31.6 伪 首 部 TCP 流 量 控 制 ( 端 口 问 题 ) UDP 与 TCP 帧 结 构 ( 详 解 ) UDP( 用 户 数 据 报 协 议 ) 帧 结 构 TCP( 传 输 控 制 协 议 ) 帧 结 构... 19

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1 计 算 机 网 络 思 考 题 目 录 1. 分 层 结 构 原 理 无 连 接 与 面 向 连 接 TCP/IP OSI 差 别 网 络 层 与 链 路 层 差 别 运 输 层 与 链 路 层 差 别 计 算 机 通 过 MODEM 运 行 例 子 停 止 - 等 待 协 议 与 连 续 ARQ SARQ 差 别 滑 动 窗 口 和 流 量 控 制 HDLC 中 的 F 与 数 据 的 区 分 问 题 PPP 帧 结 构 中 协 议 字 段 作 用, 说 明 之 ALOHA-CSMA-CSMA/CD 差 别, 哪 个 好? 加 入 时 隙 控 制 为 什 么 能 够 提 高 吞 吐 量?(*) 交 换 机 与 集 线 器 的 差 别? 哪 个 效 率 高? 网 与 网 的 差 别?(*) 传 统 局 域 网 与 虚 拟 局 域 网 的 差 别? 网 桥 与 路 由 器 的 差 别? 无 线 网 与 有 线 广 播 网 的 差 别? 广 域 网 与 局 域 网 区 别 什 么 是 虚 电 路? 前 向 查 找 法 路 由 器 选 择 原 理 说 明 路 由 器 选 择 与 流 量 控 制 的 相 互 作 用 拥 挤 控 制 ( 流 量 控 制 ) 在 哪 些 层 次 上 运 行, 一 般 性 原 理? X.25 网 络 与 虚 电 路 服 务? 通 信 过 程 例 子? 分 布 式 路 由 选 择 方 法? IP 概 念, 地 址 定 义 与 方 法, 掩 码, 子 网 划 分, 配 置 IP 概 念 地 址 定 义 与 方 法 掩 码 子 网 划 分 配 置 IP 通 信 过 程 ( 通 过 MAC 地 址 )( 经 过 2 个 路 由 器 ) 互 联 网 接 入 IP 数 据 报 格 式 详 解 IGP(RIP,OSPF) 与 EGP IGMP CIDR IPV6 概 念 运 输 层 概 念 端 口 概 念 流 量 控 制 Socket UDP 与 TCP 不 同, 伪 首 部,TCP 流 量 控 制 ( 端 口 问 题 ),UDP 与 TCP 帧 结 构 ( 详 解 ), 三 次 握 手 问 题 运 输 层 概 念 端 口 概 念 流 量 控 制 Socket UDP 与 TCP 不 同... 17

2 31.6 伪 首 部 TCP 流 量 控 制 ( 端 口 问 题 ) UDP 与 TCP 帧 结 构 ( 详 解 ) UDP( 用 户 数 据 报 协 议 ) 帧 结 构 TCP( 传 输 控 制 协 议 ) 帧 结 构 三 次 握 手 问 题 网 络 安 全 的 4 个 威 胁 方 式, 分 组 密 码 体 制, 公 开 密 码 体 制 的 原 理, 报 文 鉴 别 原 理 网 络 安 全 的 4 个 威 胁 方 式 公 开 密 码 体 制 的 原 理 报 文 鉴 别 原 理 DNS 的 原 理,DHCP 原 理,FTP 原 理,TELNET 原 理, 网 管 一 般 性 原 理,HTTP 原 理 ( 含 简 单 程 序 ), 电 子 邮 件 SMTP 与 POP 原 理 DNS 的 原 理 DHCP 的 原 理 FTP 的 原 理 TELNET 的 原 理 HTTP 原 理 ( 含 简 单 程 序 ) 网 管 一 般 性 原 理 电 子 邮 件 SMTP 的 原 理 POP 的 原 理... 25

3 1. 分 层 结 构 原 理 a. 分 层 原 因 对 于 非 常 复 杂 的 计 算 机 网 络 协 议, 其 结 构 最 好 采 用 层 次 式 的. 分 层 可 将 庞 大 而 复 杂 的 问 题, 转 化 为 若 干 较 小 的 局 部 问 题, 而 这 些 较 小 的 局 部 问 题 就 比 较 易 于 研 究 和 处 理 易 于 实 现 和 维 护, 同 时 促 进 标 准 化 工 作 b. 分 层 的 好 处 (1) 各 层 之 间 是 独 立 的 可 将 一 个 复 杂 问 题 分 解 为 若 干 个 较 容 易 处 理 的 问 题, 使 复 杂 程 度 下 降 (2) 灵 活 性 好 只 要 上 下 接 口 不 变, 内 部 可 作 任 意 修 改, 亦 可 跳 层 (3) 结 构 上 可 分 割 开 各 层 都 可 以 采 用 最 合 适 的 技 术 来 实 现 (4) 易 于 实 现 和 维 护 使 得 实 现 和 调 试 一 个 庞 大 而 又 复 杂 的 系 统 变 得 易 于 处 理 (5) 能 促 进 标 准 化 工 作 通 用 性 好 2. 无 连 接 与 面 向 连 接 a. 面 向 连 接 的 服 务 必 须 先 建 立 通 信 的 连 接, 然 后 通 信, 具 有 三 个 阶 段 : 建 立 连 接, 通 信, 撤 消 连 接 典 型 例 子 虚 电 路 服 务 c. 无 连 接 服 务 不 需 事 先 建 立 连 接 即 可 进 行 通 信, 但 必 须 预 留 资 源, 高 层 需 要 作 数 据 校 验 以 保 证 正 确 性 三 种 无 连 接 服 务 : 数 据 报, 证 实 交 付, 请 求 回 答 3. TCP/IP OSI 差 别 在 Internet 所 使 用 的 各 种 协 议 中, 最 重 要 的 和 最 著 名 的 就 是 两 个 协 议 : 传 输 控 制 协 议 TCP(Transmission Control Protocol) 和 网 际 协 议 IP(Internet Protocol) a.tcp/ip 体 系 共 有 四 个 层 次 : 应 用 层 运 输 层 网 际 层 和 网 络 接 口 层 b.osi 参 考 模 型 采 用 七 个 层 次 的 体 系 结 构, 也 就 是 TCP/IP 体 系 中 的 应 用 层 再 划 分 三 个 层 次 这 三 个 层 次 丛 上 而 下 的 名 称 是 : 应 用 层, 表 示 层, 会 话 层 c.tcp/ip 与 OSI 的 区 别 : (1)TCP/IP 一 开 始 就 考 虑 到 多 种 异 构 网 (heterogeneous network) 的 互 连 问 题, 并 将 网 际 协 议 IP 作 为 TCP/IP 的 重 要 组 成 部 分 但 ISO 和 CCITT 最 初 只 考 虑 到 使 1

4 用 一 种 标 准 的 公 用 数 据 网 将 各 种 不 同 的 系 统 互 连 在 一 起 后 来,ISO 认 识 到 了 网 际 协 议 IP 的 重 要 性, 然 而 已 经 来 不 及 了, 只 好 在 网 络 层 中 划 分 出 一 个 子 层 来 完 成 类 似 TCP/IP 中 IP 的 作 用 (2)TCP/IP 一 开 始 就 对 面 向 连 接 服 务 和 无 连 接 服 务 并 重, 而 OSI 在 开 始 时 只 强 调 面 向 连 接 服 务 一 直 到 很 晚 OSI 才 开 始 制 定 无 连 接 服 务 的 有 关 标 准 无 连 接 服 务 的 数 据 报 对 于 互 连 网 中 的 数 据 传 送 以 及 分 组 话 音 通 信 ( 即 在 分 组 交 换 网 里 传 送 话 音 信 息 ) 都 是 十 分 方 便 的 (3)TCP/IP 有 较 好 的 网 络 管 理 功 能, 而 OSI 到 后 来 才 开 始 考 虑 这 个 问 题 4. 网 络 层 与 链 路 层 差 别 a. 数 据 链 路 层 通 过 物 理 层 提 供 的 比 特 流 服 务, 在 相 邻 节 点 之 间 建 立 链 路, 传 送 以 帧 ( Frame) 为 单 位 的 数 据 信 息, 并 且 对 传 输 中 可 能 出 现 的 差 错 进 行 检 错 和 纠 错, 向 网 络 层 提 供 无 差 错 的 透 明 传 输 数 据 链 路 层 涉 及 到 的 具 体 内 容 成 帧 物 理 地 址 寻 址 流 量 控 制 差 错 控 制 接 入 控 制 ; b. 网 络 层 的 作 用 是 实 现 分 别 位 于 不 同 网 络 的 源 节 点 与 目 的 节 点 之 间 的 数 据 包 传 输, 网 络 层 要 负 责 确 定 在 网 络 中 采 用 何 种 技 术, 从 源 节 点 出 发 选 择 一 条 通 路 通 过 中 间 的 节 点 将 数 据 包 最 终 送 达 目 的 节 点 网 络 层 涉 及 的 概 念 有 逻 辑 地 址 寻 址 路 由 功 能 流 量 控 制 拥 塞 控 制 5. 运 输 层 与 链 路 层 差 别 a. 链 路 层 : 结 点 链 路 结 点 ( 较 简 单 ) 数 据 链 路 层 负 责 建 立 和 管 理 节 点 间 的 链 路 主 要 功 能 是 通 过 各 种 控 制 协 议, 将 有 差 错 的 物 理 信 道 变 为 无 差 错 的 能 可 靠 传 输 数 据 帧 的 数 据 链 路 b. 运 输 层 : 主 机 子 网 主 机 ( 较 复 杂 ) 运 输 层 是 通 信 子 网 和 资 源 子 网 的 接 口 和 桥 梁 主 要 任 务 是 : 向 用 户 提 供 可 靠 的 端 到 端 的 差 错 和 流 量 控 制, 保 证 报 文 的 正 确 传 输 6. 物 理 层 的 4 个 规 程 物 理 层 的 主 要 任 务 描 述 为 确 定 与 传 输 媒 体 的 接 口 的 一 些 特 性, 即 : 1) 机 械 特 性 指 明 接 口 所 用 接 线 器 的 形 状 和 尺 寸 引 线 数 目 和 排 列 固 定 和 锁 定 装 置 等 等 2) 电 气 特 性 指 明 在 接 口 电 缆 的 各 条 线 上 出 现 的 电 压 的 范 围 3) 功 能 特 性 指 明 某 条 线 上 出 现 的 某 一 电 平 的 电 压 表 示 何 种 意 义 4) 规 程 特 性 指 明 对 于 不 同 功 能 的 各 种 可 能 事 件 的 出 现 顺 序 7. 计 算 机 通 过 MODEM 运 行 例 子 2

5 8. 停 止 - 等 待 协 议 与 连 续 ARQ SARQ 差 别 a. 停 止 等 待 协 议 每 发 一 个 数 据 帧 就 要 等 待 一 个 确 认 帧, 只 有 收 到 确 认 帧 后 才 发 送 第 二 帧, 如 果 超 时 还 没 收 到 确 认 帧, 或 收 到 否 认 帧 时 重 发 该 帧 每 发 一 个 数 据 帧 就 要 等 待 确 认 帧, 这 样 信 道 的 利 用 率 就 很 低, 于 是 便 有 了 连 续 ARQ b. 连 续 ARQ 3

6 (1) 在 简 单 停 止 等 待 协 议 的 基 础 上, 允 许 连 续 发 送 若 干 帧, 在 收 到 相 应 ACK 后 继 续 发 送 若 干 帧, 用 以 提 高 传 输 效 率 这 时 ACK 及 NAK 也 必 须 有 对 应 的 帧 序 号, 才 能 够 一 一 对 应 起 来 (2) 在 发 生 差 错 时 丢 弃 原 已 发 送 的 所 有 后 续 帧, 重 发 差 错 发 生 以 后 的 所 有 帧, 相 当 于 完 全 返 回 重 传 (3) 信 道 较 差 时 传 输 效 率 不 高 c. 选 择 重 传 SARQ (1) 工 作 原 理 与 连 续 ARQ 协 议 相 类 似, 只 是 在 发 生 差 错 时, 仅 仅 重 传 发 生 错 误 的 帧, 因 此 进 一 步 提 高 了 传 输 效 率 (2) 滑 动 窗 口 大 小 滑 动 窗 口 为 小 于 2 n-1, 否 则 无 法 判 断 正 误 帧 号 9. 滑 动 窗 口 和 流 量 控 制 TCP 使 用 一 种 窗 口 机 制 来 控 制 数 据 流 当 一 个 连 接 建 立 时, 连 接 的 每 一 端 分 4

7 配 一 个 缓 冲 区 来 保 存 输 入 的 数 据, 并 将 缓 冲 区 的 尺 寸 发 送 给 另 一 端 当 数 据 到 达 时, 接 收 方 发 送 确 认, 其 中 包 含 了 自 己 剩 余 的 缓 冲 区 尺 寸 剩 余 的 缓 冲 区 空 间 的 大 小 被 称 为 窗 口, 指 出 窗 口 大 小 的 通 知 称 为 窗 口 通 告 接 收 方 在 发 送 的 每 一 确 认 中 都 含 有 一 个 窗 口 通 告 如 果 接 收 方 应 用 程 序 读 数 据 的 速 度 能 够 与 数 据 到 达 的 速 度 一 样 快, 接 收 方 将 在 每 一 确 认 中 发 送 一 个 正 的 窗 口 通 告 然 而, 如 果 发 送 方 操 作 的 速 度 快 于 接 收 方 ( 由 于 CPU 更 快 ), 接 收 到 的 数 据 最 终 将 充 满 接 收 方 的 缓 冲 区, 导 致 接 收 方 通 告 一 个 零 窗 口 发 送 方 收 到 一 个 零 窗 口 通 告 时, 必 须 停 止 发 送, 直 到 接 收 方 重 新 通 告 一 个 正 的 窗 口 TCP 的 窗 口 以 字 节 为 单 位 进 行 调 整, 以 适 应 接 收 方 的 处 理 能 力 处 理 过 程 如 下 : (1)TCP 连 接 阶 段, 双 方 协 商 窗 口 尺 寸, 同 时 接 收 方 预 留 数 据 缓 存 区 ; (2) 发 送 方 根 据 协 商 的 结 果, 发 送 符 合 窗 口 尺 寸 的 数 据 字 节 流, 并 等 待 对 方 的 确 认 ; (3) 发 送 方 根 据 确 认 信 息, 改 变 窗 口 的 尺 寸, 增 加 或 者 减 少 发 送 未 得 到 确 认 的 字 节 流 中 的 字 节 数 调 整 过 程 包 括 : 如 果 出 现 发 送 拥 塞, 发 送 窗 口 缩 小 为 原 来 的 一 半, 同 时 将 超 时 重 传 的 时 间 间 隔 扩 大 一 倍 TCP 的 窗 口 机 制 和 确 认 保 证 了 数 据 传 输 的 可 靠 性 和 流 量 控 制 10. HDLC 中 的 F 与 数 据 的 区 分 问 题 F 同 步 字 段 如 果 数 据 中 有 5 个 连 续 的 1 则 自 动 插 入 1 个 0, 用 以 与 F 相 区 别 11. PPP 帧 结 构 中 协 议 字 段 作 用, 说 明 之 PPP(Point-to-Point Protocol) 有 三 个 组 成 部 分 : (1) 一 个 将 IP 数 据 报 封 装 到 串 行 链 路 的 方 法 PPP 既 支 持 异 步 链 路 ( 无 奇 偶 校 验 的 8 比 特 数 据 ), 也 支 持 面 向 比 特 的 同 步 链 路 (2) 一 个 用 来 建 立 配 置 和 测 试 数 据 链 路 连 接 的 链 路 控 制 协 议 LCP(Link Control Protocol) 通 信 的 双 方 可 协 商 一 些 选 项 在 RFC 1661 中 定 义 了 11 种 类 型 的 LCP 分 组 (3) 一 套 网 络 控 制 协 议 NCP(Network Control protocol), 支 持 不 同 的 网 络 层 协 议, 如 IP,OSI 的 网 络 层,DECnet, 以 及 AppleTalk 等 PPP 协 议 的 帧 格 式 5

8 a. 标 志 字 段 F = 0x7E b. 地 址 字 段 A 规 定 为 0xFF 地 址 字 段 实 际 上 并 不 起 作 用 c. 控 制 字 段 C 通 常 置 为 0x03 d. PPP 有 一 个 2 个 字 节 的 协 议 字 段 若 为 0x0021,PPP 帧 的 信 息 字 段 就 是 IP 数 据 报 若 为 0xC021, 则 信 息 字 段 是 PPP 链 路 控 制 数 据 若 为 0x8021, 则 表 示 这 是 网 络 控 制 数 据 e. 尾 部 中 的 第 一 个 字 段 (2 字 节 ) 是 使 用 循 环 冗 余 检 验 ORC(Cyclic Redundancy Check) 的 帧 检 验 序 列 FCS(Frame Check Sequence) 12. ALOHA-CSMA-CSMA/CD 差 别, 哪 个 好? 差 别 : a. 随 机 接 入 技 术 ALOHA: 试 探 发 送, 一 旦 发 生 冲 突, 各 站 延 时 不 同 的 时 间 后 再 发 送, 以 错 开 冲 突 b. 随 机 接 入 技 术 CSMA: 发 送 数 据 前 先 监 听 信 道 上 是 否 有 数 据 在 发 送, 因 此 没 有 真 正 的 冲 突 产 生 c.csma/cd: 增 加 边 发 送 边 监 听 的 功 能, 发 生 冲 突 后 就 立 刻 将 双 方 发 送 都 禁 止, 立 即 进 入 空 闲 期, 将 数 据 帧 放 弃 掉 CSMA/CD 好 13. 加 入 时 隙 控 制 为 什 么 能 够 提 高 吞 吐 量?(*) 加 入 时 隙 控 制 后, 每 个 帧 只 能 在 每 个 时 隙 的 开 始 时 刻 才 能 发 送, 这 样 可 减 少 帧 冲 突 的 概 率, 从 而 进 一 步 提 高 网 络 的 吞 吐 量 14. 交 换 机 与 集 线 器 的 差 别? 哪 个 效 率 高? 从 带 宽 来 看, 集 线 器 不 管 有 多 少 个 端 口, 所 有 端 口 都 共 享 一 条 带 宽, 在 同 一 时 刻 只 能 有 两 个 端 口 传 送 数 据, 其 它 端 口 只 能 等 待 同 时, 集 线 器 只 能 工 作 在 半 双 工 模 式 下 ; 而 对 于 交 换 机 而 言, 每 个 端 口 都 有 一 条 独 占 的 带 宽 当 两 个 端 口, 工 作 时 不 影 响 其 它 端 口 的 工 作 同 时, 交 换 机 不 但 可 以 工 作 在 半 双 工 模 式 下, 而 且 可 以 工 作 在 全 双 工 模 式 下 交 换 机 效 率 高 网 与 网 的 差 别?(*) 未 讲 16. 传 统 局 域 网 与 虚 拟 局 域 网 的 差 别? 虚 拟 局 域 网 是 由 一 些 局 域 网 网 段 构 成 的 与 物 理 位 置 无 关 的 逻 辑 组, 而 这 些 网 段 具 有 某 些 共 同 的 需 求 相 对 于 传 统 局 域 网, 增 加 了 一 个 字 段 每 一 个 VLAN 的 6

9 帧 都 有 一 个 明 确 的 标 识 符 指 明 发 送 这 个 帧 的 工 作 站 是 属 于 哪 一 个 VLAN 17. 网 桥 与 路 由 器 的 差 别? 网 桥 工 作 在 链 路 层, 路 由 器 工 作 在 网 络 层 网 桥 (Bridge) 又 叫 桥 接 器, 它 是 一 种 在 OSI 参 考 模 型 的 数 据 链 路 层 实 现 局 域 网 互 连 的 存 储 转 发 设 备 网 桥 是 一 种 简 单 的 网 络 互 联 设 备, 它 用 于 连 接 两 个 或 更 多 的 局 域 网 网 段, 每 个 局 域 网 网 段 是 一 个 独 立 的 冲 突 域 网 桥 从 一 个 局 域 网 接 收 MAC 帧, 拆 封 校 对 校 验 之 后, 按 另 一 个 局 域 网 的 格 式 重 新 组 装, 发 往 它 的 物 理 层 由 于 网 桥 是 数 据 链 路 层 设 备, 因 此 不 能 处 理 数 据 链 路 层 以 上 层 次 协 议 所 加 的 报 头 路 由 器 (Router) 也 称 之 为 路 径 选 择 器, 是 在 OSI 参 考 模 型 的 网 络 层 实 现 网 络 互 连 的 设 备 它 比 网 桥 更 加 复 杂, 也 具 有 更 大 的 灵 活 性 由 于 路 由 器 具 有 更 强 的 不 同 网 络 间 的 互 连 能 力, 所 以 其 连 接 对 象 包 括 局 域 网 和 广 域 网 等 多 种 类 型 网 络 网 桥 和 路 由 器 的 区 别 在 于 : a. 网 络 端 口 数 量 不 同 : 网 桥 通 常 只 有 两 个 端 口, 超 过 2 个 端 口 的 网 桥 称 为 交 换 机 (Switch); 而 路 由 器 最 少 有 16 口, 最 多 可 达 48 口 b. 连 接 的 网 络 类 型 : 网 桥 只 能 连 接 相 同 的 网 络, 而 路 由 器 还 可 以 连 接 不 同 的 网 络 c. 能 否 隔 离 广 播 : 网 桥 不 能 隔 离 广 播, 而 路 由 器 能 够 隔 离 广 播 d. 工 作 层 次 不 同 : 网 桥 是 第 二 层 的 设 备, 而 路 由 器 是 第 三 层 的 设 备 e. 数 据 转 发 的 方 式 不 同 : 网 桥 使 用 物 理 ( 或 MAC) 地 址 来 做 出 数 据 转 发 的 决 定, 而 路 由 器 使 用 第 三 层 的 寻 址 方 案 (IP) 来 做 出 数 据 转 发 的 决 定 18. 无 线 网 与 有 线 广 播 网 的 差 别? 有 线 广 播 网, 是 将 许 多 计 算 机 都 连 接 到 一 要 总 线 上 总 线 的 特 点 是 : 当 一 台 计 算 机 发 送 数 据 时, 总 线 上 的 所 有 计 算 机 都 能 检 测 到 这 个 数 据 这 种 通 信 方 式 是 广 播 通 信 在 无 线 局 域 网 中, 在 发 送 数 据 前 未 检 测 到 媒 体 上 有 信 号 还 不 能 保 证 在 接 收 端 能 够 成 功 地 接 收 数 据 这 种 未 能 检 测 出 媒 体 上 已 存 在 的 信 号 的 问 题 叫 做 隐 蔽 站 问 题 在 无 线 局 域 网 中, 在 不 发 生 干 扰 的 情 况 下, 可 允 许 同 时 多 个 移 动 站 进 行 通 信 19. 广 域 网 与 局 域 网 区 别 广 域 网 使 用 的 协 议 主 要 在 数 据 链 路 层 ( 还 有 少 量 物 理 层 的 内 容 ), 而 局 域 网 使 用 的 协 议 在 网 络 层 在 广 域 网 中 的 一 个 重 要 问 题 就 是 路 由 选 择 图 6-1 表 示 相 距 较 远 的 局 域 网 通 过 路 由 器 与 广 域 网 相 连, 组 成 了 一 个 覆 盖 范 围 很 广 的 互 连 网 这 样, 局 域 网 就 可 通 过 广 域 网 与 另 一 个 相 隔 很 远 的 局 域 网 进 行 通 信 路 由 器 是 一 种 特 殊 用 途 的 计 算 机, 在 图 中 我 们 将 它 画 在 两 种 网 络 之 外 其 实 它 既 属 于 局 域 网 也 属 于 广 域 网 7

10 广 域 网 和 局 域 网 都 是 互 连 网 的 重 要 组 成 构 件 尽 管 它 们 的 价 格 和 作 用 距 离 相 差 很 远, 但 从 互 连 网 的 角 度 来 看, 它 们 却 都 是 平 等 的 这 里 的 一 个 关 键 就 是 广 域 网 和 局 域 网 有 一 个 共 同 点 : 连 在 一 个 广 域 网 或 连 在 一 个 局 域 网 上 的 计 算 机 在 进 行 通 信 时, 只 需 要 使 用 其 网 内 的 物 理 地 址 即 可 20. 什 么 是 虚 电 路? 通 信 前 先 发 虚 呼 叫, 寻 找 合 适 的 路 由 建 立 一 条 虚 电 路, 以 后 数 据 均 由 此 虚 电 路 走, 数 据 传 送 完 后 撤 消 虚 电 路 ( 实 际 上 采 用 存 储 转 发 机 制, 分 段 占 用 链 路 ) 21. 前 向 查 找 法 路 由 器 选 择 原 理 见 网 页 例 题 22. 说 明 路 由 器 选 择 与 流 量 控 制 的 相 互 作 用 一 个 网 络 的 最 主 要 的 性 能 指 标 就 是 : 吞 吐 量 ( 这 是 服 务 的 数 量 ) 和 平 均 时 延 ( 这 是 服 务 的 质 量 ) 好 的 流 量 控 制 可 以 使 更 多 的 通 信 量 流 入 网 络, 而 好 的 路 由 选 择 可 以 使 网 络 的 平 均 时 延 较 低 当 输 入 到 网 络 的 负 载 增 大 时, 网 络 的 平 均 时 延 将 增 大 时, 这 就 要 对 输 入 的 通 信 量 作 进 一 步 的 流 量 控 制, 要 拒 绝 一 些 负 载 进 入 网 络 网 络 的 平 均 时 延 总 是 随 网 络 的 通 信 量 增 大 的 但 良 好 的 路 由 选 择 可 以 使 网 络 的 时 延 对 吞 吐 量 曲 线 改 善, 如 下 图 所 示 : 8

11 23. 拥 挤 控 制 ( 流 量 控 制 ) 在 哪 些 层 次 上 运 行, 一 般 性 原 理? a. 流 量 控 制 可 在 链 路 层, 网 络 层, 运 输 层 上 运 行 b. 一 般 性 原 理 开 环 控 制 和 闭 环 控 制 : 开 环 控 制 --- 在 设 计 网 络 时 事 先 将 有 关 发 生 拥 塞 的 因 素 考 虑 周 到, 力 求 网 络 在 工 作 时 不 产 生 拥 塞 但 一 旦 整 个 系 统 运 行 起 来, 就 不 再 中 途 进 行 改 正 了 闭 环 控 制 --- 是 基 于 反 馈 环 路 的 概 念 属 于 闭 环 控 制 的 有 以 下 几 种 措 施 : (1) 监 测 网 络 系 统 以 便 检 测 到 拥 塞 在 何 时 何 处 发 生 (2) 将 拥 塞 发 生 的 信 息 传 送 到 可 采 取 行 动 的 地 方 (3) 调 整 网 络 系 统 的 运 行 以 解 决 出 现 的 问 题 24. X.25 网 络 与 虚 电 路 服 务? 通 信 过 程 例 子? X.25 只 是 一 个 对 公 用 分 组 交 换 网 接 口 的 规 格 说 明 它 不 涉 及 到 网 络 内 部 应 做 成 什 么 样 子, 这 应 由 各 个 网 络 自 己 决 定 因 此 X.25 网 只 是 说 该 网 络 与 网 络 外 部 数 据 终 端 设 备 DTE 的 接 口 是 遵 循 X.25 标 准 而 已 不 同 厂 家 生 产 的 X.25 网 的 具 体 实 现 可 能 有 很 大 的 差 别 X.25 所 讨 论 的 都 是 以 虚 电 路 服 务 为 基 础 这 一 概 念 如 下 图 所 示 图 中 画 的 是 一 个 DTE 同 时 和 另 外 两 个 DTE 进 行 通 信 的 情 况 网 络 中 的 虚 线 代 表 两 条 虚 电 路 图 中 还 画 出 了 三 个 DTE 与 数 据 电 路 端 接 设 备 DCE 的 接 口 X.25 所 规 定 的 正 是 关 于 这 一 接 口 的 标 准 通 信 过 程 : 呼 叫 -- 通 信 -- 撤 消 9

12 示 例 : 终 端 -->PAD: 一 个 一 个 字 符 -->PAD 缓 冲 --> 装 配 成 X.25 分 组 --> 进 网 网 络 --> 终 端 : 分 组 -->PAD 缓 冲 --> 逐 个 字 符 送 终 端 25. 分 布 式 路 由 选 择 方 法? 分 布 式 路 由 选 择 策 略 是 每 个 结 点 周 期 性 地 从 相 邻 的 结 点 获 得 网 络 状 态 信 息, 同 时 也 将 本 结 点 做 出 的 决 定 周 期 性 地 通 知 周 围 的 各 结 点, 以 使 这 些 结 点 不 断 地 根 据 网 络 新 的 状 态 更 新 其 路 由 选 择 决 定 所 以 整 个 网 络 的 路 由 选 择 经 常 处 于 一 种 动 态 变 化 的 状 况, 要 经 过 一 定 的 时 间 以 后, 各 路 由 表 中 的 数 据 才 能 达 到 稳 定 的 数 值 在 分 布 式 路 由 选 择 策 略 中, 最 基 本 的 算 法 有 两 个 : 距 离 向 量 算 法, 链 路 状 态 算 法 26. IP 概 念, 地 址 定 义 与 方 法, 掩 码, 子 网 划 分, 配 置 26.1 IP 概 念 IP 地 址 就 是 给 每 一 个 连 接 在 Internet 上 的 主 机 分 配 一 个 在 全 世 界 范 围 是 唯 一 的 32bit 地 址 26.2 地 址 定 义 与 方 法 IP 地 址 的 结 构 使 我 们 可 以 在 Internet 上 很 方 便 地 进 行 寻 址, 这 就 是 : 先 按 IP 地 址 中 的 网 络 号 net-id 把 网 络 找 到, 再 按 主 机 号 host-id 把 主 机 找 到 所 以 IP 地 址 并 不 只 是 一 个 计 算 机 的 号, 而 是 指 出 了 连 接 到 某 个 网 络 上 的 某 个 计 算 机 为 了 便 于 对 IP 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 主 机, 而 有 的 网 络 上 的 主 机 则 很 少 因 此 Internet 的 IP 地 址 分 成 为 五 类, 即 A 类 到 E 类 常 用 的 A 类 B 类 和 C 类 地 址 都 由 两 个 字 段 组 成, 即 : a. 网 络 号 字 段 net-id A 类 B 类 和 C 类 地 址 的 网 络 号 字 段 分 别 为 1 2 和 3 字 节 长, 在 网 络 号 字 段 的 最 前 面 有 l-3bit 的 类 别 比 特, 其 数 值 分 别 规 定 为 0 10 和 110 b. 主 机 号 字 段 host-id A 类 B 类 和 C 类 地 址 的 主 机 号 字 段 分 别 为 3 2 和 1 字 节 长 10

13 特 殊 地 址 : (1) 全 0 网 络 号 本 网 络 或 未 知 当 前 网 络 (2) 全 1 网 络 号 保 留 (3) 全 0 主 机 号 本 网 络 IP 地 址 (4) 全 1 主 机 号 本 网 络 的 广 播 地 址 (5) 全 0 IP 保 留 (6)127.*.*.* 环 路 测 试 用 地 址 (7) 全 1 IP 向 本 网 络 所 有 主 机 广 播 26.3 掩 码 子 网 的 划 分, 具 体 采 用 子 网 掩 码 进 行, 原 始 Host-ID == Subnet-ID + Host-ID Net-ID 及 Subnet-ID 的 掩 码 全 为 1, Host-ID 的 掩 码 全 为 0 例 子 : C 类 地 址, 网 络 号 , 掩 码 , 则 子 网 地 址 3 位, 主 机 地 址 5 位, 可 有 6 个 子 网 ( 除 掉 全 0 及 全 1 的 地 址 ) 地 址 以 及 30 个 主 机 地 址 ( 除 掉 全 0 及 全 1 的 地 址 ) 由 例 子 可 以 看 出, 分 割 子 网 的 代 价 是 子 网 数 及 主 机 数 都 减 少 了, 浪 费 了 部 分 地 址 资 源 11

14 26.4 子 网 划 分 为 使 IP 地 址 更 加 灵 活, 增 加 一 个 子 网 号 字 段, 在 主 机 号 下 分 割 出 一 些 比 特 作 为 子 网 段, 就 可 以 在 一 个 网 络 号 下 建 立 若 干 个 子 网 26.5 配 置 见 例 题 27. IP 通 信 过 程 ( 通 过 MAC 地 址 )( 经 过 2 个 路 由 器 ) 互 联 网 接 入 通 过 实 例 说 明 IP 地 址 与 物 理 地 址 在 选 路 过 程 中 的 作 用 a. A 站 B 站 通 过 路 由 器 相 连 (1)A 站 先 看 源 目 地 址 是 否 同 一 网 络 地 址, 同 则 只 需 用 目 的 主 机 物 理 地 址 通 信 (2) 如 不 知 目 的 主 机 物 理 地 址, 可 用 ARP 查 询 (3) 当 网 络 地 址 不 同 时, 则 通 过 路 由 器 转 发 : 源 主 机 从 配 置 中 得 到 路 由 器 的 IP 地 址 ( 不 在 数 据 报 的 报 头 中 而 在 IPH 中 ), 从 ARP 得 到 物 理 地 址, 将 报 文 分 组 送 路 由 器, 具 体 过 程 参 见 上 图 的 (1)--(8) 共 8 个 过 程 多 个 网 络 和 路 由 时 将 更 加 复 杂, 由 程 序 算 法 自 动 进 行 通 过 路 由 表 进 行 选 路 (1) 网 络 号 相 同 时, 直 接 以 目 的 主 机 物 理 地 址 传 送 (2) 网 络 号 不 同 时, 看 是 否 有 特 定 路 由, 有 则 按 特 定 路 由 走 (3) 无 则 根 据 路 由 表 走, 路 由 表 中 无 则 走 默 认 路 由 器, 由 默 认 路 由 器 进 行 选 路 路 由 表 可 人 工 设 定, 也 可 自 动 生 成 实 用 系 统 一 般 都 是 自 动 生 成 的 12

15 28. IP 数 据 报 格 式 详 解 以 32bit( 即 4 字 节 ) 为 单 位 描 述, 前 20 字 节 为 固 定 部 分, 后 跟 可 变 长 度 部 分, 最 后 是 数 据 段 a. 固 定 部 分 (1) 版 本 :4 比 特, 目 前 常 用 的 是 Ver 4.0 (2) 首 部 长 度 :4 比 特, 最 大 15 个 单 位 (60 字 节 ), 当 首 部 长 度 不 是 4 的 整 数 倍 时, 填 充 字 段 起 作 用 (3) 服 务 类 型 :8 比 特, 前 三 位 为 优 先 级, 最 后 一 位 未 用, 其 它 位 定 义 如 下 : D 更 低 的 时 延 T 更 高 的 吞 吐 量 R 更 高 的 可 靠 性 C 更 廉 价 的 路 由 (4) 总 长 度 :16 比 特, 首 部 与 数 据 长 度 之 和, 单 位 为 字 节, 最 大 为 字 节 13

16 ( 指 已 分 段 后 的 ) (5) 标 识 :16 比 特, 作 为 分 段 的 识 别 号, 保 证 收 到 后 可 以 重 装 为 原 来 的 数 据 报 (6) 标 志 : 占 3 比 特, 用 2 比 特 MF=1 还 有 分 段 数 据 报 MF=0 数 据 报 段 的 最 后 一 个 DF=0 允 许 分 段 (7) 段 偏 移 :13 比 特, 每 个 单 位 为 8 字 节, 与 OSI 的 IPDU 规 定 很 类 似 (8) 寿 命 : 8 比 特, 单 位 是 秒 (9) 协 议 : 8 比 特, 各 种 协 议 都 有 对 应 的 代 码, 如 :UDP(17) TCP(6) 等 (10) 首 部 校 验 和 :16 比 特, 只 计 算 首 部 的 累 加 和 (11) 地 址 : 源 目 地 址 各 占 4 字 节 b. 可 变 长 度 部 分 ( 字 节, 根 据 选 项 决 定 ) 格 式 (1) 任 选 代 码 (2) 任 选 代 码 + 后 续 字 节 中 间 无 分 隔 任 选 代 码 (1) 复 制 段 : 1 比 特,0 仅 复 制 到 第 一 段 ;1 -- 复 制 到 所 有 段 (2) 任 选 类 别 :2 比 特,0 数 据 报 或 网 络 控 制 ;1 -- 保 留 ;2 -- 排 错 和 测 量 ( 时 间 戳 );3 -- 保 留 (3) 任 选 编 号 :5 比 特,0 -- 任 选 项 的 最 后 一 个 ; 1 -- 无 操 作 ; 2 -- 为 安 全 用 ; 7 -- 记 录 路 由 路 由 跟 踪 14

17 (1) 任 选 代 码 三 个 字 段 填 入 (2) 长 度 字 段 包 括 这 前 三 个 字 节 (3) 指 针 下 一 个 可 填 入 IP 地 址 的 空 白 位 置 的 偏 移 量, 每 经 一 个 结 点 修 改 一 次 ( 填 入 IP 地 址 后 指 针 加 4,) (4) 第 一 个 单 位 的 第 4 字 节 为 任 意 值 任 选 编 号 (1) 3 不 严 格 的 源 站 选 路, 可 中 途 修 改 路 由 (2) 9 严 格 的 源 站 选 路, 不 可 修 改 路 由 (3) 4 时 间 戳, 增 加 两 个 字 段 标 志 字 段 (1) 只 写 时 间 戳 (2) 写 入 IP 和 时 间 戳 (3)IP 由 源 站 规 定 好, 只 写 时 间 戳 溢 出 字 段 数 据 报 经 过 的 路 由 器 的 最 大 数 目 例 :0 2 4 长 度 指 针 标 志 溢 出, 后 跟 时 间 戳 每 个 时 间 戳 4 字 节, 单 位 为 毫 秒, 记 录 着 时 间 和 日 期, 可 用 于 路 由 时 延 的 的 统 计 29. IGP(RIP,OSPF) 与 EGP IGMP CIDR IPV6 概 念 Internet 的 路 由 选 择 协 议 可 划 分 为 两 类 : (1)IGP(Interior Gateway Protocol) 即 在 一 个 自 治 系 统 内 部 使 用 的 路 由 选 择 协 议, 而 这 与 在 互 连 网 中 的 其 他 自 治 系 统 选 用 什 么 路 由 选 择 协 议 无 关 具 体 的 协 议 有 RIP HELLO 和 OSPF 等 a. 路 由 信 息 协 议 RIP 路 由 信 息 协 议 RIP(Routing Information Protocol) 是 内 部 网 关 协 议 IGP 中 使 用 得 最 广 泛 的 一 个 RIP 是 一 个 基 于 距 离 向 量 的 分 布 式 路 由 选 择 协 议, 它 的 最 大 优 点 就 是 简 单 RIP 协 议 定 义 距 离 ( 跳 数 ) 为 到 目 的 网 络 所 经 过 的 路 由 器 数 每 经 过 一 个 路 由 器, 跳 数 就 加 1 RIP 认 为 一 个 好 的 路 由 就 是 它 通 过 的 路 由 器 的 数 目 少, 也 就 是 说 距 离 短 RIP 允 许 一 个 通 路 最 多 只 能 包 含 15 个 路 由 器 因 此 距 离 的 最 大 值 为 16 时 即 相 当 于 不 可 达 RIP 不 能 在 两 个 网 络 之 间 同 时 使 用 多 条 路 由 b. 开 放 最 短 通 路 优 先 协 议 OSPF 15

18 开 放 最 短 通 路 优 先 OSPF(Open Shortest Path First) 就 是 为 克 服 RIP 好 消 息 传 播 得 快, 而 坏 消 息 传 播 得 慢 的 缺 点 在 1989 年 开 发 出 来 的, 但 OSPF 却 十 分 复 杂 OSPF 最 主 要 的 特 征 就 是 它 是 一 种 分 布 式 的 链 路 状 态 协 议 (link state protocol), 而 不 是 像 RIP 那 样 的 距 离 向 量 协 议 (2) 外 部 网 关 协 议 EGP(External Gateway Protocol) 若 源 站 和 目 的 站 处 在 不 同 的 自 治 系 统 中, 当 数 据 报 传 到 一 个 自 治 系 统 的 边 界 时, 就 需 要 使 用 一 种 协 议 将 路 由 选 择 信 息 传 递 到 另 一 个 自 治 系 统 中 这 样 的 协 议 就 是 外 部 网 关 协 议 EGP 具 体 的 协 议 有 EGP 和 BGP 等 IGMP Internet 组 管 理 协 议 在 网 际 层 还 有 一 个 和 ICMP 类 似 的 协 议 就 是 Internet 组 管 理 协 议 IGMP ( Internet Group Management Protocol ) IGMP 是 用 来 进 行 多 播 的 有 许 多 的 应 用 需 要 多 播 来 支 持 CIDR 无 类 型 域 间 路 由 选 择 为 了 解 决 IP 地 址 不 够 分 配 的 问 题,[RFC 1519] 提 出 了 一 种 方 法, 叫 做 无 类 型 域 间 路 由 选 择 CIDR(Classless InterDomain Routing) 这 种 方 法 既 有 编 址 方 法, 又 涉 及 到 路 由 选 择 它 的 基 本 思 想 是 将 超 过 2 百 万 个 C 类 地 址 按 照 可 变 大 小 的 块 (block) 来 进 行 分 配 IPv6 IPv6 所 引 进 的 主 要 变 化 如 下 : (1) 更 大 的 地 址 空 间 IPv6 把 地 址 增 大 到 了 128 bit, 使 地 址 空 间 增 大 了 296 倍 (2) 灵 活 的 首 部 格 式 IPv6 用 一 种 全 新 的 数 据 报 格 式, 且 允 许 与 IPv4 在 若 干 年 内 共 存 它 使 用 一 系 列 固 定 格 式 的 扩 展 首 部 取 代 了 IPv4 中 可 变 长 度 的 选 项 字 段 (3) 简 化 了 协 议, 加 快 了 分 组 的 转 发 如 取 消 了 首 部 检 验 和 字 段, 分 片 只 在 源 站 进 行 (4) 允 许 对 网 络 资 源 的 预 分 配, 支 持 实 时 视 像 等 要 求 保 证 一 定 的 带 宽 和 时 延 的 应 用 (5) 允 许 协 议 继 续 演 变, 增 加 新 的 功 能, 使 之 适 应 未 来 技 术 的 发 展 IPv6 数 据 报 有 一 个 40 字 节 的 基 本 首 部 (base header) 其 后 可 允 许 有 零 个 或 多 个 扩 展 首 部 (extension header), 再 后 面 是 数 据 30. 运 输 层 概 念 端 口 概 念 流 量 控 制 Socket UDP 与 TCP 不 同, 伪 首 部,TCP 流 量 控 制 ( 端 口 问 题 ),UDP 与 TCP 帧 结 构 ( 详 解 ), 三 次 握 手 问 题 16

19 31.1 运 输 层 概 念 从 通 信 和 信 息 处 理 的 角 度 看, 运 输 层 向 它 上 面 的 应 用 层 提 供 通 信 服 务, 它 属 于 面 向 通 信 部 分 的 最 高 层, 同 时 也 是 用 户 功 能 中 的 最 低 层 31.2 端 口 概 念 UDP 和 TCP 都 使 用 Port 来 表 示 对 应 的 进 程, 找 到 IP 就 象 找 到 家 门 口, 而 找 到 端 口 就 象 找 到 具 体 位 置 一 样 虽 然 通 信 的 终 点 是 应 用 进 程, 但 我 们 可 以 把 端 口 想 象 是 通 信 的 终 点, 因 为 我 们 只 要 把 要 传 送 的 报 文 交 到 目 的 主 机 的 某 一 个 合 适 的 目 的 端 口, 剩 下 的 工 作 ( 即 最 后 交 付 目 的 进 程 ) 就 由 TCP 来 完 成 31.3 流 量 控 制 TCP 采 用 可 变 发 送 窗 口 的 方 式 进 行 流 量 控 制 窗 口 大 小 的 单 位 是 字 节 在 TCP 报 文 段 首 部 的 窗 口 字 段 ( 后 面 要 讲 到 ) 写 入 的 数 值 就 是 当 前 设 定 的 接 收 窗 口 数 值 发 送 窗 口 在 连 接 建 立 时 由 双 方 商 定 但 在 通 信 的 过 程 中, 接 收 端 可 根 据 自 己 的 资 源 情 况, 随 时 动 态 地 调 整 自 己 的 接 收 窗 口 ( 可 增 大 或 减 小 ), 然 后 告 诉 对 方, 使 对 方 的 发 送 窗 口 和 自 己 的 接 收 窗 口 一 致 这 种 由 接 收 端 控 制 发 送 端 的 做 法, 在 计 算 机 网 络 中 经 常 使 用 31.4 Socket TCP 使 用 连 接 ( 而 不 仅 仅 是 端 口 ) 作 为 最 基 本 的 抽 象 一 个 连 接 由 它 的 两 个 端 点 来 标 识 这 样 的 端 点 就 叫 做 插 口 (socket), 或 套 接 字 插 口 的 概 念 并 不 复 杂, 但 非 常 重 要 插 口 包 括 IP 地 址 (32 bit) 和 端 口 号 (16 bit), 共 48 bit 在 整 个 Internet 中, 在 运 输 层 通 信 的 一 对 插 口 必 须 是 唯 一 的 31.5 UDP 与 TCP 不 同 连 接 方 式 : UDP 用 无 连 接 不 可 靠 的 服 务 方 式 提 高 通 信 速 度 : a. 通 信 前 不 需 连 接, 收 到 后 无 需 回 答 b. 应 用 层 中 的 TFTP( 简 化 FTP) NFS( 文 件 访 问 ) 使 用 UDP TCP 为 面 向 连 接 的 服 务 OSI 的 第 4 类 协 议 就 是 在 TCP 的 基 础 上 改 造 形 成 的 : a. 无 广 播 与 组 播 方 式 b. 因 要 求 较 高, 增 加 了 许 多 开 销 ( 应 答 流 量 定 时 连 接 管 理 等 ), 有 时 还 占 用 处 理 机 资 源 31.6 伪 首 部 UDP 的 伪 首 部 : 源 IP 地 址 (32 比 特 ), 目 的 IP 地 址 (32 比 特 ),0(1 比 特 ),17( 协 议 --1 比 特 ), UDP 长 度 (16 比 特 ) 共 计 12 字 节 发 送 时 不 用 传 送 伪 首 部, 但 接 收 时 将 IP 头 中 的 信 息 构 建 伪 首 部, 然 后 计 算 校 验 和 用 以 判 错 31.7 TCP 流 量 控 制 ( 端 口 问 题 ) 流 量 控 制 : 采 用 可 变 窗 口 法 流 量 控 制, 由 接 收 方 控 制 窗 口 的 大 小 根 据 接 收 方 资 源 情 况 动 态 地 进 行 调 整 17

20 其 中 : SEQ 发 送 的 段 中 第 一 个 数 据 的 序 号 ACK 期 望 接 收 的 段 中 数 据 的 第 一 个 序 号 WIN 窗 口 大 小 控 制 该 例 窗 口 由 初 始 双 方 约 定 的 400 逐 渐 减 小 到 0 例 中 还 有 超 时 重 发 考 虑 拥 塞 时 : 发 送 窗 口 = Min [ 接 收 方 通 知 的 窗 口, 拥 塞 窗 口 ] 具 体 做 法 : 超 时 重 发 时 ( 容 易 拥 塞 ), 将 拥 塞 窗 口 减 半, 同 时 超 时 重 发 间 隔 加 倍, 直 到 拥 塞 窗 口 为 1; 无 拥 塞 后, 收 到 确 认 信 息, 就 将 拥 塞 窗 口 加 1, 直 到 原 窗 口 的 一 半, 然 后 要 在 全 部 确 认 后 才 再 加 UDP 与 TCP 帧 结 构 ( 详 解 ) UDP( 用 户 数 据 报 协 议 ) 帧 结 构 用 于 高 质 量 的 信 道 上 UDP 仅 在 IP 的 基 础 上 增 加 端 口 功 能 18

21 注 意 : 首 部 的 校 验 和 包 含 整 个 报 文 段 以 及 伪 首 部 数 据 为 已 分 段 的 数 据 ( 注 意 报 文 分 组 与 分 段 之 间 的 关 系 ) 长 度 是 指 UDP 数 据 报 的 长 度 ( 首 部 加 数 据 ) TCP( 传 输 控 制 协 议 ) 帧 结 构 TCP 报 文 段 的 格 式 由 三 部 分 组 成 : 首 部 固 定 部 分, 首 部 选 项 ( 可 变 长 ), 数 据 固 定 部 分 :20 字 节 源 端 口 (2 字 节 ), 目 的 端 口 (2 字 节 ), 发 送 序 号 (4 字 节, 数 据 第 一 字 节 的 序 号, 用 于 重 装 时 的 定 位 ), 确 认 序 号 (4 字 节, 期 望 的 接 收 序 号 ), 数 据 偏 移 (4 19

22 比 特, 本 段 数 据 的 起 始 位 置, 可 确 定 首 部 的 长 度, 单 位 为 32 比 特 ), 保 留 字 段 (6 比 特, 置 0), URG( 紧 急 比 特, 尽 快 传 送 之 意 ),ACK( 确 认 比 特 ),PSH( 急 迫 比 特, 请 求 远 地 将 此 报 文 段 立 即 送 应 用 层 ),RST( 重 建 比 特, 严 重 错 误 时 用 于 重 建 连 接 ),SYN( 同 步 比 特,SYN=1 ACK=0 为 请 求 连 接 ),FIN( 终 止 比 特, 请 求 释 放 ), 窗 口 (2 字 节, 窗 口 大 小 ), 检 验 和 (2 字 节, 检 测 范 围 为 整 个 报 文 段, 也 要 加 上 伪 首 部, 同 UDP 一 样, 但 第 4 字 段 由 17 改 为 6,UDP 长 度 改 为 TCP 长 度 ), 紧 急 指 针 (2 字 节, 指 明 在 本 报 文 段 中, 紧 急 数 据 的 最 后 一 个 字 节 的 序 号 ) 选 项 : 可 变 长 度 : MSS 最 长 报 文 段, 通 知 对 方 : 本 方 所 能 接 收 的 报 文 段 的 最 大 长 度, 此 长 度 过 长 过 短 都 不 好, 只 要 大 到 IP 层 传 输 时 不 再 分 段 时 为 好 31.9 三 次 握 手 问 题 运 输 连 接 的 管 理 : 连 接 : 采 用 三 次 握 手 的 方 法 进 行 TCP 连 接, 确 保 连 接 的 正 常 进 行 可 以 避 免 已 失 效 的 连 接 请 求 延 时 到 达 所 产 生 的 错 误 连 接 正 常 情 况 下, 某 连 接 请 求 经 多 结 点 滞 留 已 失 效 ( 发 方 已 撤 除 请 求 ), 但 后 来 链 路 接 通, 它 又 到 达 收 方, 收 方 响 应, 但 因 无 第 三 次 握 手, 连 接 仍 然 建 立 不 起 来 31. 网 络 安 全 的 4 个 威 胁 方 式, 分 组 密 码 体 制, 公 开 密 码 体 制 的 原 理, 报 文 鉴 别 原 理 31.1 网 络 安 全 的 4 个 威 胁 方 式 (1) 截 获 (interception) 攻 击 者 从 网 络 上 窃 听 他 人 的 通 信 内 容 (2) 中 断 (interruption) 攻 击 者 有 意 中 断 他 人 在 网 络 上 的 通 信 (3) 篡 改 (modification) 攻 击 者 故 意 篡 改 网 络 上 传 送 的 报 文 (4) 伪 造 (fabrication) 攻 击 者 伪 造 信 息 在 网 络 上 传 送 31.2 分 组 密 码 体 制 分 组 密 码 体 制 与 序 列 密 码 不 同 它 将 明 文 划 分 成 固 定 的 n 比 特 的 数 据 组, 然 后 以 组 为 单 位, 在 密 钥 的 控 制 下 进 行 一 系 列 的 线 性 或 非 线 性 的 变 化 而 得 到 密 文 这 就 是 分 组 密 码 (blockcipher) 图 9-4 为 分 组 密 码 体 制 的 框 图 分 组 密 码 一 20

23 次 变 换 一 组 数 据 分 组 密 码 算 法 的 一 个 重 要 特 点 就 是 : 当 给 定 一 个 密 钥 后, 若 明 文 分 组 相 同, 那 么 所 变 换 出 密 文 分 组 也 相 同 分 组 密 码 的 一 个 重 要 优 点 是 不 需 要 同 步, 因 而 在 分 组 交 换 网 中 有 着 广 泛 的 用 途 分 组 密 码 中 最 有 名 的 就 是 美 国 的 数 据 加 密 标 准 DES 和 国 际 数 据 加 密 算 法 IDEA 31.3 公 开 密 码 体 制 的 原 理 公 密 钥 密 码 体 制 就 是 使 用 不 同 的 加 密 密 钥 与 解 密 密 钥, 是 一 种 由 已 知 加 密 密 钥 推 导 出 解 密 密 钥 在 计 算 上 是 不 可 行 的 密 码 体 制 在 公 开 密 钥 密 码 体 制 中, 加 密 密 钥 ( 即 公 开 密 钥 ) PK 是 公 开 信 息, 而 解 密 密 钥 ( 即 秘 密 密 钥 ) SK 是 需 要 保 密 的 加 密 算 法 E 和 解 密 算 法 D 也 都 是 公 开 的 虽 然 秘 密 密 钥 SK 是 由 公 开 密 钥 PK 决 定 的, 但 却 不 能 根 据 PK 计 算 出 SK 31.4 报 文 鉴 别 原 理 报 文 鉴 别 就 是 一 种 过 程, 它 使 得 通 信 的 接 收 方 能 够 验 证 所 收 到 的 报 文 ( 发 送 者 和 报 文 内 容 发 送 时 间 序 列 等 ) 的 真 伪 报 文 鉴 别 的 一 种 方 法 是 使 用 报 文 鉴 别 码 MAC (Message Authentication Code) 报 文 鉴 别 码 是 用 一 个 密 钥 生 成 的 一 个 小 的 数 据 块 追 加 在 报 文 的 后 面 这 种 技 术 是 假 定 通 信 的 双 方 ( 例 如 用 户 A 和 用 户 B ) 共 享 一 个 密 钥 K 当 用 户 A 向 用 户 B 发 送 报 文 M 时, 就 根 据 此 密 钥 和 报 文 计 算 出 报 文 鉴 别 码 MAC = F(K,M), 这 里 F 就 是 加 密 算 法 的 某 一 函 数 此 报 文 的 报 文 鉴 别 码 一 起 传 送 到 用 户 B 用 户 B 用 收 到 的 报 文 ( 不 包 括 报 文 鉴 别 码 ), 使 用 同 样 的 密 钥 K, 再 计 算 一 次 报 文 鉴 别 码, 并 与 收 到 的 报 文 鉴 别 码 相 比 较 如 一 致, 则 鉴 别 此 报 文 是 真 的 21

24 32. DNS 的 原 理,DHCP 原 理,FTP 原 理,TELNET 原 理, 网 管 一 般 性 原 理,HTTP 原 理 ( 含 简 单 程 序 ), 电 子 邮 件 SMTP 与 POP 原 理 32.1 DNS 的 原 理 Internet 的 域 名 系 统 DNS 被 设 计 成 为 一 个 联 机 分 布 式 数 据 库 系 统, 并 采 用 客 户 服 务 器 模 式 DNS 使 大 多 数 名 字 都 在 本 地 映 射, 仅 少 量 映 射 需 要 在 Internet 上 通 信, 使 得 系 统 是 高 效 的 DNS 也 是 可 靠 的, 即 使 单 个 计 算 机 出 了 故 障, 也 不 会 妨 碍 系 统 的 正 常 运 行 当 某 一 个 应 用 进 程 需 要 将 主 机 名 映 射 为 IP 地 址 时, 该 应 用 进 程 就 成 为 域 名 系 统 DNS 的 一 个 客 户, 并 将 待 转 换 的 域 名 放 在 DNS 请 求 报 文 中, 以 UDP 数 据 报 方 式 发 给 本 地 域 名 服 务 器 ( 使 用 UDP 是 为 了 减 少 开 销 ) 本 地 的 域 名 服 务 器 在 查 找 域 名 后, 将 对 应 的 IP 地 址 放 在 回 答 报 文 中 返 回 应 用 进 程 获 得 目 的 主 机 的 IP 地 址 后 即 可 进 行 通 信 若 域 名 服 务 器 不 能 回 答 该 请 求, 则 此 域 名 服 务 器 就 暂 时 成 为 DNS 中 的 另 一 个 客 户, 直 到 找 到 能 够 回 答 该 请 求 的 域 名 服 务 器 为 止 32.2 DHCP 的 原 理 动 态 主 机 配 置 协 议 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol ) 提 供 了 一 种 机 制, 称 为 即 插 即 用 连 网 (plug-and-play networking) 这 种 机 制 允 许 一 台 计 算 机 加 入 新 的 网 络 和 获 取 IP 地 址 而 不 用 手 工 参 与 DHCP 对 运 行 客 户 软 件 和 服 务 器 软 件 的 计 算 机 都 适 用 当 运 行 客 户 软 件 的 计 算 机 移 至 一 个 新 的 网 络 时, 就 可 使 用 DHCP 获 取 其 配 置 信 息 而 不 需 要 手 工 干 预 DHCP 给 运 行 服 务 器 软 件 而 位 置 固 定 的 计 算 机 指 派 一 个 永 久 地 址, 当 这 计 算 机 重 新 启 动 时 其 地 址 不 改 变 DHCP 使 用 客 户 服 务 器 方 式 当 一 台 计 算 机 启 动 时 就 广 播 一 个 DHCP 请 求 报 文,DHCP 服 务 器 收 到 请 求 报 文 后 返 回 一 个 DHCP 回 答 报 文 DHCP 服 务 器 先 在 其 数 据 库 中 查 找 该 计 算 机 的 配 置 信 息 若 找 到, 则 返 回 找 到 的 信 息 若 找 不 到, 则 从 服 务 器 的 按 需 分 配 的 地 址 库 中 取 一 个 地 址 分 配 给 该 计 算 机 32.3 FTP 的 原 理 主 进 程 的 工 作 步 骤 如 下 : a. 打 开 熟 知 端 口 ( 端 口 号 为 21), 使 客 户 进 程 能 够 连 接 上 b. 等 待 客 户 进 程 发 出 连 接 请 求 c. 启 动 从 属 进 程 来 处 理 客 户 进 程 发 来 的 请 求 从 属 进 程 对 客 户 进 程 的 请 求 处 理 完 22

25 毕 后 即 终 止, 但 从 属 进 程 在 运 行 期 间 根 据 需 要 还 可 能 创 建 其 他 一 些 子 进 程 d. 回 到 等 待 状 态, 继 续 接 受 其 他 客 户 进 程 发 来 的 请 求 主 进 程 与 从 属 进 程 的 处 理 是 并 发 地 进 行 两 个 连 接 : a. 控 制 连 接 在 整 个 会 话 期 间 一 直 保 持 打 开,FTP 客 户 发 出 的 传 送 请 求 通 过 控 制 连 接 发 送 给 服 务 器 端 的 控 制 进 程, 但 控 制 连 接 不 用 来 传 送 文 件 b. 实 际 用 于 传 输 文 件 的 是 数 据 连 接 服 务 器 端 的 控 制 进 程 在 接 收 到 FTP 客 户 发 送 来 的 文 件 传 输 请 求 后 就 创 建 数 据 传 送 进 程 和 数 据 连 接, 用 来 连 接 客 户 端 和 服 务 器 端 的 数 据 传 送 进 程 c. 数 据 传 送 进 程 实 际 完 成 文 件 的 传 送, 在 传 送 完 毕 后 关 闭 数 据 传 送 连 接 并 结 束 运 行 32.4 TELNET 的 原 理 远 程 登 录 TELNET 是 一 个 简 单 的 远 程 终 端 协 议 用 户 用 TELNET 就 可 在 其 所 在 地 通 过 TCP 连 接 注 册 ( 即 登 录 ) 到 远 地 的 另 一 个 主 机 上 ( 使 用 主 机 名 或 IP 地 址 ) TELNET 能 把 用 户 的 击 键 传 到 远 地 主 机, 同 时 也 能 把 远 地 主 机 的 输 出 通 过 TCP 连 接 返 回 到 用 户 屏 幕 这 种 服 务 是 透 明 的, 用 户 可 以 感 觉 到 好 像 键 盘 和 显 示 器 是 直 接 连 在 远 地 主 机 上 TELNET 也 使 用 客 户 服 务 器 模 式 在 本 地 系 统 运 行 TELNET 客 户 进 程, 而 在 远 地 主 机 则 运 行 TELNET 服 务 器 进 程 和 FTP 的 情 况 相 似, 服 务 器 中 的 主 进 程 等 待 新 的 请 求, 并 产 生 从 属 进 程 来 处 理 每 一 个 连 接 32.5 HTTP 原 理 ( 含 简 单 程 序 ) 超 文 本 传 送 协 议 HTTP( HyperText Transfer Protocol ) 是 一 个 应 用 层 协 议, 它 使 用 TCP 连 接 进 行 可 靠 的 传 送 万 维 网 使 用 超 文 本 置 标 语 言 HTML (HyperText Markup Language), 使 得 万 维 网 页 面 的 设 计 者 可 以 很 方 便 地 用 一 个 超 链 从 本 页 面 的 某 处 链 接 到 Internet 上 的 任 何 一 个 万 维 网 页 面, 并 且 能 够 在 自 己 的 计 算 机 屏 幕 上 将 这 些 页 面 显 示 出 来 最 后, 为 了 在 万 维 网 上 方 便 地 查 找 信 息, 用 户 可 使 用 各 种 的 搜 索 工 具 32.6 网 管 一 般 性 原 理 网 络 管 理 (network management) 的 功 能 可 概 括 为 OAM&P, 即 网 络 的 运 行 (Operation) 处 理 ( Administration) 维 护 (Maintenance) 服 务 提 供 (Provisioning) 等 所 需 要 的 各 种 活 动 有 时 也 只 考 虑 前 三 种, 即 把 网 络 管 理 的 功 能 归 结 为 OAM (1) 运 行 : 包 括 网 络 的 计 费 和 通 信 量 管 理 (2) 处 理 : 则 包 括 从 收 集 和 分 析 设 备 利 用 率 通 信 量 以 及 设 备 利 用 率 等 数 据, 直 23

26 到 作 出 相 应 的 控 制, 以 优 化 网 络 资 源 的 使 用 效 率 等 各 个 方 面 (3) 维 护 : 包 括 报 警 和 性 能 监 控 测 试 和 故 障 修 复 等 (4) 服 务 提 供 : 包 括 向 用 户 提 供 新 业 务 和 通 过 增 加 网 络 设 备 和 设 施 来 提 高 网 络 性 能 实 际 上, 网 络 管 理 的 范 围 还 可 扩 大 到 网 络 中 通 信 活 动 与 资 源 的 规 划 (planing) 和 组 织 因 为 如 果 某 个 网 络 不 能 很 好 地 规 划 和 组 织, 那 就 根 本 谈 不 上 对 它 的 监 测 计 费 和 控 制 在 网 络 管 理 中 广 泛 使 用 图 所 示 的 管 理 模 式 在 被 管 系 统 中 直 接 管 理 被 管 对 象 的 是 代 理 进 程 (agent), 简 称 为 代 理 在 网 络 管 理 中 起 核 心 作 用 的 是 管 理 进 程 (manager) 管 理 进 程 利 用 通 信 手 段, 通 过 代 理 来 管 理 各 被 管 对 象 管 理 进 程 与 代 理 进 程 的 通 信 关 系 一 般 采 用 客 户 服 务 器 模 式 客 户 ( 管 理 进 程 ) 发 出 请 求, 服 务 器 ( 代 理 进 程 ) 作 出 应 答 32.7 电 子 邮 件 SMTP 的 原 理 简 单 邮 件 传 送 协 议 SMTP 使 用 SMTP 时, 收 信 人 可 以 是 和 发 信 人 连 接 在 同 一 个 本 地 网 络 上 的 用 户, 也 可 以 是 Internet 上 其 他 网 络 的 用 户 或 者 是 与 Internet 相 连 但 不 是 TCP/IP 网 络 上 的 用 户 SMTP 规 定 应 如 何 在 两 个 相 互 通 信 的 SMTP 进 程 之 间 进 行 交 换 信 息, 它 是 在 两 个 报 文 传 送 代 理 MTA 之 间 的 通 信 协 议 SMTP 规 定 了 14 条 命 令 和 21 种 应 答 信 息 每 条 命 令 用 4 个 字 母 组 成, 而 每 一 种 应 答 信 息 一 般 只 有 一 行 信 息, 由 一 个 3 位 数 字 的 代 码 开 始, 后 面 附 上 ( 也 可 不 附 上 ) 很 简 单 的 文 字 说 明 SMTP 通 信 的 三 个 阶 段 : 1. 连 接 建 立 a. 发 信 人 先 将 要 发 送 的 邮 件 送 到 邮 件 缓 存 区 SMTP 客 户 每 隔 一 定 时 间 ( 例 如 30 分 钟 ) 对 邮 件 缓 存 区 扫 描 一 次 如 发 现 有 邮 件, 就 使 用 SMTP 的 熟 知 端 口 号 码 (25) 与 目 的 主 机 的 SMTP 服 务 器 建 立 TCP 连 接 b. 在 连 接 建 立 后 SMTP 服 务 器 要 发 出 220 Service ready 然 后 SMTP 客 户 24

27 向 SMTP 服 务 器 发 送 HELO 命 令, 附 上 发 送 方 的 主 机 名 c. SMTP 服 务 器 若 有 能 力 接 收 邮 件, 则 回 答 : 250 OK, 表 示 已 准 备 好 接 收 若 SMTP 服 务 器 不 可 用, 则 回 答 421 Service not available d. 如 在 一 定 时 间 内 ( 例 如 三 天 ) 发 送 不 了 邮 件, 则 将 邮 件 退 还 发 信 人 连 接 是 在 发 送 主 机 的 SMTP 客 户 和 接 收 主 机 的 SMTP 服 务 器 之 间 建 立 的 发 信 人 和 收 信 人 都 可 以 在 其 主 机 上 做 自 己 的 工 作, 而 SMTP 客 户 和 SMTP 服 务 器 都 在 后 台 工 作 2. 邮 件 传 送 a. 邮 件 的 传 送 从 MAIL 命 令 开 始 在 MAIL 命 令 后 面 有 发 信 人 的 地 址 如 :MAIL FROM:<xiexr@public.ptt.js.cn> 若 SMTP 服 务 器 已 准 备 好 接 收 邮 件, 则 回 答 250 OK 否 则, 返 回 一 个 代 码, 指 出 原 因 如 :451( 处 理 时 出 错 ),452 ( 存 储 空 间 不 够 ),500( 命 令 无 法 识 别 ) 等 b. 下 面 跟 着 一 个 或 多 个 RCPT 命 令, 取 决 于 将 同 一 个 邮 件 发 送 给 一 个 或 多 个 收 信 人, 其 格 式 为 RCPT TO:< 收 信 人 地 址 > 每 发 送 一 个 命 令, 都 应 当 有 相 应 的 信 息 从 SMTP 服 务 器 返 回, 如 : 250 OK, 表 示 指 明 的 邮 箱 在 接 收 端 的 系 统 中 或 550 NO such user here, 即 不 存 在 此 邮 箱 c. 再 下 面 就 是 DATA 命 令, 表 示 要 开 始 传 送 邮 件 的 内 容 了 SMTP 服 务 器 返 回 的 信 息 是 : 354 Start mail input;end with<crlf> <CRLF> 这 里 <CRLF> 是 回 车 换 行 的 意 思 若 不 能 接 收 邮 件, 则 返 回 421( 服 务 器 不 可 用 ) 500( 命 令 无 法 识 别 ) 等 接 着 SMTP 客 户 就 发 送 邮 件 的 内 容 发 送 完 毕 后, 再 发 送 <CRLF> <CRLF>( 两 个 回 车 换 行 中 间 用 一 个 点 隔 开 ) 表 示 邮 件 内 容 结 束 若 邮 件 收 到 了, 则 SMTP 服 务 器 返 回 信 息 250 OK, 或 返 回 差 错 代 码 虽 然 SMTP 使 用 TCP 连 接 试 图 使 邮 件 的 传 送 可 靠, 但 它 并 不 能 保 证 不 丢 失 邮 件 没 有 端 到 端 的 确 认 返 回 到 收 信 人 处 差 错 指 示 也 不 保 证 能 传 送 到 收 信 人 处 然 而 基 于 SMTP 的 电 子 邮 件 通 常 都 被 认 为 是 可 靠 的 3. 连 接 释 放 邮 件 发 送 完 毕 后,SMTP 客 户 应 发 送 QUIT 命 令 SMTP 服 务 器 返 回 的 信 息 是 221( 服 务 关 闭 ), 表 示 同 意 释 放 TCP 连 接, 邮 件 传 送 的 全 部 过 程 即 结 束 这 里 再 强 调 一 下, 上 述 的 SMTP 客 户 与 服 务 器 交 互 的 过 程 都 被 电 子 邮 件 系 统 的 用 户 接 口 屏 蔽 了, 使 用 电 子 邮 件 的 用 户 是 看 不 见 这 些 过 程 的 32.8 POP 的 原 理 TCP/IP 专 门 设 计 了 一 个 提 供 对 电 子 邮 件 信 箱 进 行 远 程 存 取 的 协 议, 它 允 许 用 户 的 邮 箱 安 置 在 某 个 运 行 邮 件 服 务 器 程 序 的 计 算 机 ( 邮 件 服 务 器 ) 上, 并 允 许 用 户 从 其 个 人 计 算 机 对 邮 箱 的 内 容 进 行 存 取 这 个 协 议 就 是 邮 局 协 议 POP( Post Office Protocol ) 现 在 普 遍 采 用 的 是 它 的 第 三 个 版 本 POP3, 它 在 1993 年 已 成 为 Internet 的 标 准 图 是 使 用 POP 的 一 种 方 法 在 邮 箱 所 在 的 计 算 机 上 要 运 行 两 个 服 务 器 程 序 一 个 是 邮 件 服 务 器, 它 用 SMTP 协 议 与 邮 件 传 输 客 户 程 序 进 行 通 信 另 一 个 是 POP 服 务 器 程 序, 它 与 用 户 计 算 机 中 的 POP 客 户 程 序 通 过 POP 进 行 通 25

28 信 POP 服 务 器 只 有 在 用 户 输 入 鉴 别 信 息 ( 如 密 码 ) 后 才 允 许 对 邮 箱 进 行 存 取 还 应 当 注 意 的 是, 邮 件 服 务 器 只 能 传 输 电 子 邮 件, 但 POP 服 务 器 还 能 向 用 户 提 供 邮 箱 内 容 的 信 息 在 上 图 中, 邮 件 可 以 直 接 来 自 发 送 方, 也 可 以 来 自 邮 件 网 关 对 依 靠 拨 号 连 接 的 用 户 来 说,POP 是 使 用 得 最 普 遍 的 当 用 户 需 要 接 收 邮 件 时, 用 户 才 拨 号 上 网, 与 邮 箱 所 在 的 计 算 机 建 立 连 接 一 旦 拨 号 连 接 成 功, 用 户 就 可 运 行 POP 客 户 程 序, 与 远 地 的 POP 服 务 器 程 序 进 行 通 信, 并 发 送 和 接 收 电 子 邮 件 26