TCP/IP详解 （1-3）

 

第一章 概述

 

1.      TCP/IP协议族的四个层次

2.      网络互联

构造互联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。路由器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(SLIP)和FDDI(光纤分布式数据接口)等。

图1是一个包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。

图1 通过路由器连接的两个网络

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组合在一起，这样对上层来说就好像是一个局域网。

3.      互联网地址

IP地址长32bit。IP地址并不采用平面形式的地址空间，如1、2、3等。IP地址具有一定的地址结构，五类不同的互联网地址格式如图2所示。各类IP地址的范围如图3所示。

 

图2 五类互联网地址

图3 各类IP地址的范围

4.      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。

第二章 链路层

 

1.      以太网

以太网这个术语一般是指数字设备公司(Digital EquipmentCorp.)、英特尔公司(IntelCorp)和Xero公司在1982联合公布的一个标准。它是当今TCP/IP采用的主要的局域网技术。它采用一种称作CSMA/CD的媒体接入方法，其意思是带冲突检测的载波侦听多路访问。它的速率为10Mb/s，地址为48bit。以太网IP数据报的封装是在RFC 894中定义的。

图1 以太网的封装格式(RFC894)

2.      最大传输单元MTU

以太网对数据帧的长度有限制，其最大值为1500字节，如图1所示。链路层这种特性称作MTU，最大传输单元。如果IP层有一个数据报要传，而且数据报的长度比链路层的MTU还大，那么IP层就需要进行分片(fragmentation)，把数据报分成若干片，这样每一片都小于MTU。

3.      路径MTU

当在同一个网络上的两台主机互相进行通信时，该网络的MTU是非常重要的。但是如果两台主机之间的通信要通过多个网络，那么每个网络的链路层就可能有不同的MTU。重要的不是两台主机所在网络的MTU的值，重要的是两台通信主机路径中的最小MTU。它被称为路径MTU。

从A到B的路由可能与从B到A的路由不同，因此路径MTU在两个方向上不一定是一致的。

 

 

第3章 IP网际协议

 

1.      不可靠、无连接的服务

IP协议提供一种不可靠、无连接的数据报传送服务。

不可靠的意思是它不能保证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)。

无连接的意思是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，数据报可以不按发送顺序接收。

2.      IP数据报格式

IP数据报的格式如图1所示。普通的IP首部长为20个字节，除非含有选项字段。

图1 IP数据报格式及首部中的各字段

3.      IP路由选择

如果目的主机与源主机直接相连(如点对点链路)或都在一个共享网络上(以太网或令牌环网)，那么IP数据报就直接送到目的主机上。否则，主机把数据报发往一路由器，由路由器来转发该数据报。

IP可以从TCP、UDP、ICMP和IGMP接收数据报(即在本地生成的数据报)并进行发送，或者从一个网络接口接收数据报（待转发的数据报）并进行转发。在进行路由选择决策时，主机和路由器都使用路由表。在表中有三种类型的路由：特定主机型、特定网络型和默认路由型。路由表中的表目具有一定的优先级。在选择路由时，主机路由优先于网络路由，最后在没有其他可选路由存在时才选择默认路由。

当数据报来自某个网络接口时，IP首先检查目的IP地址是否为本机IP地址之一或者IP广播地址。如果确实是这样，数据报就送到由IP首部协议字段所指定的协议模块进行处理。如果数据报的目的不是这些地址，那么(1)如果IP被设置为路由器的功能，那么就对数据报进行转发，按上一段所述方式；否则(2)数据报被丢弃。

IP路由选择是通过逐跳来实现的。数据报在各站的传输过程中目的IP地址始终不变，但是封装和目的链路层地址在每一站都可以改变。

4.      路由表

路由表中的每一项都包含下面这些信息：

（1）      目的IP地址。它既可以是一个完整的主机地址，也可以是一个网络地址，由该表目中的标志字段来指定。主机地址有一个非0的主机号，而网络地址的主机号为0。

（2）      下一跳路由器的IP地址，或者有直接连接的网络IP地址。下一条路由器是指一个在直接相连网络上的路由器。

（3）      标志。其中一个标志指明目的IP地址是网络地址还是主机地址，另一个标志指明下一站路由器是否为真正的下一站路由器，还是一个直接相连的接口。

（4）      为数据报的传输指定一个网络接口。

5.      子网寻址

两句话：

划分子网的事实对于所有子网以外的Internet路由器都是透明的；子网对于子网内部的路由器是不透明的。

6.      特殊情况的IP地址

经过子网划分后，下面介绍7个特殊的IP地址，如图2所示。在图2中，0表示所有比特位全为0；-1表示所有比特位全为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。

图2 特殊情况的IP地址