第七章 网络互连与互联网

一、IP协议

IP协议：因特网协议，网络层最重要的协议。无连接、不可靠、数据包交换。

一、TCP/IP协议簇

常见的端口及其服务

分组在互联网中的传送，对等层的协议相同，网络层使用的都是IP

二、IP数据报格式

IP协议数据单元，几个重要字段：

IHL：IP头长度；

服务类型：区分优先级；

总长度：包括IP头在内；

头校验和：只校验IP头，不包括数据；

源地址：IP地址； 目的地址：IP地址；

生存期：路由器个数+1，超过定值丢弃；

用户数据：MAC帧长1518，MTU1500，

​ IP数据部分最大 =1518-18-20（IP头） = 1480

​ TCP数据部分最大 = 1480 - 20 （TCP头）=1460

三、IPv4地址

IP地址：点分十进制，四段8位共32位。 IPv4地址结构如下：

IP私有地址：不能用于公网，只能在内部局域网使用，通过Internet上不会被路由，但是可以通过NAT等技术与公网通信。下表为ABC私有地址分布：

四、IPv4地址特殊地址

• 1、0.0.0.0：不确切地址，一般设备刚启动尚无IP临时使用，表示本机。也叫默认路由地址。
• 2、255.255.255.255：限制（受限）广播地址，同一广播域内的主机，表示本机所有主机。“ 大广播 ”。
• 3、127.0.0.1：回环（送）地址，别名Localhost,向自己发送测试数据。用于测试。
• 4、169.254.X.X：自动专用地址，找不到DHCP服务器，主机给自己分配的一个IP。
• 5、网络地址：主机号各位全为0，表示本网络整个网络，不分配。
• 6、广播地址：主机号各位全为1，发送给特定网络的所有主机，不分配。也叫直接广播地址也叫子网广播地址，“ 小广播 ”。
• 7、组播地址：224.0.0.1，从224.0.0.0到239.255.255.255，表示一个组内的主机。

五、网际控制报文协议ICMP

ICMP协议，与IP协议、ARP协议同属于网络层协议，但是封装在IP包中。协议号为1.

ICMP的应用：

1、连通测试：PING命令（用到差错报告报文）

2、路由追踪：Traceroute (Linux) (用到询问报文)

​ Tracert (Windows)

六、ARP与RARP

地址解析ARP: IP查询MAC地址。 ARP缓存表、ARP欺骗、ARP病毒、代理ARP、反向RARP。

地址解析协议ARP：代理ARP,有路由器充当第三方代理，进行ARP请求

反向地址解析协议RARP：有MAC查找IP，常用与无盘工作站，设备没有硬盘，无法记录IP，刚启动时发送一个广播，用MAC去获取IP。需要配置一台RARP服务器，记录MAC与IP的对应关系。

ARP欺骗和ARP病毒：向某一主机发送伪装ARP应答报文，使其发送的信息无法到达预期的主机或到达错误的主机。

七、路由协议

路由信息协议RIP：距离矢量算法，计算跳数，最大15跳，16跳不可达，30s更新，180s不存在（路由信息存在缓存中）、240s删除。使用UDP的520端口。

RIP防环路方法：

1、最大跳数：当一个路由条目发送出去自动加1，最大16跳不可达。

2、水平分割：一条路由信息不会发送给信息的来源

3、反向毒化水平分割（效果最好）

4、抑制定时器和触发更新

开放最短路径优先OSPF：链路状态算法包括连通、距离、时延、带宽等状态，Dijkstra的SPF算法。触发更新、分层路由。

OSPF区域类型：主干区域（32位），Area0.0.0.0或者Area 0表示。

开放最短路径优先协议OSPF：根据物理连接和拓扑结构，分为以下网络类型：

OSPF路由器分类：根据不同区域之间功能分为：BR（骨干）、IR、ABR、ASBR

例题：

八、TCP与UDP

TCP协议：传输控制协议，面向字节流按顺序、连接、可靠、全双工，可以滑动窗口、缓冲累计传送。协议号6.

TCP协议的重要字段：

• 源端口、目的端口：各16位，2^16（0~65535）
• URG：紧急指针有效
• ACK：应答顺序号有效
• PSH：推进功能有效
• RST：复位为初始状态
• SYN：建立同步连接
• FIN：结束释放连接
• 校验和：包括TCP段头、数据、伪段头

TCP常见端口：

TCP拥塞控制：报文到达速率大于路由器的转发速率，产生拥塞。解决办法：

1. 重传计时器：TCP每发送一个报文段就设置一次计时器，没收到确认重传。
2. 慢启动（慢开始）：接受确认之前逐步扩大窗口大小。1、2、4、8指数规律。
3. 拥塞避免：窗口到达门限阈值采用线性增加方式扩大窗口，门限阈值减半。
4. 快速重传：发送端连续收到3个重复ACK，就重传，不等计时器。
5. 可变滑动窗口
6. 选择重发ARQ

结论：差错控制、流量控制、拥塞控制

UDP协议：用户数据报协议，无连接的、不可靠的、不保证顺序的、无差错流控机制。校验和包括：UDP头部、数据、伪头部。协议号17。

UDP报文格式特点：少量传输数据，高层程序负责解决数据排序、差错控制等。开销少（头部8个字节），网络管理常使用。

九、常用的应用层协议

SMTP简单邮件传输协议，负责将邮件上传到服务器，采用TCP的25端口，C/S工作（C/S模式就是指客户端/服务器模式，是计算机软件协同工作的一种模式）。仅传送ASCII码文本。

POP3邮局协议，负责将邮件下载到客户机，采用TCP的110端口，C/S工作。用户从服务器读取邮件后，服务器就删除该邮件。

文件传输协议FTP：负责文件通过服务器上传、下载。采用TCP两条连接，数据连接20端口，控制连接21端口。合法访问和匿名访问（anonymous）。主动模式（20端口）和被动模式（随机端口）。

远程登录协议Telnet: TCP的23端口，C/S工作，命令telnet 192.168.1.254

超文本传输协议HTTP，万维网服务器提供全球的、分布的、动态的、多平台的、交互的、多媒体信息。

十、路由器技术

NAT：网络地址翻译，解决IP短缺，路由器内部和外部地址进行转换。

1. 静态地址转换：静态NAT（一对一）
2. 动态地址转换：动态NAT（多对少）
3. 网络地址端口转换：NAPT（多对一）

静态NAT，内外一对一转换，用于web服务器，ftp服务器等固定IP的主机服务器。

动态NAT，内部多对少转换，用于内部局域网较多用户访问外部网络。外部需要地址池pool。

路由技术QoS: 网络服务质量。将网络数据流分为不同等级，提供不同服务。有集成服务（IntServ）和区分服务（DiddServ）两种标准。