数据网基础知识6.pdf

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1、令中圄电相CHINA TELECOM维护岗位认证教材（基础数据专业）数据网基础知识中国电信维护岗位认证教材编写小组编制第一章IP 基本原理.3本章要点：.31.1 IP 协议概述.31.1.1 IP 协议概述.31.1.2 TCP/IP 协议分层.31.1.3 TCP/IP 的分层.71.1.4 互联网的地址.71.1.5 封装.101.1.6 分用.111.1.7 端口号.121.1.8 标准化过程/RFC.131.2 IP数据报文.141.2.1 引言.141.2.2 IP 首部.141.3 A R P地址解析协议.191.3.1 引言.191.3.2 ARP 举例.191.3.3 A R

2、 P高速缓存.211.3.4 A R P的分组格式.211.3.5 ARP 代理.221.3.6 ARP 命令.221.4 ICMP协议及应用程序.231.4.1 ICMP 协议.231.4.2 Ping 程序.251.4.3 Traceroute 程序.27第二章计算机组成基础.29本章要点：.292.1 计算机的基本组成与工作原理.292.1.1 计算机的硬件系统.292.1.2 计算机的软件系统.312.1.3 微型计算机.322.2 windows下基本网络命令使用.342.2.1 Ping 命令.342.2.2 Ipconfig 命令.362.2.3 Tracert 命令.362.3

3、 UNIX操作系统基础。.372.3.1 UNIX与其他操作系统的比较.372.3.2 UNIX 内 核.382.3.3 UNIX SHELL概念及其变体.382.3.4 UNIX系统管理和常用命令操作。.38第一章IP基本原理本章要点：1.熟悉O S I 模 型（监控维护）2.熟悉T C P/I P 模 型 各 层 的 基 本 功 能（监控维护）3.了 解 T C P、U D P 协议的基本特点和常用应用层协议（监控维护）；了 解 A R P协议的基本作用（维护）4.掌 握 I P 地址结构、I P 地址分类，掌握子网掩码的概念（监控维护）；简单I P 地 址 计 算（维 护）5.和 P i

4、 n g、T r a c e 命令的基本原理和使用方法（监控维护）1.1IP协议概述1.1.1 IP协议概述全球I N T E R N E T 网的广泛应用使I P 协议深入人心。I P 协议以其简单、有效、开放性成为事实上的工业标准。I P 协议使异种网互联方便可行,尤其值得一提的是它对下层通信技术的巨大包容性。I P 协议作为通信子网的最高层，提供无连接的数据报传输机制。I P 协议是点到点的，核心问题是寻径。它向上层提供统一的I P 数据报，使得各种物理帧的差异性对上层协议不复存在。1.1.2 TCP/IP协议分层O S I （O p e n S ys t e m I n t e r c

5、 o n n e c t i o n,开放系统互连）参考模型是一个合法的标准。国际标准化组织（I S 0）创建了0 S I 模型，并在1 9 8 4 年发布，以为供应商提供一个网络模型，这样它们的产品可以在网络上协调工作。0 S I 参考模型提供了层次分析工具，以理解互连技术，以及当前和未来网络发展的基础。中 71片 段 接 对 应 用 程 序 提 供 做 务，应 用 丹 序 可 以变 化，P 1姚 也 M 也 子 消 息.传 陆冷 6 J/恪 心 化 效 捺；.以 他 为 应 川 FR序 提 供 地 IIJ捶1 1 这“J 以 包 括 加 密 帐 务第 5u 住 两 个 留 点 之 WJ t

6、 i t，m 6旌 接 此 帐 务 包 括i t 5 1 1 1 安A i以 拿 双 工 坯&以 半双 工 的 方 式:进 行 设黄，尽 管 可 以 注 房 4 中 处 理 双 1：方式第 4 所 格 规 数 甥 J送 一 而 向 进 崔 威 光 11接包括个 版 戒 卡 双 I：、应 冲 制 和 悄 谀 恢 身 恨 务第 3 品 农 质 通 过 川 来 钮*:两 个 留 点 之 间 的 连 按，它 包 括 闪 过 .在 络 来 路 由 和中野:数 据第 2，裳-在 此 以 倍 数 摘 分 加 J并 处 网 施 杵 制 作 7伸 定 拓 扑 结 构 昨 榻 供 硬 件”址图 1-1 O S I

7、 参考模型第 原 始 比 特 流 的 传 榆，电 广 犷 i 号 传 蚓 和 硬 件 捶Application两 用 层Prescntat ion表 示 星SessionTransport懂 检 隈N etw ork网 络 层Data L ink效 拘 筑 路 3Physical物 理 层模型描述了每个层如何与其他节点上的对应层进行通信。在第一个节点上，最终用户创建一些数据，发送到其他节点，例如电子邮件。在应用层，在数据上加入了应用层报头。表示层在从应用层接收到的数据上加入了它自己的报头，每层在从上层收到的数据上加入它们自己的报头。然而，在较低层，数据分隔为较小的信元，并在每个信元上加入报头。

8、例如，传输层具有较小的数据报文，网络层有数据包，数据链路层有帧。物理层处理原始比特流中的数据。当这个比特流到达目的地时，数据在每层重新集合，并且去除每层的报头，直至最终用户可以阅读电子邮件。网络协议通常分不同层次进行开发，每一层分别负责不同的通信功能。一个协议族，比如T C P/I P,是一组不同层次上的多个协议的组合。T C P/I P 通常被认为是一个四层协议系统，如图1 T 所示。应用层I Telnet.FTP和e-mail等TCP 和 UDP网络层|IP.ICMP和IGMP链路层设备骡动程序及接口卡图1-1 TCP/IP协议族的四个层次每一层负责不同的功能：1）链路层，有时也称作数据链

9、路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设 备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。2）网络层，有时也称作互联网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。在T C P/I P 协议族中，网络层协议包括IP协 议（网际协议），ICMP协议（Internet互联网控制艮文协议）,以及I G M P协 议（Interne t组管理协议）。3）运输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在T C P/I P 协 议族中，有两个互不相同的传输协议：TCP（传输控制协议）和U D P （用户数据报协议）。T C P为两台主机提供高可靠性的数据通信

10、。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。而另一方面，U D P则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分 组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端.任何必需的可靠性必须由应用层来提供。这两种运输层协议分别在不同的应用程序中有不同的用途，这一点将在后面看到。4）应用层负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的T C P/I P 实现都会提供下面这些通用的应用程序：T E L N E T 远程登录。F T P

11、文件传输协。S M T P 简单邮件传送协议。S N M P 简单网络管理协议。假设在一个局域网（LAN）如以太网中有两台主机，二者都运行F T P协议，图1 -2列出了该过程所涉及到的所有协议。处理通信细节处理应用程序细节图1-2 局域网上运行F T P 的两台主机这里，我们列举了一个F T P客户程序和另一个F T P服务器程序。大多数的网络应用程序都被设计成客户一服务器模式。服务器为客户提供某种服务，在本例中就是访问服务器所在主机上的文件。在远程登录应用程序T e l n e t中，为客户提供的服务是登录到服务器主机上。在同一层上，双方都有对应的一个或多个协议进行通信。例如，某个协议允许

12、T C P层进行通信，而另一个协议则允许两个I P层进行通信。在图1-2的右边，我们注意到应用程序通常是一个用户进程，而下三层则一般在（操作系统）内核中执行。尽管这不是必需的，但通常都是这样处 理的，例如U N I X操作系统。在图1-2中，顶层与下三层之间还有另一个关键的不同之处。应用层关 心的是应用程序的细节，而不是数据在网络中的传输活动。下三层对应用程序一无所知，但它们要处理所有的通信细节。在图1-2中列举了四种不同层次上的协议。FT P是一种应用层协议，TCP是一种运输层协议，I P是一种网络层协议，而以太网协议则应用于链 路层上。TC P/I P 协议族是一组不同的协议组合在一起构成

13、的协议族。尽管通常称该协议族为TC P/I P,但T CP和I P只是其中的两种协议而已（该协议族的另一个名字是I n t e r n e t 协议族（I n te rn e t P ro to c o l Sui te）。网络接口层和应用层的目的是很显然的一前者处理有关通信媒介的细节（以太网、令牌环网等），而后者处理某个特定的用户应用程序（FT P、Te l n e t等）。但是，从表面上看，网络层和运输层之间的区别不那么明 显。为什么要把它们划分成两个不同的层次呢？为了理解这一点，我们必须 把视野从单个网络扩展到一组网络。构造互连网最简单的方法是把两个或多个网络通过路由器进行连接。它 是一

14、种特殊的用于网络互连的硬件盒。路由器的好处是为不同类型的物理网 络提供连接：以太网、令牌环网、点对点的链接和F D D I （光纤分布式数据接口）等等。这些盒子也称作I P路 由 器（I P R o ute r）,但我们这里使用路由器（R o ut er ）这个术语。从历史上说，这些盒子称作网关（gat ew ay ）,在很多TC P/I P 文献中都使用这个术语。现在网关这个术语只用来表示应用层网 关：一个连接两种不同协议族的进程（例如，TC P/I P 和I B M 的SN A ）,它为某个特定的应用程序服务（常常是电子邮件或文件传输）。图1-3 通过路由器连接的两个网络图1 -3是一个包

15、含两个网络的互连网：一个以太网和一个令牌环网，通过一个路由器互相连接。尽管这里是两台主机通过路由器进行通信，实际 上以太网中的任何主机都可以与令牌环网中的任何主机进行通信。在图1-3中，我们可以划分出端系统（E n d syste m ）（两边的两台主机）和中间系统（I n te rm e d i a te syste m ）（中间的路由器）。应用层和运输层 使用端到端（End-t o-end）协议。在图中，只有端系统需要这两层协议。但是，网络层提供的却是逐跳（Hop-by-h op）协议，两个端系统和每个中间系统都要使用它。在TC P/I P 协议族中，网络层I P提供的是一种不可靠的服务。

16、也 就 是 说，它只是尽可能快地把分组从源结点送到目的结点，但是并不提供任何可 靠性保证。而另一方面，TCP在不可靠的I P层上提供了一个可靠的运输层。为了提供这种可靠的服务，TCP采用了超时重传、发送和接收端到端 的确认分组等机制。由此可见，运输层和网络层分别负责不同的功能。从定义上看，一个路由器具有两个或多个网络接口层（因为它连接了两个或多个网络）。任何具有多个接口的系统，英文都称作是多接口的（mul ti ho m e d）。一个主机也可以有多个接口，但一般不称作路由器，除非它的功能只是单纯地把分组从一个接口传送到另一个接口。同样，路由器并不一定指那种在互联网中用来转发分组的特殊硬件盒。

17、大多数的T C P/I P 实现也允许一个多接口主机来担当路由器的功能，但是主机为此必须进行特殊的 配置。在这种情况下，我们既可以称该系统为主机（当它运行某一应用程序 时，如F T P或T eln et）,也可以称之为路由器（当它把分组从一个网络转发到另一个网络时）。在不同的场合下使用不同的术语。互联网的目的之一是在应用程序中隐藏所有的物理细节。虽然这一点在 图1-3由两个网络组成的互联网中并不很明显，但是应用层不能关心（也不 关心）一台主机是在以太网上，而另一台主机是在令牌环网上，它们通过路 由器进行互连。随着增加不同类型的物理网络，可能会有2 0个路由器，但 应用层仍然是一样的。物理细节的

18、隐藏使得互联网功能非常强大，也非常有 用。连接网络的另一个途径是使用网桥。网桥是在链路层上对网络进行互 连，而路由器则是在网络层上对网络进行互连。网桥使得多个局域网（L A N ）组合在一起，这样对上层来说就好像是一个局域网。1.1.3 TCP/IP 的分层在T C P/I P 协议族中，有很多种协议。图1 -4给出了将要讨论的其他协议。T C P和U D P是两种最为著名的运输层协议，二者都使用I P作为网络层协议。虽然T C P使用不可靠的I P服务，但它却提供一种可靠的运输层服务。I P是网络层上的主要协议，同时被T C P和U D P使用。T C P和U D P的每组数据都通过端系统和

19、每个中间路由器中的I P层在互联网中进行传 输。在图1 -4中，我们给出了一个直接访问I P的应用程序。I C M P是I P协议的附属协议。I P层用它来与其他主机或路由器交换 错误报文和其他重要信息。尽管I C M P主要被I P使用，但应用程序也有可能访问它。我们将分析两个流行的诊断工具，P i n g 和T r aceroute,它 们都使用了 I C M P。IG MP是Internet组管理协议。它用来把一个U D P数据报多播到多个主机。在后续的专题中我们将详细介绍。A R P （地址解析协议）和R A R P （逆地址解析协议）是某些网络接口（如以太网和令牌环网）使用的特殊协议

20、，用来转换I P层和网络接口层 使用的地址。1.1.4 互联网的地址我 们 把 I n t e r n e t 看成为一个网络。所谓I P 地址就是给每一个连接在I n t e r n e t 上的主机分配一个唯一的32b i t 地址。I P 地址的结构使我们可以I n t e r n e t 上很方便地进行寻址，这就是：先按I P 地址中的网络号码n e t-i d 把网络找到，再按 主机号码h o s t-i d 把主机找到。所以I P 地址并不只是一个计算机的号码，而是指出了连接到某个网络上的某个计算机。I P 地址有美国国防数据网D D N 的 网络信息中心N I C 进行分配。为了

21、便于对I P 地址进行管理，同时还考虑到网络的差异很大，有的网络拥有很多的主机，而有的网络上的主机则很少。因此I n t e r n e t 的I P 地址就分成为五类，即A 类到E 类。这样，I P 地址由三个字段组成，即：类别字段（又称为类别比特），用来区分I P 地址的类型；网络号码字段n e t-i d;主机号码字段h o s t-i d。D 类地址是一种组播地址，主要是留给I n t e r n e t 体系结构委员会I A B（I n t e r n e t r c h i t e c t u r e B o a r d）使用。E 类地址保留在今后使用。目前大量I P地址仅A 至

22、C 类三种。31A类B类C类D类E类816240 12 340n e t-i dh o s t-i d1 0n e t-i dh o s t-i dm o 组播地址1 10n e t-i dh o s t-i d1 11 0保留为今后使用图21P地址的五种类型net-记一网络号码，host-讨 主机号码图1-5 I P地址的结构A类I P地址的网络号码数不多。目前几乎没有多余的可供分配。现在能够申请到的I P地址只有B类和C类两种。当某个单位向I A B申请到I P地址时，实际上只是拿到了一个网络号码n e t-i d。具体的各个主机号码h o s t-i d则由该单位自 行分配，只要做到在该

23、单位管辖的范围内无重复的主机号码即可。为方便起见,一般将32b i t的I P地址中的每8个比特用它的等效十进制数字表示，并且在这些数字之间加上一个点。例如，有下面这样的I P地址：1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 这是一个B类I P地址,可记为1 2 8.1 1.3.3 1,这显然更方便得多。在使用I P地址时，还要知道下列地址是保留作为特殊用途的，一般不使用。全0的网络号码，这 表 示“本网络”或“我不知道号码的这个网络”。全1的网络号码。全0的主机号码，这表示该I P地址就是网络的地址。全1的主

24、机号码，表示广播地址，即对该网络上所有的主机进行广播。全0的I P地址，即0.0.0.0。网络号码为1 2 7.X.X,X.,这里X.X.X为任何数。这样的网络号码用作本地软件回送测试(L o o p back t es t)之用。全1地址2 5 5.2 5 5.2 5 5.2 5 5,这 表 示“向我的网络上的所有主机广播”。原先是使用0.0.0.0。这样，我们就可得出表1所示的I P地址的使用范围。表1 I P地址的使用范围网络最大网络第一个可用的网最后一个可用每个网络中的最A1 2 611 2 61 6.7 7 7.2 1 4B1 6.3 8 21 2 8.11 9 1.2 5 46 5

25、.5 3 4C2.0 9 7.1 5 01 2.0.12 2 3.2 5 5.2 5 4 2 5 4I P地址有一些重要的特点：1.I P地址有一些是一种非等级的地址结构。这就是说，和电话号码的结构 不一样，I P地址不能反映任何有关主机位置的地理信息。2.当一个主机同时连接到两个网络上时（作路由器用的主机即为这种情况），该主机就必须同时具有两个相应的I P地址，其网络号码n et-id是不同的，这种主机成为多地址主机（m u l t ih o m ed h o s t）.3.按照I n t er n et 的观点，用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一 个 网 络，因此这些局域网都具有同

26、样的网络号码n et-id。4.在I P地址中，所有分配到网络号码n et-id的网络（不管是小的局域网还是很大的广域网）都是平等的。I P地址的设计有不够合理的地方。例如，I P地址中的A 至C 类地址，可供 分配的网络号码超过2 1 1 万个，而这些网络上的主机号码的总数则超过3 7.2 亿 个，初看起来，似乎I P地址足够全世界来使用，（在7 0 年代初期设计I P地址 是就是这样认为的）。其实不然。第一，当初没有预计到微机会普及得如此 之快。各种局域网和局域网上的主机数目急剧增长。第二，I P地址在使用时有很大的浪费。例如：某个单位申请到了一个B类地址。但该单位只有1 万台主机。于是，

27、在一个B类地址中的其余5 万5 千多个主机号码就白白地浪费了。因为其他单位的主机无法使用这些号码。从 1 9 8 5 年 起，为 了 使 I P 地址的使用更加灵活，在 I P 地址的网络号码n e t-i d,而后面的主机号码h o s t-i d 则是受本单位控制，由本单位进行分配。本单位所有的主机都使用同一个网络号码。当一个单位的主机很多而且分布在很大的地理范围是，往往需要用一些网桥（而不是路由器，因为路由器连接的主机具有不同的网络号码）将这些主机互连起来。网桥的缺点较多。例如 容易引起广播风暴，同时当网络出现故障时也不太容易隔离和管理。为了使 本单位的各子网之间使用路由器来互连，因而便

28、于管理。需要注意的是，子网的划分纯属本单位内部的是，在本单位以外是看不见这样的划分。从 外 部 看，这个单位只有一个网络号码。只有当外面的分组进入到本单位范围后，本单位的路由器在根据子网号码进行选路，最后找到目的主机。若本单位按照主机所在的地理位置划分子网，那么在管理方面就会方便得多。这里应注意，T C P/I P 体 系 的“子网”（s u b n e t）是本单位网络内的一个 更小些的网络，和前面讲的0 S I 体系中的子网（s u b n e t w o r k ）不同。它们的 英文名字不同，但中文译名都是一样的。图 1-6 说明是在划分子网时要用到的子网掩码（s u b n e t m

29、 a s k ）的意义。B类地址-本地分配-net-idhost-id.子 网 号 主 网 号增加于网号字段net-idSubnethost-id(b)子网俺码11111111 11111111 l l l l l l j 00 00000000(0图1-6 (a)举了一个B 类I P 地址作为例子。图1-6 (b)表示将本地控制部分再 增 加 一 个 子 网 字 段，子 网 号 字 段 究 竟 选 为 多 长，由 本 单 位 根 据 情况 确 定.T C P/I P 体系规定用一个3 2 b i t 的子网掩码来表示子网号字段的长度。具体的做 法是：子网掩码由一连串的“1”和一连串的“0”组

30、成。“1”对应于网络 号码和子网号码字段，而“0”对应于主机号码字段(图1-6 (c)多划分出一个子网号码字段是要付出代价的。例如，对于图4 的例子，本来一个B 类I P 地址可以容纳6 5 5 3 4 个主机号码。但划分出6 b i t 长的子网字段后，最多可有6 2 个子网(去掉全1 和全0 的子网号码)。每个子网有l O b i t 的主机号码，即每个 子网最多可有1 0 2 2 个 主 机号码。因此主机 号码的总数是6 2*1 0 2 2=6 3 3 6 4 个。比不划分子网时要少了 一些。若一个单位不进行子网的划分，则其子网掩码即为默认值，此时子网掩码中T的长度就是网络号码的长度。因

31、此，对于A,B 和C 类I P 地址，其对应 的子网掩码默认值分别为2 5 5.0.0.0,2 5 5.2 5 5.0.0 和2 5 5.2 5 5.2 5 5.0.1.1.5封装当应用程序用T C P传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作一串比特流送入网络。其中每一层对收到的数据都要增加一些首部信息(有时还要增加尾部信息)，该过程如图1 -7所示。TC P传给I P的数据单元称作T C P报文段或简称为T C P段(T C P s egment)。IP传给网络接口层的数据单元称作I P数据报(I P d a ta g ra m)。通过以太 网传输的比特流称作帧(F r

32、a m e )。图1-7中帧头和帧尾下面所标注的数字是典型以太网帧首部的字节长度。在后面的章节中我们将详细讨论这些帧头的具体含义。以太网数据帧的物理特性是其长度必须在4 6 1 5 0 0字节之间。由于现在几乎所有的计算机系统都采用8 b i t的字节，因此我们在本书中使用字节(b y te )这个术语。传给I P的信息单元称作U D P数 据 报(U DP d a ta g ra m ),而且U D P的首部长为8字节。由于T C P、UD P、IC M P和IGM P都要向I P传送数据，因此I P必须在生成的I P首部中加入某种标识，以表明数据属于哪一层。为此，IP在首部中存入一个长度为

33、8 b i t的数值，称作协议域。1表示为I C M P协 议，2表示为I G M P协议，6表示为T C P协议，1 7表示为U D P协议。类似地，许多应用程序都可以使用T C P或U D P来传送数据。运输层协议在生成报文首部时要存入一个应用程序的标识符。T C P和U D P都用一 个16 b i t的端口号来表示不同的应用程序。T C P和U D P把源端口号和目的端口号分别存入报文首部中。网络接口分别要发送和接收I P、A R P和R A R P数据，因此也必须在以太网的帧首部中加入应用程序某种形式的标识，以指明生成数据的网络层协议。为此，以太网的帧首部也有一个1 6 b i t的

34、帧类型域。1.1.6分用当目的主机收到一个以太网数据帧时，数据就开始从协议栈中由底向上升，同时去掉各层协议加上的报文首部。每层协议盒都要去检查报文首部中的协议标识，以确定接收数据的上层协议。这个过程称作分用(D e m u l t i p l e xi n g ),图1 -8显示了该过程是如何发生的。进入的帧协议I C M P和I G M P定位一直是一件很棘手的事情。在图1 -4中，把它们与I P放在同一层上，那是因为事实上它们是I P的附属协议。但是在这里，我们又把它们放在I P层的上面，这是因为I CMP 和I G MP 报文都被封装在I P 数据报中。1.1.7端口号前面已经指出过，T

35、 C P和U D P采用1 6 b i t 的端口号来识别应用程序。那么这些端口号是如何选择的呢？服务器一般都是通过知名端口号来识别的。例如，对于每个T C P/I P实现来说，F TP 服务器的T C P 端口号都是21 ,每个T e l n e t 服务器的T C P 端口号都是2 3 ,每个T F TP （简单文件传送协议）服务器的UDP 端口号都 是6 9。任何T C P/IP实现所提供的服务都用知名的1 1 0 2 3之间的端口号。这些知名端口号由I n t e r n e t号分配机构（In t e r n e t A s s i g n e d Nu m b e r s A u

36、t h o r i t y,I A NA ）来管理。到1 9 9 2年为止，知名端口号介于1 2 5 5之间。2 5 6 1023之间的端口号通常都是由U n i x 系统占用，以提供一些特定的U n i x 服务一也 就 是 说，提供一些只有U n i x 系统才有的、而其他操作系统可能不提供的服 务。现在IA NA 管理1 1 0 2 3 之间所有的端口号。I nternet扩展服务与U nix 特定服务之间的一个差别就是T e l n e t和R login.它们二者都允许通过计算机网络登录到其他主机上。T e l n e t是采用端口号为2 3的T C P/IP标准且几乎可以在所有操作

37、系统上进行实现。相反,R 1 o g i n最开始时只是为U nix 系统设计的（尽管许多非U n i x系统 现在也提供该服务），因此在8 0 年代初，它的有名端口号为5 1 3。客户端通常对它所使用的端口号并不关心，只需保证该端口号在本机上 是唯一的就可以了。客户端口号又称作临时端口号（即存在时间很短暂）。这是因为它通常只是在用户运行该客户程序时才存在，而服务器则只要主机开着的，其服务就运行。大多数T C P/IP实现给临时端口分配1 024-5 0 0 0之间的端口号。大于5 0 0 0的端口号是为其他服务器预留的（I nternet上并不常用的服务）。我们可以在后面看见许多这样的给临时

38、端口分配端口号的例子。保留端口号。(R FC 1 3 4 0)这些端口号介于1 1 0 2 3之间，一些应用程序将它作为客户与服务器 之间身份认证的一部分。1.1.8标准化过程/RFC究竟是谁控制着T C P/IP协议族，又是谁在定义新的标准以及其他类 似的事情？事实上，有四个小组在负责I n t e r n e t技术。1)In t e r n e t 协 会(I S 0 C ,In t e r n e t S o c i e t y)是一个推动、支持和促进In t e r n e t不断增长和发展的专业组织，它把I n t e r n e t作为全球研究通信的基础设施。2)In t e r

39、 n e t 体系结构委员会(I A B ,In te r n e t A r c h i te c tur e B o a r d )是一个技术监督和协调的机构。它由国际上来自不同专业的1 5个志愿者组成，其职能是负责I n t e r n e t 标准的最后编辑和技术审核。I A B隶属于I S 0C。3)In te r n e t 工程专门小组(IE T F,In te r n e t E n g i n e e r i n g T a s k Fo r c e )是一个面向近期标准的组织，它分为9个领域(应用、寻径和寻址、安全等 等)。I E T F 开发成为I n t e r n e

40、 t 标准的规范。为帮助IE T F主席，又成立了In te r n e t 工程指导小组(IE SG,In te r n e t E n g i n e e r i n g Ste e r i n g Gr o up ).4)In te r n e t 研究专门小组(IR I F,In te r n e t Re s e a r c h T a s k Fo r c e )主要对长远的项目进行研究。I RT F 和I E T F 都隶属于I A B。文献C r o c k e r 1 9 9 3 提供了关于I n t e r n e t 内部标准化进程更为详细的信息，同时还介绍了它的早期历史

41、。所有关于I n t e r n e t 的正式标准都以R F C (Re q ue s t f o r C o m m e n t)文 档出版。另外，大量的R F C并不是正式的标准，出版的目的只是为了提供 信息。R F C的篇幅从1页到2 0 0页不等。每一项都用一个数字来标识，如 RFC1 1 2 2,数字越大说明R F C的内容越新。所有的R F C都可以通过电子邮件或用F T P 从I n t e r n e t 上免费获取。1.2 IP数据报文1.2.1 引言I P 是T C P/IP协议族中最为核心的协议。所有的T C P、U D P、IC M P及IGM P数据都以I P 数据

42、报格式传输。I P 提供不可靠、无连接的数据报传送。不可靠（un r e l i a b l e ）的意思是它不能保证I P 数据报能成功地到达目的地。I P 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，I P 有一个简单的错误处理算法：丢弃该数据报，然后发送I C M P 消息报给信源端。任何要求的可靠性必须由上层来提供（如T C P ）。无连接（c on n e c ti on l e ss）这个术语的意思是I P 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，I P 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

43、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。R F C 7 9 1 P oste l 19 8 1a 是I P 的正式规范文件。1.2.2 IP 首部在T C P/I P 的标准中，各种数据格式常常以32b i t（即4字节）为单位来描述。0 1 2 3 4 5 6 7图 6 T P 数据报的格式图 2-1一个I P 数据报由首部和数据两部分组成。首部的前一部分长度是固定的20个 字 节，后面部分的长度则是可变长度。下面介绍首部各字段的意义。I P 数据报首部的固定部分1、版本版本字段站4 b i t,指I P 协

44、议的版本。通信双方使用的I P 协议的版本必须一致。目前使用的I P 协议版本为4。2、首部长度首部长度字段占4b i t,可表示的最大数值是15个单位（一个单位为4字节），因此I P 的首部长度的最大值是6 0字节。当I P 分组的首部长度不是4字节的整数倍时，必须利用最后一个填充字段加以填充。这样，数据部分永远在4字节的整数倍时开始，这样在实现起来会比较方便。首部长度限制为6 0字节的抉点是有时(如采用源站选路时)不够用。但这样做的用意是要用户尽量减 少额外的开销。3、服务类型服务类型字段共8 b i t长，用来获得更好的服务，其意义见图6的上面部分所示。服务类型字段的前三个比特表示优先级

45、，它可使数据报具有8个优先级中的一个。第4个比特是D 比特，表示要求有更低的时延。第5个比特是T 比特，表示要求有更高的吞吐量。第6 个比特是R 比特，表示要求有更高的可靠性，即在数据报传的过程中，被结点交换机丢弃的概率要更小些。第7 个比特是C比特，是新增加的，表示要求选择价格更低廉的路由。最后一个比特目前尚未使用。4、总长度 总长度指首部和数据之和的长度，单位为字节。总长度字段为1 6 b it,因此数据报的最大长度为6 553 5字节。这在当前是够用的。当很长的数据报要分段进行传送时，“总长度”不是指未分段前的数据报长度，而是指分段后每个段的首部长度与数据长度的总和。5、标识 标识字段的

46、意义和O S I 的I P DU 中的数据单元标识符的意义一样，是为了使分段后的各数据报段最后能准确地重装成为原来的数据报。请注意:这里的“标识”并没有顺序号的意思，因为I P 是无连接服务，数据报不存在按序接 收的问题。6、标志标志字段占3 b it。目前只有前两个比特有意义。标志字段中的最低位记为MF(Mo r e Fr a gm en t),MF=1 即表示后面还有分段的数据报。MF=0表示这已是若干数据报段中的最后一个。标志字段中间的一位记为DF(Do n t Fr a gm en t).只有当DF=0时才允许分段。7、段偏移段偏移字段的意义和0S I 的I P DU 中规定的相似，只

47、是表示的单位不同。这里是以8 个字节为偏移单位。可见I P 数据报的段偏移字段(1 3 b it 长)和0S I 的 I P DU的段偏移字段(1 6 b it 长)是相当的。8、寿命寿命字段记为T T L (T im e T o L iv e),其单位为秒。寿命的建议值是3 2 秒。但也可设定为3-4 秒，或甚至2 55秒。9、协议协议字段占8 b it,它指出此数据携带的运输层数据是使用何种协议，以便目的主机的I P 层知道应将此数据报上交给哪个进程。常用的一些协议和响应的协议字段值(写 在协议后面的括弧中)是：U DP (1 7 ),T CP (6 ),I CMP(1),GGP (3 )

48、,EGP (8 ),I GP (9 ),O S P F(8 9),以及I S O 的 T P 4 (2 9 )。1 0、首部检验和此字段只检验数据报的首部，不包括数据部分。不见眼数据部分是因为数据报每经过一个结点，结点处理机就要重新计算一下首部检验和(一些字段，如寿命、标志、段偏移等都可能发生变化)。如将数据部分一起检验，计算的工作量就太大了。1 1、地 址 源 站 I P 地址字段和目的站I P 地址字段都各占4 字节。I P 首部的可变部分I P 首部的可变部分就是一个任选字段。任选字段用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富。此字段的长度可变，从一个字节到4 0 个字节不等，取决于所

49、选择的项目。某些任选项目只需要一个字节，它只包括一个字节的 任选代码，图2-2 画的是任选代码的格式。还有些任选项月需要多个字节，但其第一个字节的格式仍为图2-2 所示的那样。这些任选项一个个拼接起来，中间不需要有分隔符，最后用全0的填充字段补齐成为4字节的整数倍。图2-2 IP首选项可以看出，任选代码共有三个字段。第一个字段是复制字段，占I b i t,它的作用是控制网络中的路由器在将数据报进行分段时所作的选择。当复制字段为1时，必须将此任选字段复制到每一个数据报段。而当复制字段为0时，就只复制到第一个数据报段上。第二个字段是任选类别字段，占2bit。但目前只有两种可供选用，如图2-3:第三

50、个字段是任选编号，占5个字节，它指出任选是做什么用的。属于任选类别0的有下列一些任选编号：任 选 类 别 意 义0数据报或网络控制（主要是这一类）1保留今后使用2排错和测量，即In te rn e t时间戳3保留今后使用图2-3任选类别及意义任选编号为0:指出这是任选项目中的最后一个。任选编号为1:无操作，用于需要按每4个字节对齐之用。和填充字段的功能是一样的。以上两种都是只使用一个字节的任选代码。下面的几种则要使用若干个字节。任选编号为2:为安全用的。只用在美国国防系统来传送机密文件。路由器在检测到这一安全任选项目时，就要使该数据报不要离开安全的环境。在商业上尚无此应用。任选编号为7:为记录