第4章 网络层：IP路由原理

4.1 路由、路由表与静态路由

1. 路由：分组在因特网上从一台计算机传输到另一台计算机的实际路径。

2. 路由表：因特网上为每个路由器都存储了一张表，称为路由表

3. 路由表通常包含以下五个属性

✓ 目标网络的IP地址：一个32位数

✓ 目标网络的子网掩码：一个32位数

✓ 下一站IP地址：一个32位数

✓ 发送接口名字：一个设备名字。在路由器上，每个网络接口都是一个有唯一名称的设备，发送接口指示IP分组的下一站IP地址，应该从本机的哪一个接口发送出去。注意接口名字只是对本路由有意义，没有任何全局含义。

✓ 本路由器到达目标网络的路由度量：这个属性反映该路由的优劣，属性值随路由协议不同而不同。

要求掌握根据路由表画出IP网络的布局 和根据网络IP的分配写出某个路由器的路由表：

1.目标IP：要到达的目标网络，根据目标IP与子网掩码相与(& :与 a&1=a,a&0=0)

2.子网掩码：如：202.202.0.0/16，其中16表示子网掩码的位数，即255.255.0.0

3.下一站IP地址：直接相连为C，不直接相连为下一个路由器与此网段相连的接口的IP

4.发送接口：此路由器发送的端口的名字

5.距离：直接相连为0，否则经过的路由器的个数即为到达该网段的距离。

6.默认路由项：当知道此网段与其他网络相接处RX的IP才可计算，默认路由项的目标网络地址为：0.0.0.0；子网掩码：0.0.0.0 下一站IP，发送接口：与到达RX项的下一站IP同，距离：未知。

R1的路由表：

R2的路由表：

R3的路由表

4.2 路由器与IP分组转发算法

4.3 动态路由的基本概念

1.动态路由表 依靠各个路由器上运行的特殊进程在路由器-路由器之间不断的交换路由信息来推断，学习出网络的全局路由。

2.

第7章 传输层：UDP与TCP协议

7.1 传输层概述

7.1.1 端口的概述

传输层将IP分组中的信息提交给目的主机的进程。传输层引入端口的概念，通过端口来标识一个主机上的进程，在传输层协议的PDU格式当中，都有目的端口这样一个域，传输层会根据这个域的不同值把PDU提交给上层的不同进程。

7.1.2 UDP和TCP

UDP：无连接的，在通信开始或结束时不需要维护与连接有关的一些参数。UDP不保证数据的可靠传输，UDP仅将数据传输一次，如果在传输过程中出错或丢失，UDP不会重传，而TCP采用了检错和应答机制，如果发送方收不到来自接收方的应答，则发送方会进行重传。

UDP使用于对实时性要求很高但却允许一代错误的应用，UDP可以进行组播。TCP则适用于需要保证可靠性的应用。

7.2 UDP

7.2.1 UDP概述

UDP在IP层之上所增加的功能仅仅是把IP层所提供的主机到主机之间通信延伸为进程到进程的通信。

7.2.2 UDP报文格式

✓ 源端口号：目的主机的UDP端口号，占两个字节，取值范围：0~65535

✓ 报文长度：整个UDP报文长度，占2个字节，取值范围：8~65535；至少8字节，UDP首部占8字节

✓ UDP伪首部：源IP地址(32b)，目的IP地址(32b)，UDP协议号（为17）(8b)以及UDP报文长度(16b)，其中前三个信息从IP中获得。伪首部是为了计算校验和而被考虑的一段信息，不存在UDP报文中。

✓ 校验和：2字节，利用Internet Checksum算法得到，该算法输入整个UDP报文和伪首部，具体如下：

✧ 将输入划分为一系列长度为16b（b ：比特，B：字节）的正数。

✧ 按反码表示法的加法规则及时这些整数的和。

✧ 将按位取反，即得长度为16b的校验码

7.2.3 多路复用与分解

✓ 多路复用：不同进程将数据静传输层交付给网络层来传输的过程。

✓ 多路分解：由网络层经传输层向上层不同进程提交数据的过程。

7.2.4 UDP应用

✓ 多媒体通信：对实时性要求很高，但允许出现一定的差错。有时为了避免网络传输所造成不均匀延时，在声音。图像的每个分组都加一个时间戳。后来形成了一个协议来提供时间戳，这个协议就是RTP协议。

✓ IP组播：IP层提供了组播功能，该功能使用的目的IP地址是D类IP地址，其范围是224.0.0.0~239.255.255.255。只有UDP能完成IP组播，因为UDP是无连接的传输层通信方式，而TCP是面向连接的传输层协议，只能够提供一对一的服务。

✓ 具有重复行为的协议：要求协议的行为有较低的开销，而且不需要严格的保障协议的可靠性。

7.3 可靠协议的一般实现方法

实现可靠协议的一种最常用的解决方案是APQ机制。

✓ 停等协议：发送一个数据分组后就等待一个等待应答分组，收到应答分组后，才会发送下一个数据分组。

✓ 滑动窗口协议：无需等待应答就可以发送下一个数据分组，用滑动窗口来限制允许发送的、但不需要等待应答的时间分组的数量。下面介绍两个滑动窗口协议：

✧ 回退N：接收方只按顺序解释数据分组，即接收方会抛弃出错分组后面所有的分组（尽管这些分组可能正确到达）。当某个分组发生错误时，要重传该分组后面的所有分组。此处接收窗口为1。

✧ 选择重传：让接收方接收并且应答每一个正确收到的分组，这样发送方只需超时重传没有收到应答的分组就可以了。此协议要求接收窗口大于1。

7.4 TCP协议

7.4.1 TCP概述：TCP协议具有面向连接、可靠以及提供流量控制和拥塞控制等特性。

7.4.2 TCP段格式

✓ 源/目的端口号：源或目的IP端口号，各占用2个字节。

✓ 序列号：接收方所传输的TCP负载中的第一个字节的序列号，占用4字节，在TCP传输超过4G后序列号被重复使用。

✓ 应答号：接收方期待收到的下一个字节的序列号。占用4字节。

✓ 首部长度：段首部长度，占用4比特。可表示的最大数位15（1111），每个代表4字节。所以TCP首部最大可为4*15=60字节。

✓ 标志比特：

✧ URG:为‘1’数模该段中含有紧急数据

✧ ACK:为‘1’时说明应答号有效，除申请建立连接之外，每次都为‘1’。

✧ PSH:为‘1’时，要求接收方TCP实体将该段中的负载立即提交给应用层。

✧ RST:为‘1’时，发送方要求重置连接。

✧ SYN:在TCP建立连接时使用，为‘1’时，表示要求建立连接，后均为‘0’。

✧ FIN:在TCP连接关闭的时候使用，为‘1’时，说明发送方要求单方面断开连接，即发送数据完成。

✓ 窗口大小：发送方搜剩余的介绍缓冲区的大小。

✓ 校验和：与UDP类似。

✓

建立连接：（三次握手）

数据传输：

关闭连接：

看一道题：

一个TCP连接由哪几个属性完全标识?

答: 源IP地址、源IP端口号、目标IP地址、目标IP端口号

TCP客户端当前已被确认的最高序列号是20000, 服务器端当前已被确认的最高序列号是3000, 画出关闭从服务器到客户端方向的TCP连接的过程, 并在图上标出正确的序列号和确认号。

答：

客户端 服务器

FIN，起始序列号=3001

ACK, 确认号=3002

（错一个标记减1分，关闭的方向错误减2分）

（3）按从低到高的顺序指出OSI七层参考模型包含哪七层。

答：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层（或会晤层）、表示层、应用层

(4) 就以上七层中的任意五层, 分别举出一个实际协议的例子。

答：物理层：任何一种调制解调体制

数据链路层：ALOHA、CSMA或CSMA/CD、TDMA、FDMA、CDMA、FDDI等之一

网络层：ARP、IP、ICMP、RIP、OSPF、BGP等之一

传输层：TCP、UDP之一

会话层：NetBIOS等

表示层：XML、HTML、MIME、XDR等之一

应用层：FTP、HTTP、DNS、ODBC、RPC等之一

（每个正确的例子1分）

填空题（每空2.5分，共15分）以下是一个TCP传输过程, 假设每次接收方都全部接受到达的数据, 请正确填写图中括号中的数字。

A B

200字节数据, 序列号=10240

ACK, 确认号= ( 10440 )

500字节数据, 序列号= ( 10440 )

ACK, 确认号= ( 10940 )

4450字节数据, 序列号=90000

ACK, 确认号= ( 94450 )

400字节数据, 序列号= ( 94450 )

ACK, 确认序列号= ( 94850 )

第9章 网络编程概要

针对传输服务抽象出了一个普遍适用的，统一的抽象模型是基于socket的，端-端的字节流。

socket API 函数：

✓ int bind(int sock , struct sockaddr* localaddr, int addrlen)

为socket对象指定地址即传输层端口号，这个函数对服务器程序最有用。

✓ int connect(int sock , struct sockaddr* remoteaddr, int addrlen)

建立描述sock所标识的本地socket对象到remoteaddr所指示的远程对象之间的连接。主要被用户进程调用。

✓ int listen(int sock , int queuelen)

listen使TCP-socket对象sock准备接收到达的连接请求。

✓ int accept(int sock , struct sockaddr* remoteaddr, int* paddrlen)

等待完整的连接建立起来，这是任何一个基于TCP的服务器进程都必须调用的，调用accept的函数的进程或线程进入睡眠，直到有TCP连接请求到达并且正确建立连接后函数才被唤起，此时TCP的三次握手已完成，把新建立起来的连接返回，把原来的socket复制。

✓ int read(int sock, char* buff, int size)

✓ int write(int sock, char* buff, int size)

这两个函数是阻塞式的，即他们使用进程或线程知道其操作完成后返回。在UDP和TCP上都可以调用这两个函数，但是UDP-socket对象上操作系统在发送后便使write正常返回，否则write返回错误，只有当TCP字节总数超过该临界水平read函数才返回，否则一直阻塞。

✓ int close(int sock)

在调用该函数后，socket对象不再可用，即不能再在socket对象上调用read/write函数，否则返回错误。

✓ int shutdown(int sock , int flags)

这是个比close更灵活的函数，它关闭本地的socket对象到对方socket对象的TCP连接，此时write函数不可用，但read函数可以调用。

✓ int setsockopt(int sock, int leve, int iption, char* optlen)

设置大量的socket对象设置选项。