_RESEOLVED.arpqsend()主要用来发送等待地址转换队列中的分组。Arpqsend()通过遍历队列，取出数据分组调用netwrite()来发送发送分组到网络输出队列中。Arpadd()函数注释如下：/* arpadd.c - arpadd */#include #include #include struct arpentry *arpalloc(void);/*- * arpadd - Add a RESOLVED entry to the ARP c

18、ache * N.B. Assumes interrupts disabled *- */structarpentry *arpadd(struct netif *pni, struct arp *parp)structarpentry*pae;pae = arpalloc(); /分配表项空间 /根据arp分组填写新表项信息pae-ae_hwtype = parp-ar_hwtype;pae-ae_prtype = parp-ar_prtype;pae-ae_hwlen = parp-ar_hwlen;pae-ae_prlen = parp-ar_prlen;pae-ae_pni = pni

19、;pae-ae_queue = EMPTY;memcpy(pae-ae_hwa, SHA(parp), parp-ar_hwlen);memcpy(pae-ae_pra, SPA(parp), parp-ar_prlen);pae-ae_ttl = ARP_TIMEOUT;pae-ae_state = AS_RESOLVED; /设置状态为正确绑定return pae; /返回表项指针 C，arp定时机制：A，为什么事使用定时机制？已有定时机制的缺点，如何改进？ 答：定期维护高速缓存表，避免高速缓存表时刻保持高占用性，提高查找速度。已有定时机制主要通过计算最长保留时间和已在高速缓存中存在时间之

20、差来确定删除表项，并没有考虑到相应表项的使用频率。对最近的使用的表项重新设置其最长保留时间。使他能不因超时被删除。 D,arp电子欺骗问题？P47，4.9答：对于方案一，通过在软件中增加判定IP地址和绑定设备关系之间的判断语句，并不能很好的防止arp欺骗，主要因为限定了设备对arp请求绑定，将会导致一些正常的请求不能响应，造成协议效率低；对于方案二，判断正确率高，但破坏了协议软件之间的层次性，不利于协议之间的通信。第五章 IP软件总体结构 A：IP设计思想为什么要统一输入队列？1、统一的输入队列及统一的选路过程。2、独立的IP进程。3、本地主机接口。 使事情变得简单化:IP不需要在程序代码中对

21、本地生成的数据报个别对待.B：IP数据报处理流程？即从输入接口进入到从另一个接口输出的全过程？ ：选择传入数据报的策略 公平分配优先权,使传入和外发数据流在选择路由时享有平等的优先权. 实现策略是: 以循环法来选择数据报,以期达到公平合理. D：IP校验和的计算？及和UDP，TCP数据报校验和计算的区别？ ipproc利用cksum过程计算校验和*-* 二进制补码算法: 首部视为16位整数的序列-所有整数各自求反-相加求和-结果求反 大多数设备使用 二进制补码算法,所以cksum过程(用C语言编写)使用32位算法累加得和,向和中加 所有进位位 ,将结果折合为16位的值.cksum返回结果的反码

22、. Cksum.()函数如下：从本书网站上下载的源码这部分是由汇编写的，书上的代码在P57页 ：发送本地生成数据报问题？（页代码）/* ipsend.c - ipsend */#include #include #include #include static ipackid = 1;intipsend(IPaddr faddr, struct ep *pep, unsigned datalen,u_char proto, u_char ptos, u_char ttl)structip *pip = (struct ip *) pep-ep_data; /提取数据报ip部分pep-ep_ty

23、pe = EPT_IP;pep-ep_order |= EPO_IP|EPO_NET;pip-ip_verlen = (IP_VERSIONip_tos = ptos; /pip-ip_len = datalen+IP_HLEN(pip);pip-ip_id = ipackid+;pip-ip_fragoff = 0; /偏移值pip-ip_ttl = ttl; /设置生存时间值pip-ip_proto = proto;pip-ip_dst = faddr; /以上代码用于对IP头部各值段进行设置 /* * special case for ICMP, so source matches de

24、stination * on multi-homed hosts. */if (pip-ip_proto != IPT_ICMP) /判断是否是ICMP报文pip-ip_src = ip_anyaddr;if (enq(nifNI_LOCAL.ni_ipinq, pep, 0) 0) freebuf(pep);IpOutDiscards+;send(ippid, NI_LOCAL); /调用send（）函数发送到，NI_LOCAL为本地网络接口IpOutRequests+;return OK;/* special IP addresses */IPaddrip_anyaddr = 0;#ifB

25、YTE_ORDER = LITTLE_ENDIANIPaddrip_loopback = 0xF;/* 127.0.0.1 */#else/* BYTE_ORDER */IPaddrip_loopback = 0x7F;/* 127.0.0.1 */#endif/* BYTE_ORDER */第六章 、IP：选路表和选路算法应当选择能使查找路由花费最小的IP数据结构和算法,维护路由的花费则并不那么重要. A：路由表结构问题？（桶散列如何构成？）补充（如何计算key值及key值的具体含义） 采用了桶散列(bucket hashing)结构：它将选路表的入口划分成许多“散列表元”，并利用一个散列函

26、数迅速找到正确的散列表元。 保存路由的主要数据结构是数组。数组的每个元素对应一个散列表元，并包含一个指针，指向被装入这个散列表元中的通往目的站的路由记录链表：表中每个记录包含一个IP目的地址、子网掩码、下跳地址、用于向下一跳地址发送数据的网络接口，以及其他在路由管理中使用的信息。 字段rt_key 包含的是一个排序关键字,在向链表中插入结点时使用. Key 值如何计算 (抱歉,没找到). B：新路由加入流程？即新路由信息如何放入路由表？ 过程rtadd向表中增加一个新路由。以 IP 路由协议为基础. 流程: 1. rtadd调用过程rtnew来分配一个新结点，并初始化它的各个字段; 2. rt

27、add将默认路由当作特殊情况对待。对于非默认的路由，rtadd利用rthash计算新路由在路由表中的索引值，并遍历该表项中的路由链表。一旦它在链表中找到新路由应该被插入的地方，就查看链表是否包含一个具有相同目的站的已有路由。如果有，rtadd比较旧路由和新路由的度量，是否新路由更好。如果不是，就丢弃新路由。 3. rtadd或者在链表中插入一个新结点，或者将信息复制到具有同样地址的已有结点中。C：路由删除问题？（大小写rt_free()的区别？） 过程rtdel以一个目的地址作为入口参数，并通过从选路表中移走结点来删除路由。 象通常那样，程序代码查看并以特殊情况对待默认路由。如果没有找到匹配表

28、项，rtdel计算目的地址的散列值，并在路由链表中搜索。 一旦它找到正确的路由，rtdel将该结点从链表中删除，并利用宏RTFREE来递减引用计数值。回想一下，如果引用计数值达到0，RTFREE就将该结点返回空闲结点表。如果引用计数值仍为正值，表示肯定还有其他一个或几个进程正在使用该结点。只有当最后一个进程将引用计数值减至0时，此结点才被释放回空闲结点表。 区别: 宏RTFREE假设正在执行中的进程已经获得了单独访问选路表的权力，因此它可在诸如rtdel之类的过程中被使用。任意个需要递减选路表中引用计数值的过程部可以调用过程rtfree 。当rtfree被唤醒后，首先它等待互斥信号旦，然后唤醒

29、宏RTFREE最后释放信号量。 D：选项处理？（P83页） 主机调用过程ipdstopts来处理到达主机的数据报的选项。虽然我们在过程中并没有真正实现选项的处理，但它分析了IP首部中选项长度八位组的信息，并将选项字段从IP首部中删除。/* ipdstopts.c - ipdstopts */#include #include #include /*- * ipdstopts - do host handling of IP options *- */intipdstopts(struct netif *pni, struct ep *pep)structip*pip = (struct ip

30、*)pep-ep_data;u_char*popt, *popend;intlen;if (IP_HLEN(pip) = IPMHLEN)return OK;popt = pip-ip_data;popend = (u_char *)&pep-ep_dataIP_HLEN(pip);/* NOTE: options not implemented yet */* delete the options */len = pip-ip_len-IP_HLEN(pip);/* data length*/if (len)memcpy(pip-ip_data, &pep-ep_dataIP_HLEN(pi

31、p), len);pip-ip_len = IPMHLEN + len;pip-ip_verlen = (pip-ip_verlen&0xf0) | IP_MINHLEN;return OK;第七章 IP分片与重组 刘 星 A：如何分片 ？ 何时需要分片: IP为数据报选择路由之后;将其置人一个与指定的网络接口相关联的队列之前的这段时间里. 前提条件: IP把数据报长度与网络的MTU相比较，以确定是否有必要将其分片。 原理及其过程: 1.对需要分片的情况，IP生成多个数据报，并将每个数据报中的分片比特置1; 2.将源数据报中的数据按顺序分片，并装人数据报中; 3.在向一源数据报产生的所有数据报

32、片中将MF比特置为1，末尾的分片除外。 4.IP边为数据报分片，一边将它们传递给网络接口发送出去。 分片的实现: ipputp 过程 P86-P87 B：如何计算每片分片大小？最后一片如何处理 ? 首部如何处理？分片的实现: ipputp过程 P86-P87ipputp计算分片的最大可能长度，然后将数据报顺序划分为一连串最大长度的数据报片，最后剩余的数据被装入末尾数据报片。一旦ipputp计算出了最大分片长度，它遍历整个数据报，并调用ipfsend，发送每个数据报片。1. 每个数据报片必须含有一个IP首都，因此次可发送的最大数据量等于MTU减去IP首 部的长度，然后截短成为最接近的8的倍数。2

33、. 仅当数据报中剩余的数据大于一次可发送的最大数据量时，发送动作才会继续进行。3. 发送末尾数据报片时,ipputp仅对源数据报做适当更改，而不再把生成的数据报片复制到一个新缓冲区中。4. 通常末尾数据报片中的MF比特为0。然而，当网关为一个非末尾的数据报片再次分片时，它必须设置所有子分片的MF比特为1。 核心代码段: 分片 maxdlen = (pni-ni_mtu - IP_HLEN(pip) & 7; offset = 0; offindg = (pip-ip_fragoff & IP_FRAGOFF)ip_len - IP_HLEN(pip); C：重组问题，如何测试数据报完整？（P9

34、5为何是offMAXLRGBUF） 重组问题 数据结构:ipreass.h 使用一个列表数组来保存数据报片. 为提高判断效率,分片链表按顺序存放. 为保证进程在访问数据报片的链表时不相互干扰,重组时使用一互斥信号量ipfmutex. 过程ipreass接受数据报片,用线性查找法找出相应的链表,调用ipfadd向链表中加入该数据报片. 再调用ipfjion查看是否所有的数据报片已全部到齐,进而重组数据报片. P 94-95 过程ipfjoin检查数据报片链表看它们是否能形成一个完整数据报.核心代码段: 测试数据包是否完整 while (pep=(struct ep *)seeq(iq-ipf_q

35、) pip = (struct ip *)pep-ep_data;packoff = (pip-ip_fragoff & IP_FRAGOFF)3;if (off ipf_q)/emptyreturn 0;off = packoff + pip-ip_len - IP_HLEN(pip); 一旦ipfjoin证实所有的数据报片已被全部收集齐,执行以下代码段: if (off MAXLRGBUF) while (pep = (struct ep *)deq(iq-ipf_q)freebuf(pep);freeq(iq-ipf_q);iq-ipf_state = IPFF_FREE;return

36、0; off MAXLRGBUF, 通过判断来保证数据报是否可以被转入一个大缓冲区. 因为数据报在被传送给应用程序前,必须在连续的存储空间中重组, 所以软件只能处理装入大缓冲区的数据报.第十章、UDP用户数据报 用户数据包UDP提供应用程序之间的无连接通信. 协议端口号: 应用程序用来识别通信的端点的抽象模型. 优点 : 保持了协议与特定系统之间的独立性; 允许不同类型的计算机系统应用程序之间互相通信.A：多对一和成对（即一对一）通信使用的端口有何不同？应用范围有何不同？ 成对(一对一)通信 : 两个应用程序各自从本地操作系统中获取UDP端口号，并且他们利用这对端口号交换UDP报文. 图示:

37、多对一通信: 单一的服务器应用程序接收来自多个客户的UDP报文. 使用的端口区别: 成对通信: 应用程序和协议软件之间的理想的接口，是将具体的地址操作从发送和接收数据报的操作中分离出来. 接口允许一个应用程序一次性指定本地的和远程的协议端口号，然后多次发送和接收数据报。多对一通信: 服务器使用的理想型接口并没有将地址标识和数据报的传送分开。接口必须允许服务器在每次发送数据报时给出有关目的站的信息。应用范围区别: 成对通信: 点对点, 范围窄多对一通信: 多对一, 范围更广 B：如何处理已到达的数据报？（可能是代码填空） 当有一个以本机为目的站的UDP数据报到达后，伪网络接口中的一个过程就调用过

38、程udp_in，它以参数的形式传递含有输入分组的缓冲区地址以及网络接口索引，分组通过该网络接口到达。 过程: 1. 判断是否支持校验和选项; 2. 调用udpchsum 验证校验和,正确返回0;否则,不做处理,丢弃该报; 3. 调用udpnet2h 转首部字段为本机字节顺序. 4. 数据报多路分解,调用psend 将数据报入队列. 队列满, 溢出报错. 5. 调用send 发送数据报./* udp_in.c - udp_in */#include #include #include #include #include intudp_in(struct netif *pni, struct ep *pep)