TCP IP學習筆記（四）

一、udp協議

udp 是乙個簡單的面向資料報的運輸層協議，程序的每個輸出操作都產生乙個udp資料報，並組裝成乙份待傳送的ip資料報。udp不提供可靠性。

udp封裝格式：

ip首部（20） udp首部（8） udp資料

1、udp首部：

16位源埠號 16位目的埠號

16位udp長度 16位udp檢驗和

資料（如果有）

埠號表示傳送和接收的程序。

udp長度欄位指的是udp首部和udp資料的位元組長度，該字段的最小值是8，表示沒有資料。該長度不包括ip首部長度。

udp檢驗和包括udp首部和udp資料的檢驗和。由於udp資料報的長度可以為奇數位元組數，因此計算時在最後增加填充位元組0，這只是為了檢驗和的計算。

2、 udp檢驗和

udp和tcp首部都包含乙個12位元組的偽首部，包含了ip首部和自身的一些字段，主要是為了計算檢驗和而設定的。偽首部是不佔實際空間的。偽首部包含ip首部的一些字段，目的是讓udp兩次檢查資料是否已經到達目的地，以及ip層是否正確地傳輸了資料。

udp偽首部格式如下：

32位源ip位址

32位目的ip位址

0 8位協議（17） 16位udp長度

16位源埠 16位目的埠

16位udp長度 16位udp檢驗和

資料（如果有）

前12個位元組就是udp偽首部。

注意：udp資料報的長度在檢驗和計算過程中出現兩次。如果檢驗和的計算結果為0，則存入的值為全1（65535），如果傳送的檢驗和是0，則說明傳送端沒有計算檢驗和。如果有錯誤，該報就被丟棄，不產生任何差錯報文。

3、 ip分片

任何ip層接收到乙份要傳送的ip資料報時，它要判斷向本地哪個介面傳送資料，並查詢該介面的mtu。ip把mtu與資料報的長度進行比較，如果需要則進行分片。分片可以發生在原始傳送端主機上，也可以傳送在中間路由器上。ip資料報分片後，只有到達目的主機後才進行重灌。

ip首部與分片有關的字段：

（1）對於每份ip資料報來說，都有乙個標識字段，該值在分片時被複製到每個片中。

（2）標誌欄位用其中乙個bit表示「更多的片」，除最後一片外，其他每個分片都要設定為1。

（3）片偏移欄位指的是該片偏移原始資料報開始處的位置。

（4）資料報被分片後，每個片的總長度要改為該片的長度值。

（5）標誌欄位中有乙個bit表示「不分片」，如果該位1，ip將不對資料報進行分片。

ip報即使丟失一片資料報也要重傳整個資料報。為什麼呢？因為ip層沒有超時重傳的機制，必須由更高層負責超時重傳。

4、icmp不可達差錯（需要分片）

當路由器收到乙份需要分片的資料報，而在ip首部又設定了不分片（df）的標誌位。如果需要判斷到達目的端的路途中最小mtu是多少，就可以通過這個差錯實現。

報文格式如下：

型別3 **4 檢驗和

保留，必須為0 下一站的mtu

ip首部＋原始ip資料報中資料前8位

可以用traceroute確定路徑mtu。要做的是傳送分組，並設定「不分片」標誌位。傳送的第乙個分組的長度正好與出口mtu相等，每次收到icmp「不能分片」差錯時，就減少分組的長度。如果路由器傳送的icmp差錯報文是上面格式，包含出口的mtu，那麼就用該mtu值來傳送，否則就用下乙個最小的mtu值來傳送。mtu值的個數是有限的，因此可以取得路徑的mtu。

5、 udp伺服器的設計：

(2)目的ip位址

(3)udp輸入佇列：通常程式所使用的每個udp埠都與乙個有限大小的輸入佇列相聯絡。也就是來自不同客戶的差不多同時到達的請求將由udp自動排隊，接收到的udp資料報以其接收順序交給應用程式。

3、指向子網的廣播：指向子網的廣播位址是主機號全為1的位址，作為子網直接廣播的ip位址需要知道子網的掩碼。如果b類網路128.1的子網掩碼是255.255.255.0，則位址128.1.2.255就是對應子網的廣播位址。

4、指向所有子網的廣播：指向所有子網的廣播也需要知道目的網路的子網掩碼。這些廣播位址的子網號和主機號全為1。如果目的子網掩碼是255.255.255.0，那麼ip位址128.1.255.255就是乙個指向所有子網的廣播位址。

224.0.0.1－該子網內地所有系統組

224.0.0.2－該子網內地所有路由器組

224.0.1.1－網路時間協議ntp

224.0.0.9－rip2

224.0.1.2－sgi公司的dogfight應用2、多播位址到乙太網位址的轉換：

iana擁有乙個乙太網位址塊，即高位24位為00-00-5e，這意味這該位址塊所擁有的位址範圍從00-00-5e-00-00-00到00-00-5e-ff-ff-ff。iana將其中的一般分配為多播位址。為了指明乙個多播位址，任何乙太網位址的首位元組必須為01，這意味者與ip多播相對應的乙太網位址範圍從01-00-5e-00-00-00到01-00-5e-7f-ff-ff。

這種位址分配將使乙太網多播位址的23位與ip多播組號相對應起來，通過將多播組號中的低23位對映到乙太網位址中的低23位事項。

由於多播組號中的最高5位在對映過程中被忽略，因此每個乙太網多播位址對應的多播組是不唯一的，32個不同的多播組號被對映位乙個乙太網位址。例如，多播位址224.128.64.32(16進製為e0-80-40-20)和224.0.64.32(16進製為e0-00-40-20)都對映為同一乙太網位址01-00-5e-00-40-20。

既然位址對映不是唯一的，那麼裝置驅動層或ip層就必須對資料報進行過濾，因為網絡卡可能收到主機不想接收的多播資料幀。

四、igmp：internet組管理協議

igmp 讓乙個物理網路上的所有系統知道主機當前所在的廣播組。多播路由器需要這些資訊以便知道多播資料報應該向哪些介面**。igmp也被當作ip層的一部分，igmp報文通過ip資料報進行傳輸，其報文格式如下：　

4位版本1 4位型別（1－2）未用檢驗和

32位組位址（d類ip位址）

igmp型別位1說明是由多播路由器發出的查詢報文，為2說明是主機發出的報告報文。

檢驗和的計算和icmp協議一樣。

組位址為d類ip位址，在查詢報文中組位址設定為0，在報告報文中組位址為要參加的組位址。

1、加入乙個多播組

程序以某種方式在給定的介面上加入某個多播組，程序也能離開先前加入的多播組。乙個程序可以在多個介面上加入同一多播組。主機通過組位址和介面來標識乙個多播組。主機必須保留乙個表，該表中包含所有至少含有乙個程序的多播組及多播組中的程序數量。

2、igmp報告和查詢

多播路由器通過igmp報文來記錄與該路由器相連網路中組成員的變化情況，規則如下：

（1）當第乙個程序加入組時，主機就傳送乙個igmp報告。如果主機的多個程序加入同一組，只傳送乙個igmp報告。這個報告被傳送到程序加入組所在的同一介面上。

（2）程序離開乙個組時，主機不傳送igmp報告，即使時組中最後乙個程序離開。主機知道在確定的組中已不再由組成員後，在隨後的igmp查詢中就不再傳送報告報文。

（3）多播路由器定時傳送igmp查詢是否還有任何主機包含有屬於多播組的程序。多播路由器必須向每乙個介面傳送igmp查詢。因為路由器希望主機對它加入的每個多播組均返回乙個報告，因此igmp查詢報文中的組位址被設定為0。

（4）主機通過傳送igmp報告來響應乙個igmp查詢，對每個至少還包含乙個程序的組均要發回igmp報告。

3、實現細節

（1）當乙個主機首次傳送igmp報告時，並不保證該報告被可靠地接收，下乙個報告將在間隔一段時間後傳送。

（2）當乙個主機收到從乙個路由器發出地查詢後，並不立即響應，而是經過一定的時間間隔後才發出一些響應。

（3）乙個主機在等待傳送報告的過程中，卻收到了發自其他主機的相同報告，則該主機的響應就不用傳送了。

（4）在沒有任何多播路由器的單個物理網路中，僅有的igmp通訊量就是在主機加入乙個新的多播組時，支援ip多播的主機傳送的報告。

4、生存時間字段

igmp報告和查詢的生存時間（ttl）均設定為1，這將使多播資料報僅限於同一子網內傳送。更大的ttl值能被多播路由器**。224.0.0.0-224.0.0.255的特殊位址使打算用於多播範圍不超過1跳的應用，不管ttl是多少，多播路由器均不**目的位址為這些位址中的任何乙個位址的資料報。

5、所有主機組

224.0.0.1位址稱為所有主機組位址，它涉及在乙個物理網路中所有具備多播能力的主機和路由器。當介面初始化後，所有具備多播能力介面上的主機均自動加入這個多播組。這個組的成員無需傳送igmp報告。

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TCP IP 協議筆記四

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