网络协议分析
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⏹IP协议负责主机到主机之间的通信。
运输层与网络层最大的区别是运输层提供进程通信能力。
TCP/IP使用端口来标识通信的进程。
⏹UDP和TCP都使用端口与上层的应用进程进行通信。
⏹端口是运输层服务访问点(TSAP)。
⏹应用进程将其数据通过端口向下交付给运输层；运输层将其报文段中的数据通过端口交付给相应进程。
⏹端口用来标志应用层的进程。
⏹运输层不使用端口号而使用“进程ID”来标识一个进程是否可行？⏹不可行。
⏹进程ID在系统每次启动后都不一样，客户进程就无法找到提供服务的进程。
⏹并且客户进程并不关心提供服务的是哪一个进程。
⏹端口用一个16 bit 端口号进行标志。
TCP和UDP是两个独立的软件模块，因此各自的端口号也相互独立。
如都可以有255号端口。
⏹端口号只具有本地意义，不同计算机的相同端口号是没有联系的。
⏹一类是熟知端口，其值为0~1023，用来分配给服务器进程，便于让客户知道。
⏹另一类则是一般端口，用来随时分配给请求通信的客户进程。
⏹使用知名端口有什么优点与缺点？⏹◆知名端口一般是供服务器使用的，便于来访者使用服务。
如果不用知名端口需要将端口号通知所有用户。
⏹◆但从网络安全的角度来看，知名端口更容易遭受攻击。
⏹客户端程序的端口号有两种使用方式：⏹◆一种是由应用程序开发者指定。
⏹◆另一种是由操作系统随机分配一个未使用的端口号。
⏹当不再进行网络通信时，可关闭端口，释放资源，被关闭的端口可被再分配。
⏹为了使多主机多进程通信时不发生混乱，必须把端口号和主机的IP地址结合起来使用，称为套接字（Scoket）。
⏹套接字包括IP地址(32位)和端口号(16位)，共48位。
进行通信的一对套接字在整个Internet中是唯一的。
⏹TCP与UDP都使用套接字通信。
⏹⏹下层向上层提供的服务有两种形式：面向连接的服务与无连接的服务。
⏹面向连接的服务在进行数据交换前，先建立连接，传输结束后释放连接。
1）建立连接阶段：在有关协议数据单元中，必须给出源用户与目的用户的完整地址。
同时可协商服务质量等选项。
数据交换阶段：在这个阶段，每个报文中不必包含用户完整的地址，而是使用一个连接标识符来代替。
报文的发送和接收都是按顺序的，发送方先发送的报文，在接收方先收到。
3）释放连接阶段：通过相应的协议数据单元完成释放操作。
⏹两个实体通信前不必先建立连接。
无连接服务灵活方便，但不能防止报文的丢失、重复和乱序。
⏹每个报文必须包含完整的源地址和目的地址，因此开销较大。
⏹UDP提供无连接的传输服务，对等的UDP实体在传输时不建立端到端的连接，只是简单地发送或接收数据。
⏹UDP不保证可靠的数据传输，不具有确认、重传等机制。
使用UDP的程序可根据自己的需求设计相应的可靠性机制，如TFTP。
⏹虽然UDP只提供不可靠的交付，但在某些方面有特殊的优点：⏹发送数据之前不需要建立连接。
⏹UDP主机不需要维持复杂的连接状态表。
⏹UDP用户数据报只有8个字节的首部开销。
⏹网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。
这对某些实时应用是很重要的。
⏹UDP保留应用程序定义的报文边界，不把两个应用程序报文组合在一起，也不把单个报文划分成几部分。
⏹块数据将作为独立的单元到达对方的应用程序。
⏹应用程序必须关心IP数据报的长度。
⏹当应用程序把一块数据交给UDP发送时，这UDP用户数据报有两个字段：首部字段和数据字段。
首部字段有8个字节，由4个字段组成，每个字段2字节。
⏹在计算检验和时，临时把“伪首部”和UDP用户数据报连接在一起。
伪首部仅仅是为了计算检验和。
⏹长度：是首部与数据部分的总长度。
⏹校验和：校验范围包括首部、数据部分、伪首部。
如果该字段为0就表明不进行校验。
因此UDP是否进行校验是可选的。
⏹UDP数据报的最大长度为：⏹IP数据报的最大长度是65535字节。
⏹65535 – 20 = 65515字节。
⏹UDP数据报中用户数据的最大长度是：⏹65515 – 8 = 65507字节。
⏹以上只是理论长度，具体长度与具体操作系统的协议模块有关，如SunOS下使用回送接口的最大IP数据报长度为32767字节，所以UDP的最大长度为32747。
⏹UDP用户数据报封装在IP数据报中，IP数据报的“协议类型”字段的值是17，表示数据部分是从UDP协议来的。
⏹UDP校验和校验的范围包括三部分：伪首部、UDP首部以及UDP数据部分。
⏹伪首部是IP首部的一部分，其中有些字段填0⏹若校验和不包括伪首部，即使UDP数据报不出错，也可能因为IP首部在传输中出错导致无法正确交付。
⏹伪首部中的高层协议类型字段是为了确保这个数据报是属于UDP而不是属于TCP。
⏹UDP的高层协议类型是17，若这个值在传输过程中出错，接收端就能检测出并丢弃这个数据包，从而不会交付给错误的协议。
⏹UDP校验和的计算方法与IP首部校验和的计算方法相同。
⏹UDP和IP的不可靠程度是否相同？⏹◇不同。
⏹◇IP只进行首部校验。
⏹◇UDP可以进行校验，也可以不进行校验。
如果校验则对整个UDP报文进行校验。
⏹为什么UDP校验和独立于IP校验和？⏹◇UDP是运输层的，UDP校验和的计算是在通信端点的主机上进行的。
⏹◇IP是网络层的，IP校验和的计算是在通信端点及中间路由器上进行的。
⏹你是否反对这样的协议：对包括UDP报文在内的整个IP数据报使用同一个校验和？⏹◇如果使用同一校验和，会导致在网络层的计算量过大，降低IP数据报的传输效率。
⏹一个UDP数据报首部的十六进制表示为：⏹06 32 00 45 00 1C E2 17⏹试求源端口、目的端口、用户数据报的总长度、数据部分长度。
⏹这个数据报是从客户发送给服务器的还是服务器发送给客户的？该服务器程序是什么？⏹◇源端口：0x0632 = 1586⏹◇目的端口：0x0045 = 69⏹◇总长度：0x001C = 28，数据部分长度20⏹◇从客户发给服务器的，服务器是TFTP。
⏹UDP数据报数据部分的长度为8192字节，通过以太网传送，该报文将被分成多少个IP数据报？每片的片偏移是多少？⏹需要封装在IP数据报中的数据长度为：⏹8192 + 8 = 8200 字节⏹以太网的MTU为1500，因此每片大小为：⏹1500 – 20 = 1480 字节（1480 ÷8 = 185）⏹8200 / 1480 > 5，所以应分成6片。
⏹片偏移依次是：0, 185, 370, 555, 740, 925⏹一个应用程序用UDP发送数据报。
一份数据报被分成了4个数据报片发送出去，结果第1片和第2片丢失了，只有第3片和第4片到达目的端。
⏹应用程序过了一段时间后超时重发该用户数据报，还分成与上次相同的4个数据报片。
⏹当重发的第1片和第2片到达目的端时，第一次收到的第3片和第4片还在目的端的缓存中，接收端能否将这4片组装成为一份数据报？为什么？⏹上面所说的分片是网络层分片还是应用层分片？⏹经分析，是网络层。
因“标识”字段不同，故不能重组⏹使用UDP的用户进程能否跳过UDP而直接交给IP层？UDP能否提供IP没有提供的功能？⏹IP数据报包含IP地址，该地址指定了目的主机。
但无法确定交给哪一个进程。
⏹UDP数据报包含“目的端口”，利用这一信息，数据包能传给正确的进程。
⏹如何判断远程主机上的某个UDP端口是否开放？⏹向远程主机的该端口发一UDP报文，通常情况下，如果收到“目的端口不可达”的ICMP报文就表示该端口关闭。
⏹对校验和的使用，UDP给出了两种方案：⏹◆使用校验和⏹◆不使用校验和⏹使用校验和时，即使只有一位发生了变化，整个数据包都会被丢弃。
在某些应用环境下，这种限制显得过于严格，比如音频、视频传播可以接收错误的数据，而不是将其丢弃。
⏹但是，如果禁用UDP的校验和功能，则将失去对UDP数据报的校验功能。
⏹为此，2004年7月，IETF推出了轻量级用户数据报协议UDP-Lite (Lightweight User DatagramProtocol)。
⏹它更加适应于网络的差错率比较大，但是应用对轻微差错不敏感的情况，例如实时视频的播放等。
⏹⏹拓扑1下同一组中的三台机器A，B，C。
⏹A编辑一个UDP数据报，目的MAC为C，目的IP为B。
然后发送该数据报。
⏹1、B、C的分析器捕捉MAC帧时能捕捉到吗？⏹能。
⏹2、B、C的分析器捕捉UDP数据报时能捕捉到吗？⏹能。
⏹3、B、C的UDP工具能接收到吗？⏹不能。
在实际应用中，B的MAC层发现目的MAC不是自己，就丢弃；C的IP层发现目的IP不是自己，就丢弃。
⏹4、如果目的MAC为B，目的IP为C，再回答上述问题。
⏹因为A、B处于同一共享模块，所以仅B的分析器能捕捉到数据包。
⏹在同一网段中，主机A将IP设为172.16.0.2，主机B将IP设为172.16.1.2，掩码均为255.255.255.0。
A使用UDP工具向255.255.255.255发送数据时，B能收到吗？⏹能。
⏹A发送的数据报在MAC层的目的地址为广播地址FFFFFF-FFFFFF，B收到后上交到网络层，网络层发现目的IP是255.255.255.255，就收下向上层交付。
⏹⏹IGMP⏹单播：单个源站与单个目的站之间的通信叫作单播。
IP数据报中的源IP地址和目的IP地址分别代表了源站和目的站。
⏹多播：一个源站和多个目的站之间的通信叫作多播。
IP数据报中的源地址是单播地址，目的地址是组地址(D类地址)。
⏹路由器收到多播数据包后，可从它的多个接口转发出去。
广播：源站和目的站是一对多的，源站只有一个，但所有其它主机都是目的站。
Internet不支持广播，因为这会产生非常大的通信量⏹多播可以分为两种：1.在物理网络上的多播，如以太网多播。
2.在逻辑网络上的多播，如IP多播。
3. 2.1 硬件多播4.在以太网中，硬件地址的一半用于硬件多播，用高位地址中的最低位(I/G比特)来区别单播地址(置0)和多播地址(置1)。
5.硬件多播只能在同一个物理网段上进行，路由器隔离了硬件多播和广播。
6. 2.2 IP多播7.IP多播(IP Multicasting)是对硬件多播的推广。
IP多播同样允许一个源站与一组目的站通信，但这组目的站可以位于互联网中的任意物理网络上。
8.这一组目的站叫作多播组(Multicast Group)。
⏹ 2.3 多播的优点：1.多播比多个单播更能节省网络带宽。
2.多播比多个单播具有更小的分组时延。
例如：一个组中有1000个成员，如果用单播，第一个分组和最后一个分组的时延可能是无法接受的。
3. 2.4 IP多播地址4.IP多播地址分为两类：永久地址和临时地址。
5.D类IP地址用于多播。
D类地址不再分层。
6.永久地址如：224.0.0.1 永久分配给一个物理网段上包含所有主机和路由器的组；224.0.0.2 永久分配给一个物理网段上包含所有路由器的组。
