網(wǎng)絡(luò)協(xié)議第二講.ppt

1、網(wǎng)際協(xié)議與選路,第二講,第5章 IP：軟件總體結(jié)構(gòu) 第6章 IP：選路表與選路算法 第7章 IP：分片與重組,2020/7/24,第5章IP：軟件的總體結(jié)構(gòu),5.1 引言 本章所關(guān)心的是實現(xiàn)網(wǎng)際協(xié)議(IP)的軟件的組織結(jié)構(gòu)。IP提供的功能看似簡單，但它的紛繁難懂使軟件的實現(xiàn)過程變得復(fù)雜，而其精細微妙之處又使軟件很難做到準確無誤。在講解IP的過程中，為了不至于因突然涉及所有部分而使人無法接受，我們將具體實現(xiàn)方案分3章討論。本章給出了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并描述軟件的整體結(jié)構(gòu)，還討論了IP軟件的理論性操作以及通過IP層的數(shù)據(jù)報流程。在稍后的章節(jié)中，還要詳述選路和差錯處理的細節(jié)，展示IP軟件中的各段程序代碼是如何

2、使用這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的。,2020/7/24,52 中心環(huán)節(jié),單從主機的角度來看，人們會很自然地將IP軟件分為兩個不同的部分考慮：一部分處理輸入，另一部分處理輸出。輸入部分使用IP首部中的PROTO字段來決定應(yīng)該由上層協(xié)議中的哪個模塊來接收傳入數(shù)據(jù)報。輸出部分使用一張本地選路表來選擇外發(fā)數(shù)據(jù)報要送往的下一跳。 它使得IP和上層協(xié)議軟件之間的溝通變得十分笨拙。另外，網(wǎng)關(guān)中的選路過程要比主機中的更復(fù)雜。由于一個網(wǎng)關(guān)必須將發(fā)送來的數(shù)據(jù)報繼續(xù)轉(zhuǎn)送到它的下一跳所以網(wǎng)關(guān)中的軟件都不能輕易地被劃分成輸入和輸出部分。這樣，在IP處理傳入數(shù)據(jù)報時可能會產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)。而當(dāng)發(fā)送來的數(shù)據(jù)報引起錯誤時，網(wǎng)關(guān)還必須生成ICM

3、P差錯信息，這更進一步地使輸入和輸出的界限模糊。,2020/7/24,53 lP軟件設(shè)計思想,為保持IP軟件的簡單性和統(tǒng)一性，在范例中采用的組織結(jié)構(gòu)上的技巧有： 統(tǒng)一的輸入隊列及統(tǒng)一的選路過程。 獨立的IP進程。 本地主機接口。 雖然建立網(wǎng)關(guān)的必要性引發(fā)了許多的設(shè)計思想，但針對網(wǎng)關(guān)的設(shè)計在主機上同樣有效，并允許在主機和網(wǎng)關(guān)上使用同樣的程序。,2020/7/24,54 IP軟件結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)報流程,541 選擇傳入數(shù)據(jù)報的策略 在第3章中曾提到過，每個網(wǎng)絡(luò)接口，包括偽網(wǎng)絡(luò)接口，都有屬于自己的、送往IP進程的數(shù)據(jù)報隊列：圖51描畫出該數(shù)據(jù)流。 如果有多個數(shù)據(jù)報正在輸入隊列中等待，IP進程必須選取其中之

4、一，并為其選擇路由。IP選取哪一個數(shù)據(jù)報將決定系統(tǒng)的行為： 挑選數(shù)據(jù)報并為其選擇路由的IP程序段實現(xiàn)了一個重要策略；它決定了數(shù)據(jù)報來源的相對優(yōu)先級。,2020/7/24,541 選擇傳入數(shù)據(jù)報的策略,正確的做法是公平分配優(yōu)先權(quán)，使傳入和外發(fā)數(shù)據(jù)流在選擇路由時享有平等的優(yōu)先權(quán)。我們的實現(xiàn)策略是以循環(huán)法(round-robin)來選擇數(shù)據(jù)報，以期達到公平合理。也就是說，它從某個隊列中選擇出一個數(shù)據(jù)報，并為其做路由處理之后，繼續(xù)向前移動并檢查下一個隊列。如果有K個含有數(shù)據(jù)報的隊列正在等待著路由處理，那么IP在處理完所有K個隊列中的第一個數(shù)據(jù)報之后，才有可能處理到任一隊列中的第二個數(shù)據(jù)報。 過程ipg

5、etp實現(xiàn)了循環(huán)法選擇的策略,2020/7/24,541 選擇傳入數(shù)據(jù)報的策略,正如程序代碼所示，靜態(tài)變量ifnext用作接口數(shù)組的索引。它遍歷整個網(wǎng)絡(luò)接口結(jié)構(gòu)。在每個接口中，它檢查狀態(tài)變量ni_state，以確定接口是否已被打開。當(dāng)ipgetp發(fā)現(xiàn)一個打開的接口中有正在等待的數(shù)據(jù)報時，它就使用宏NIGET來提取并返回第一個數(shù)據(jù)報。再次調(diào)用ipgetp時將跨過前一次處理的接口，繼續(xù)查找：,2020/7/24,542 允許IP進程被阻塞,過程ipgetp包含了一種微妙的優(yōu)化思想： 如果所有輸入隊列都空，IP進程在調(diào)用過程ipgetp時被阻塞。一旦有一個數(shù)據(jù)報到達，IP進程就恢復(fù)執(zhí)行并立刻檢查已有

6、數(shù)據(jù)報到達的那個接口。 首先，當(dāng)與某個特定接口相關(guān)聯(lián)的設(shè)備驅(qū)動程序在它的輸入隊列中放入一個數(shù)據(jù)報時就向IP進程發(fā)送一個報文。其次，ipgetp中的循環(huán)語句以調(diào)用receive結(jié)束，在ipgetp遍歷了所有網(wǎng)絡(luò)接口而沒有發(fā)現(xiàn)任何數(shù)據(jù)報之后，它調(diào)用receive，receive在信息到達之前為阻塞狀態(tài)。當(dāng)ipgetp返回時，它以函數(shù)值的形式向主調(diào)過程傳送一個報文。報文中包含了一個指針，指向已有數(shù)據(jù)報到達的接口。ipgetp將該接口指針賦值給ifnext，并重新開始遍歷,2020/7/24,542 允許IP進程被阻塞,既然已經(jīng)知道了IP所使用的選擇數(shù)據(jù)報的策略，那么來查看一下IP進程的結(jié)構(gòu)；其基本算

7、法非常簡單。IP不斷地調(diào)用ipgetp來選擇一個數(shù)據(jù)報，接著調(diào)用一個過程來計算下一跳的地址，并將數(shù)據(jù)報置入與將要發(fā)送該數(shù)據(jù)報的網(wǎng)絡(luò)接口相關(guān)聯(lián)的隊列中。 盡管從概念上看似簡單，但許多細節(jié)問題使程序代碼復(fù)雜化。例如，如果數(shù)據(jù)報來自于某個網(wǎng)絡(luò)，IP必須驗證此數(shù)據(jù)報的校驗和是否正確。如果選路表中沒有指定的目的站，IP必須生成一個ICMP“目的站不可達”報文。如果選路表指出該數(shù)據(jù)報應(yīng)當(dāng)被送往產(chǎn)生這個數(shù)據(jù)報的網(wǎng)絡(luò)中的某個目的站，IP必須生成一個ICMP“重定向”報文。最后，IP必須處理定向廣播這一特殊情況，此時IP向指定的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)報的副本，并向網(wǎng)關(guān)自身的上層協(xié)議軟件也發(fā)送一份副本。IP進程從過程ipp

8、roc的執(zhí)行開始。,2020/7/24,543 IP使用的常量的定義,在文件ip.h中定義了IP軟件使用的符號常量。另外，它還用結(jié)構(gòu)IP定義了IP數(shù)據(jù)報的格式。,2020/7/24,544 校驗和的計算,ipproc利用過程cksum來計算或驗證數(shù)據(jù)報的首部校驗和。首部校驗和將首部視為16位整數(shù)的序列，并把校驗和定義為對首都中所有16位整數(shù)各求反碼，并將結(jié)果相加、再對求得的和計算一次二進制反碼。得到的和數(shù)及反碼定義為使用二進制反碼算法。 大多數(shù)設(shè)備使用二進制補碼算法，因此僅累加得出一個16位的校驗和并不能得到正確的結(jié)果。為了便于移植并避免以匯編語言編寫程序，過程cksum 使用了c語言編寫。在

9、范例中使用了32位(長整型)算法來累加得到一個和，然后通過向這個整數(shù)和中增加所有進位位的辦法，將結(jié)果折合成一個16位的值。最后，cksum返回結(jié)果的反碼。,2020/7/24,545 處理定向廣播,只要一個數(shù)據(jù)報發(fā)送到定向廣播地址，則在指定的目的網(wǎng)絡(luò)中的所有機器都必須接收到一份副本，關(guān)鍵是要記?。?定向廣播包括了目的網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)關(guān)和主機，即便是負責(zé)在網(wǎng)絡(luò)上繼續(xù)向前發(fā)送該數(shù)據(jù)報的網(wǎng)關(guān)也不能例外。 然而，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)硬件不會將廣播分組的副本再次傳送回發(fā)出這個廣播的機器。如果一個網(wǎng)關(guān)需要一份廣播數(shù)據(jù)報的副本，那么軟件必須采取明確的措施，以保留一份副本。因此，如果一個網(wǎng)關(guān)接收到的數(shù)據(jù)報的目的地址是直接與這

10、個網(wǎng)關(guān)相連的某個網(wǎng)絡(luò)的定向廣播地址，那么這個網(wǎng)關(guān)必須做兩件事： (1)為本機的協(xié)議軟件復(fù)制一份數(shù)據(jù)報。 (2)在指定的網(wǎng)絡(luò)上廣播該數(shù)據(jù)報。,2020/7/24,545 處理定向廣播,ipproc為所有的數(shù)據(jù)報調(diào)用ipdbc，其中絕大多數(shù)并沒有指定要定向廣播。ipdbc一開始就檢查數(shù)據(jù)報來源，因為如果該數(shù)據(jù)報是由本地機器生成的，則不需要復(fù)制。然后ipdbc調(diào)用isbrc。將數(shù)據(jù)報的目的地址與這個網(wǎng)關(guān)直接相連接的所有網(wǎng)絡(luò)的定向廣播地址相比較，如果均不相同，則說明這是一個非廣播數(shù)據(jù)報，而非廣播數(shù)據(jù)報也不需要復(fù)制。在不需要復(fù)制的情況下，ipdbc不采取任何行動，直接返回。 ipproc將像平常那樣選擇

11、一個路由并繼續(xù)向前發(fā)送該數(shù)據(jù)報。 如果數(shù)據(jù)報的目的地址是某個直接與網(wǎng)關(guān)相連的網(wǎng)絡(luò)上的定向廣播地址，它必須被復(fù)制。其中一份副本送往本地機器軟件，另份以正常方式繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)。為了復(fù)制數(shù)據(jù)報， ipdbc根據(jù)數(shù)據(jù)報的大小從標準網(wǎng)絡(luò)緩沖池或大緩沖池中分配一個緩沖區(qū)。如果緩沖區(qū)分配成功，ipdbc將數(shù)據(jù)報復(fù)制到新緩沖區(qū)中，并把新緩沖區(qū)放入輸出端口，此端口與發(fā)送數(shù)據(jù)報時經(jīng)過的網(wǎng)絡(luò)接口相關(guān)聯(lián)。當(dāng)ipdbc返回后，ipproc將副本原件通過偽網(wǎng)絡(luò)接口傳遞給本地機器。,2020/7/24,546 識別一個廣播地址,IP協(xié)議標準規(guī)定了三種類型的廣播地址：本地網(wǎng)絡(luò)廣播地址(全“1)、定向網(wǎng)絡(luò)廣播地址(主機地址段為全“1

12、”的A、B、C三級IP地址)以及一個子網(wǎng)廣播地址(主機地址段為全“1”的子網(wǎng)IP地址)，遺憾的是，當(dāng)Berkeley將TCP/IP合并入BSD UNIX時，他們決定使用非標準廣播地址，有時稱為Berkeley廣播，這些廣播的格式在應(yīng)該是全“1”的地方使用了全“0”表示。 盡管BerkeIey格式的廣播地址肯定是非標準的，但許多從Berkeley程序代碼中衍生出來的商用體系已經(jīng)采納了這種格式。為了與廣泛使用的Berkeley規(guī)范兼容，我們的范例代碼接收使用全“0”或全“1”兩種格式的廣播。此程序代碼段包含在過程isbrc中。,2020/7/24,55 lP首部中的字節(jié)順序,為了使網(wǎng)際協(xié)議獨立于運

13、行它的機器，協(xié)議標準為首部中所有整型值規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序在發(fā)送一個數(shù)據(jù)報之前，主機必須將所有整型值從本機字節(jié)順序轉(zhuǎn)換成標準網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序。而當(dāng)接收到一個數(shù)據(jù)報之后，主機必須將這些整型值從標準網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換成本機字節(jié)順序。 過程iph2net和iPnet2h執(zhí)行這一轉(zhuǎn)換任務(wù)：ipnet2h在ipproc中被調(diào)用，而iph2net在ipfsend、ipproc和ipputp中被調(diào)用；實用程序使用函數(shù)net2hs(從網(wǎng)絡(luò)到主機短整型)和hs2net(從主機短整型到網(wǎng)絡(luò))為每個字段進行轉(zhuǎn)換。 為了優(yōu)化處理時間，在我們的程序代碼中，所有IP地址以網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序保存，并且不轉(zhuǎn)換協(xié)議首都中的地址字段。這樣，這

14、段程序代碼只需轉(zhuǎn)換不含IP地址的整型字段。,2020/7/24,56 向lP發(fā)送數(shù)據(jù)報,561 發(fā)送本地生成的數(shù)據(jù)報 給出一個本地生成的數(shù)據(jù)報和一個IP目的地址，過程ipsend填寫IP首部并將數(shù)據(jù)報放入本機接口的隊列中，IP進程將從這個隊列中取出并發(fā)送數(shù)據(jù)報。 ipsend填寫首部中的每個字段，包括指定的目的地址。為了保證每個外發(fā)數(shù)據(jù)報中標識字段都有唯一的值，ipsend將全局變量ipackid的值賦予該標識字段，然后遞增變量ipackid.ipsend完成填寫首部的任務(wù)之后，調(diào)用enq把數(shù)據(jù)報置入本地主機(偽網(wǎng)絡(luò))接口的隊列中。 注意，雖然網(wǎng)絡(luò)接口的ni_ipinq隊列在正常情況下包含的是

15、傳入數(shù)據(jù)報(也就是來自其他網(wǎng)點的數(shù)據(jù)報)，但從應(yīng)用軟件的角度看，偽網(wǎng)絡(luò)接口的隊列中包含的是“外發(fā)”的數(shù)據(jù)報。最后，在IP進程因等待數(shù)據(jù)報的到達而處于阻塞狀態(tài)的情況下，ipsend調(diào)用send向IP進程發(fā)送一個報文。,2020/7/24,562 發(fā)送傳入數(shù)據(jù)報,當(dāng)一個經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來的數(shù)據(jù)報到達時，網(wǎng)絡(luò)接口層的設(shè)備驅(qū)動程序必須將其放置在適當(dāng)?shù)腎P隊列中。它調(diào)用ip-in完成這項工作。 給出個指向分組緩沖區(qū)的指針，ip-in調(diào)用enq將分組置入接口的隊列中。如果隊列已滿，ip-in遞增變量IplnDiscards的值，以記錄下這個隊列的溢出差錯，并丟棄分組。最后，在IP進程被阻塞并等待接收數(shù)據(jù)報的情

16、況下，ip-in向IP進程發(fā)送一個報文。,2020/7/24,57 表格的維護,IP軟件需要一個時鐘機制，用于維護網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括IP選路表和分片重裝表。在我們的范例中，使用一個單一的定時器進程來完成這種周期性任務(wù)。事實上，定時器進程并不僅用于IP任務(wù)中，它還觸發(fā)ARP高速緩存的超時，并且可被用于其他任何沒有嚴格時延要求的長時間的周期性任務(wù)中。在過程slowtimer中的程序代碼段，體現(xiàn)了如何輕易地將新任務(wù)加入列表中。 正如程序代碼所示，slowtimer由個無限循環(huán)構(gòu)成，它重復(fù)不斷地喚醒一組維護過程。一個特定的維護過程可能花費相當(dāng)長的時間來完成它的任務(wù)，而且一次喚醒與下一次喚醒之間的執(zhí)行時

17、間也可能不一樣長。因此slowtimer計算兩次執(zhí)行之間的實際時延，并將其作為參數(shù)遞給維護過程。,2020/7/24,5.8 小結(jié),為簡化程序代碼，IP作為唯一的、獨立的進程執(zhí)行，并通過一個偽網(wǎng)絡(luò)接口與本機的高層協(xié)議軟件交互作用。在沒有數(shù)據(jù)報時，IP進程被阻塞。一旦從任何地方發(fā)來一個或多個數(shù)據(jù)報后IP進程被喚醒，并處理這些數(shù)據(jù)報，直至為它們選擇路由為止。為了使處理過程公平合理，并避免出現(xiàn)“饑餓狀態(tài)”，我們在范例中對所有輸入數(shù)據(jù)源，包括對應(yīng)于本機的偽網(wǎng)絡(luò)接口，采用了循環(huán)法策略。這樣不論是本地產(chǎn)生的通信量，還是來自網(wǎng)絡(luò)連接的傳入通信量都沒有優(yōu)先權(quán)。,2020/7/24,5.8 小結(jié),定向廣播是指將

18、數(shù)據(jù)報發(fā)送到特定網(wǎng)絡(luò)的所有主機和網(wǎng)關(guān)上。協(xié)議標準允許設(shè)計者自己決定是否繼續(xù)向前傳送由其他網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的定向廣播。如果網(wǎng)關(guān)選擇了允許定向廣播，它正常地為這些定向廣播選擇路由。如果目的地址給出了一個直接與網(wǎng)關(guān)相連的網(wǎng)絡(luò)，IP必須保證本機的上層協(xié)議軟件接收到一份數(shù)據(jù)報的副本。為了提高它的實用性，在實現(xiàn)范例中，既可使用TCP/IP標準(全“1”)、也可使用BSD UNIX格式(全“0”)的廣播地址。它復(fù)制廣播數(shù)據(jù)報，并安排網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送副本、而原數(shù)據(jù)報經(jīng)過選路，被發(fā)往本機的協(xié)議軟件。 IP校驗和由16位二進制反碼組成，其值可用32位二進制補碼及進位傳遞來計算。,2020/7/24,第6章 IP：選路表和選路

19、算法,2020/7/24,6.1 引言,前章描述了網(wǎng)際協(xié)議(IP)軟件的總體結(jié)構(gòu)，并提供了其關(guān)鍵過程ipproc的程序代碼。本章將提供選擇路由的細節(jié)，繼續(xù)討論IP。本章詳細描述IP選路表的結(jié)構(gòu)，以及實現(xiàn)選路表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還討論了路由算法，并敘述了IP在選擇路由時如何使用子網(wǎng)掩碼。最后，它敘述了IP是如何區(qū)分網(wǎng)絡(luò)路由、子網(wǎng)路由以及主機路由的。,2020/7/24,62 路由維護和查找,選路軟件在理論上可劃分為兩組。其中一組由那些用來為數(shù)據(jù)報選擇正確路由的過程組成，另一組由增加、改變或刪除路由的過程組成。因為網(wǎng)關(guān)必須為自己所處理的每個數(shù)據(jù)報判定路由，所以路由查找程序代碼決定了網(wǎng)關(guān)的整體性能。因此，

20、通常將查找程序代碼優(yōu)化，以期達到最高速度。 路內(nèi)的插入、改變或刪除的速率通常比為數(shù)據(jù)報選擇路由的速率要低得多。計算新路由的程序需要與其他設(shè)備通信以建立其可達性。它們可以在重定向之前花任意長的時間。因此，路由更新過程不需要像查找操作那樣被優(yōu)化。其基本觀點是： 應(yīng)當(dāng)選擇能使查找路由花費最小的IP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法,維護路由的花費則并不那么重要,2020/7/24,62 路由維護和查找,雖然在早期的TCP/IP軟件中，選路表的查找經(jīng)常采用線性查找，但現(xiàn)在大多數(shù)系統(tǒng)利用張散列表，使之能夠快速查找任意大小的選路表。 我們的軟件采用了桶散列(bucket hashing)結(jié)構(gòu)：它將選路表的入口劃分成許多“散列

21、表元”，并利用一個散列函數(shù)迅速找到正確的散列表元。,2020/7/24,63選路表結(jié)構(gòu),2020/7/24,63選路表結(jié)構(gòu),保存路由的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)組。數(shù)組的每個元素對應(yīng)一個散列表元，并包含一個指針，指向被裝入這個散列表元中的通往目的站的路由記錄鏈表：表中每個記錄包含一個IP目的地址、子網(wǎng)掩碼、下跳地址、用于向下一跳地址發(fā)送數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)接口，以及其他在路由管理中使用的信息。由于IP預(yù)先并不知道子網(wǎng)掩碼，因此它僅使用IP目的地址的網(wǎng)絡(luò)部分計算散列函數(shù)。然而當(dāng)IP在一個鏈表中查找表項時，使用的是完整的目的地址來進行比較。,2020/7/24,64 選路表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),除route結(jié)構(gòu)外，文件route

22、.h中還定義了選路表rttable，如圖6.1所示，rttable是指向route結(jié)構(gòu)的指針數(shù)組。 除選路表之外，IP還需要其他幾個數(shù)據(jù)項。它們保存在全局結(jié)構(gòu)rtinfo中。例如，系統(tǒng)提供唯一的“默認路由”，任何不在選路表中的目的站都可使用。字段ridefault指向一個route結(jié)構(gòu)，在這個route結(jié)構(gòu)中包含的是默認路由的下一跳地址。在字段ri_valid中是一個布爾變量，如果此路由的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)已被初始化，則它的值為TRUE。,2020/7/24,65 路由的生成源及保持時間,選路表中的信息有幾個來源。通常，當(dāng)系統(tǒng)啟動時，初始化程序從備份存儲器中獲得一組初始路由，并將它們安裝到選路表中。在執(zhí)

23、行過程中，傳入的報文會導(dǎo)致ICMP或選路協(xié)議軟件改變現(xiàn)有的路由或建立新路由。最后，網(wǎng)絡(luò)管理員也可以增加路由或重定向。 選路表項的易失性與它的來源有關(guān)。例如，初始路由被認為是簡單估計的，只要有其他地方發(fā)來的路由信息，它就應(yīng)該被替換。然而，網(wǎng)絡(luò)管理員必須能夠推翻任何路由并建立不可變的永久性路由，以使他們能夠排除網(wǎng)絡(luò)中的路由問題，而無需路由協(xié)議的干涉。 為了適應(yīng)路由的靈活性，每個選路表項中的rt_ttl(壽命)字段指出此表項還能保持多長時間有效，以秒為單位計算。當(dāng)rt_ttl值達到0時，路由失效并被丟棄。由選路協(xié)議建立的路由，其壽命根據(jù)協(xié)議規(guī)則計算得到，而管理員能夠建立壽命無限長的路由，以保證它們不

24、會被刪除。,2020/7/24,6.6 為數(shù)據(jù)報選擇路由,661 實用過程 一些實用過程提供了選擇路由時用到的功能。過程netnum利用地址類別確定在地址字段中哪些八位組包含的是網(wǎng)絡(luò)部分，哪些八位組是主機部分，從而提取出IP地址中的網(wǎng)絡(luò)部分。它返回給出的地址，但這時其主機地址字節(jié)為全“0”。,2020/7/24,661 實用過程,在為數(shù)據(jù)報選擇路由時，IP使用過程netmatch，將目的(主機)地址與選路表項中的地址進行比較，選路表項中包含了子網(wǎng)掩碼和給定網(wǎng)絡(luò)的IP地址。 netmatch使用子網(wǎng)掩碼來屏蔽目的地址中的主機位，并將結(jié)果與表項中的網(wǎng)絡(luò)地址相比較，如果它們相符，netmatch返回

25、TURE，否則返回FALSE。 廣播是一種特殊情況，因為要采取何種動作取決于數(shù)據(jù)報的來源。來自網(wǎng)絡(luò)接口的廣播數(shù)據(jù)報必須經(jīng)過偽網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送給本地機器，而本地生成的廣播數(shù)據(jù)報必須被發(fā)送到適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)接口；為了區(qū)分這兩種情況，軟件使用了個特定主機路由(全“1”的掩碼)為來自網(wǎng)絡(luò)的廣播數(shù)據(jù)報選擇路由，并用特定網(wǎng)絡(luò)路由(掩碼僅屏蔽網(wǎng)絡(luò)部分)為向外發(fā)送的廣播選擇路由。這樣netmatch明確地判定一個廣播數(shù)據(jù)報的來源，并使用IP源地址來決定此廣播是否與給定路由相符。,2020/7/24,661 實用過程,要為一個數(shù)據(jù)報選擇路由，IP必須光查看它是否認識該數(shù)據(jù)報目的地址的有效子網(wǎng)掩碼。要做到這一點，IP調(diào)用過

26、程netmask。 netmask把IP目的地址當(dāng)作參數(shù)，然后檢查幾種情況。根據(jù)約定，如果目的地址為全“0”，則意味著使用默認路由，因此netmask返回全“0”的子網(wǎng)掩碼。對其他類型的目地站，netmask調(diào)用netnum從目的地址中提取出網(wǎng)絡(luò)部分，然后檢查每個與本機直接連接的網(wǎng)絡(luò)。如果有任何與本地直接連接的網(wǎng)絡(luò)地址與目的地址的網(wǎng)絡(luò)部分相符，netmask從和此網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)接口結(jié)構(gòu)中提取出子網(wǎng)掩碼，然后將其返回調(diào)用者。最后，如果IP找不到有關(guān)這個目的地址的子網(wǎng)掩碼的信息，它就根據(jù)地址的類別是A、B還是C來設(shè)置屏蔽地址網(wǎng)絡(luò)部分的子網(wǎng)掩碼。,2020/7/24,661 實用過程,選路函數(shù)調(diào)用實

27、用過程rthash計算目的地網(wǎng)絡(luò)地址的散列值。 散列函數(shù)是一個簡單有效的計算函數(shù)。對于A、B或C類的地址，rthash將網(wǎng)絡(luò)地址的每個八位組相加，所得的和除以散列表長度，最后返回余數(shù)。對于D類的地址，rthash將網(wǎng)絡(luò)地址的前4位比特數(shù)乘以16，所得的值除以散列表長度，最后返回余數(shù)。,2020/7/24,662 獲得一個路由,對每一個路由表項，rtget調(diào)用netmatch，檢查其入口參數(shù)給出的目的地址是否能與表項中的地址匹配。如果在查找中沒有發(fā)現(xiàn)精確的匹配，rtget使用Route，ri_valid中默認的路由。 當(dāng)然，也可能出現(xiàn)既沒有精確匹配，也沒有默認路由的情況。因此，當(dāng)完成路由查找工作

28、后，rtget還必須繼續(xù)檢查它找到的是否是一個有效指針。如果是有效指針，rtget在返回調(diào)用者之前，要給路由表項中的引用計數(shù)值和使用計數(shù)值字段加1。維護軟件利用引用計數(shù)字段來決定如果刪除與該路由相關(guān)的存儲區(qū)是否安全。只要調(diào)用rtget的過程還需要這個路由表項，該表項的引用計數(shù)值就不為0。使用計數(shù)字段提供了管理網(wǎng)絡(luò)的一種手段，用以掌握每個表項在數(shù)據(jù)報選擇路由時使用的頻繁程度。,2020/7/24,663數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)初始化,過程rtinit初始化選路表和默認路由，生成互斥信號量，為路由鏈表中的結(jié)點分配存儲區(qū)并將存儲區(qū)鏈接成一個空閑列表。其實現(xiàn)方案很簡單。,2020/7/24,67 選路表的定期維護,系

29、統(tǒng)定期發(fā)起清理選路表的行動，它遞減選路表中所有表項的壽命字段位，如果某個壽命字段超時，則丟棄對應(yīng)的路由：過程rttimer用來實現(xiàn)這項定期性的表項更新任務(wù)： 定時進程大約每秒調(diào)用一次rttiemr，利用參數(shù)delta，提供上次調(diào)用與這次調(diào)用之間的間隔時間。在等待互斥信號量之后，rttiemr循環(huán)遍歷選路表。對每個表項來說，它遍歷并查看各個路由鏈表。對正常的路由、rttiemr遞減壽命字段計數(shù)值，如果計時值為0，從鏈表中刪除該結(jié)點。然而，如果網(wǎng)關(guān)運行RIP，則rttiemr將超時路由標記為費用無窮大，這樣它就無法將其作為數(shù)據(jù)報的有效路由，同時又使這些超時路由在表中短暫地保留一段時間。最后，rtt

30、iemr遞減默認路由中的壽命計數(shù)值。,2020/7/24,6.7.1 增加路由,網(wǎng)絡(luò)管理軟件和選路信息協(xié)議都可調(diào)用那些用來增加、刪除或重定向的函數(shù)。例如向表中增加一個新路由。 rtadd調(diào)用過程rtnew來分配一個新結(jié)點，并初始化它的各個字段。然后rtadd將默認路由當(dāng)作特殊情況對待。對于非默認的路由，rtadd利用rthash計算新路由在路由表中的索引值，并遍歷該表項中的路由鏈表。一旦它在鏈表中找到新路由應(yīng)該被插入的地方，就查看鏈表是否包含一個具有相同目的站的已有路由。如果有，rtadd比較舊路由和新路由的度量，是否新路由更好。如果不是，就丟棄新路由。最后，rtadd或者在鏈表中插入一個新結(jié)

31、點，或者將信息復(fù)制到具有同樣地址的已有結(jié)點中。 過程rtnew分配并初始化一個新路由表項。它調(diào)用getbuf來為新結(jié)點分配存儲區(qū)，然后填寫首部信息。,2020/7/24,672 刪除路由,過程rtdel以一個目的地址作為入口參數(shù)，并通過從選路表中移走結(jié)點來刪除路由。 象通常那樣，程序代碼查看并以特殊情況對待默認路由。如果沒有找到匹配表項，rtdel計算目的地址的散列值，并在路由鏈表中搜索。 一旦它找到正確的路由，rtdel將該結(jié)點從鏈表中刪除，并利用宏RTFREE來遞減引用計數(shù)值?；叵胍幌拢绻糜嫈?shù)值達到0，RTFREE就將該結(jié)點返回空閑結(jié)點表。如果引用計數(shù)值仍為正值，表示肯定還有其他一個

32、或幾個進程正在使用該結(jié)點。只有當(dāng)最后一個進程將引用計數(shù)值減至0時，此結(jié)點才被釋放回空閑結(jié)點表。 宏RTFREE假設(shè)正在執(zhí)行中的進程已經(jīng)獲得了單獨訪問選路表的權(quán)力，因此它可在諸如rtdel之類的過程中被使用。任意個需要遞減選路表中引用計數(shù)值的過程部可以調(diào)用過程rtfree。當(dāng)rtfree被喚醒后，首先它等待互斥信號量，然后喚醒宏RTFREE，最后釋放信號量。,2020/7/24,68 IP選項處理,IP支持一組選項，用來控制IP如何處理主機和網(wǎng)關(guān)中的數(shù)據(jù)報。為了使例程代碼簡潔易懂，我們決定忽略對選項的處理。雖然如此，我們還是在程序代碼中包括了兩個實例程序的框架，用于搜尋IP首部中的選項。網(wǎng)關(guān)調(diào)用

33、過程ipdoopts，它僅僅返回調(diào)用者，使得網(wǎng)關(guān)在發(fā)送數(shù)據(jù)報時，并沒有對選項做任何處理。 主機調(diào)用過程ipdstopts來處理到達主機的數(shù)據(jù)報的選項。雖然我們在過程中并沒有真正實現(xiàn)選項的處理，但它分析了IP首部中選項長度八位組的信息，并將選項字段從IP首部中刪除。,2020/7/24,6.9 小結(jié),IP選路表是一個至關(guān)重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)為數(shù)據(jù)報選擇路由時，IP進程利用該選路表，在表中查找指向數(shù)據(jù)報目的站的下一跳路由。由于路由查找的頻繁使用，因此選路表在其組織結(jié)構(gòu)上盡量考慮提高查找的效率。同時，掌握新的路由信息的高層協(xié)議軟件還要在選路表中插入、刪除或更改路由。 本章詳述了負責(zé)選路表的查找和維護的

34、過程。從中可了解到選路表怎樣利用桶散列結(jié)構(gòu)提高效率的，還可以了解到當(dāng)進程正在刪除路由時引用計數(shù)器怎樣允許另一進程繼續(xù)使用該路由。,2020/7/24,第7章 IP：分片與重組,2020/7/24,7.1 引言,本章詳述將外發(fā)數(shù)據(jù)報進行分片以及將傳入數(shù)據(jù)報進行重組的軟件。由于最終目的站需要把分片的數(shù)據(jù)報重新組裝起來，因此每個應(yīng)用TCPIP的計算機必須具有負責(zé)重組的程序代碼，否則，它就不能與互聯(lián)網(wǎng)上所有的計算機通信。 協(xié)議標準規(guī)定，任何實現(xiàn)IP的程序都必須能夠?qū)?shù)據(jù)報分片及重組。事實上，任何網(wǎng)關(guān)若連接兩個以上且具有不同MTU大小的網(wǎng)絡(luò)，則經(jīng)常需要將數(shù)據(jù)報分片傳輸：由于設(shè)計良好的應(yīng)用軟件會主動生成足

35、夠小的、能夠直接通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報，因此主機并不需要經(jīng)常執(zhí)行分片任務(wù).,2020/7/24,72 數(shù)據(jù)報的分片,數(shù)據(jù)報的分片發(fā)生在IP為數(shù)據(jù)報選擇路由之后，以及將其置入一個與指定的網(wǎng)絡(luò)接口相關(guān)聯(lián)的隊列之前的這段時間里。IP把數(shù)據(jù)報長度與網(wǎng)絡(luò)的MTU相比較，以確定是否有必要將其分片。在最簡單的情況下，整個數(shù)據(jù)報可以被封裝成個網(wǎng)絡(luò)分組或幀，因而無需分片。 對需要分片的情況，IP首先生成多個數(shù)據(jù)報，并將每個數(shù)據(jù)報中的分片比特置為1，然后將源數(shù)據(jù)報中的數(shù)據(jù)按順序分片，并將它們裝入這些數(shù)據(jù)報中。它還要在向一源數(shù)據(jù)報產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)報片中將MF比特置為1，末尾的分片除外。IP邊為數(shù)據(jù)報分片，一邊將它們傳遞

36、給網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送出去。,2020/7/24,7.2.1 為一個數(shù)據(jù)報片再次分片,如果被分片的數(shù)據(jù)報本身就是一個數(shù)據(jù)報片，分片處理會變得復(fù)雜一些。當(dāng)一個數(shù)據(jù)報通過兩個或更多的網(wǎng)關(guān)時，可能會出現(xiàn)這種情況。如果某一個網(wǎng)關(guān)為源數(shù)據(jù)報分片，分片后的數(shù)據(jù)報可能還是太大，以致無法通過沿途經(jīng)過的下個網(wǎng)絡(luò)。因此，個網(wǎng)關(guān)可能會接收到需要再次分片的數(shù)據(jù)報片。 為數(shù)據(jù)報分片和為數(shù)據(jù)報片再次分片之間的細微差別就在于網(wǎng)關(guān)處理MF比特的不同：當(dāng)一個網(wǎng)關(guān)為原來未分片的數(shù)據(jù)報分片時，除了末尾的數(shù)據(jù)報片，它將其余所有分片上的MF比特都置為1。類似地，如果一個數(shù)據(jù)報片上的MF比特并未置為1，則網(wǎng)關(guān)會和處理原來未分片的數(shù)據(jù)報完全一樣地

37、處理這個數(shù)據(jù)報片，除末尾的分片外，將每個子分片的MF比特置為1。然而，當(dāng)網(wǎng)關(guān)為一個非末尾的數(shù)據(jù)報片再次分片時，它會把生成的所有(子)分片中的MF比特全部置為1，因為所有這些子分片都不可能是整個數(shù)據(jù)報的末尾數(shù)據(jù)報片。,2020/7/24,73 分片的實現(xiàn),ipputp的入口參數(shù):接口號、下一跳以及一個分組。如果僅用一個分組無法發(fā)送該數(shù)據(jù)報，那么ipputp將數(shù)據(jù)報順序劃分為能夠裝入分組中的數(shù)據(jù)報片。為了做到這一點，ipputp計算分片的最大可能長度，然后將數(shù)據(jù)報順序劃分為一連串最大長度的數(shù)據(jù)報片，最后剩余的數(shù)據(jù)被裝入末尾數(shù)據(jù)報片。一旦ipputp計算出了最大分片長度，它遍歷整個數(shù)據(jù)報，并調(diào)用iP

38、fsend，發(fā)送每個數(shù)據(jù)報片。 在程序代碼中包含了幾個微妙的地方。 首先，每個數(shù)據(jù)報片必須含有一個IP首都，因此次可發(fā)送的最大數(shù)據(jù)量等于MTU減去IP首部的長度，然后截短成為最接近的8的倍數(shù)。 其次，僅當(dāng)數(shù)據(jù)報中剩余的數(shù)據(jù)大于一次可發(fā)送的最大數(shù)據(jù)量時，發(fā)送動作才會繼續(xù)進行。因此，在發(fā)送末尾數(shù)據(jù)報片之前，如果末尾數(shù)據(jù)報片的長度與其他數(shù)據(jù)報片的長度相同，則不會發(fā)送最后這個數(shù)據(jù)報片。 第三，發(fā)送末尾數(shù)據(jù)報片時,ipputp僅對源數(shù)據(jù)報做適當(dāng)更改，而不再把生成的數(shù)據(jù)報片復(fù)制到一個新緩沖區(qū)中。 第四，通常末尾數(shù)據(jù)報片中的MF比特值為0。然而，當(dāng)網(wǎng)關(guān)為一個非末尾的數(shù)據(jù)報片再次分片時，它必須設(shè)置所有子分片的

39、MF比特為1。,2020/7/24,731 發(fā)送一個數(shù)據(jù)報片,過程ipfsend生成并發(fā)送一個數(shù)據(jù)報片。它首先為副本數(shù)據(jù)分配一個新緩沖區(qū)，調(diào)用ipfhcopy將IP首部和選項復(fù)制到新緩沖區(qū)中，形成新數(shù)據(jù)報，然后將作為此數(shù)據(jù)報片的數(shù)據(jù)復(fù)制到新數(shù)據(jù)報中，并將結(jié)果傳遞給netwrite。,2020/7/24,732 復(fù)制數(shù)據(jù)報首部,過程ipfhcopy用于復(fù)制數(shù)據(jù)報首部；大多數(shù)程序代碼要考慮到IP選項的細節(jié)。根據(jù)協(xié)議標準，某些選項只應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)在第一個數(shù)據(jù)報片中，而其他一些則必須出現(xiàn)在所有的數(shù)據(jù)報片中。ipfhcopy遍歷選項宇段，并查看是否應(yīng)該將某個選項復(fù)制到所有分片中。最后，當(dāng)ipfhcopy返回后

40、，ipfsend調(diào)用netwrite來發(fā)送這個數(shù)據(jù)報片。,2020/7/24,74 數(shù)據(jù)報的重組,重組數(shù)據(jù)報時，要求接收方的IP在能夠重組完整的數(shù)據(jù)報之前，不斷累積傳入的數(shù)據(jù)報片。一旦重組成功，IP為數(shù)據(jù)報選擇路由，繼續(xù)送往目的站。因為IP并不保證順序交付，協(xié)議要求IP能夠接受順序混亂的或延遲的數(shù)據(jù)報片。此外，在某個數(shù)據(jù)報的各個分片陸續(xù)到達期間，也可能混雜著其他數(shù)據(jù)報的分片。,2020/7/24,7.4.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),為了使數(shù)據(jù)報的重組效率更高，用于保存數(shù)據(jù)報片的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)必須能夠做到：為構(gòu)成某個特定數(shù)據(jù)報的一組數(shù)據(jù)報片快速定位，在一組數(shù)據(jù)報片中快速插入新的數(shù)據(jù)報片；有效地判斷一個完整的數(shù)據(jù)報是

41、否已經(jīng)全部抵達具有數(shù)據(jù)報片超時機制，如果在重組完成之前定時器溢出，則刪除數(shù)據(jù)報片。 本例中的代碼使用一個列表數(shù)組來保存數(shù)據(jù)報片。數(shù)組中的每個元素對應(yīng)于一個已有數(shù)據(jù)報片到達的數(shù)據(jù)報，并包含了一個指針，指向此數(shù)據(jù)報的分片表，文件ipreass.h說明了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。,2020/7/24,7.4.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)組ipfqt構(gòu)成了數(shù)據(jù)報片的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)組的每個元素對應(yīng)一個數(shù)據(jù)報。結(jié)構(gòu)ipfq定義了需要保存的信息，除數(shù)據(jù)報的源地址和ID字段(iPf_src和ipf_id)之外，每個元素還包含了一個壽命計數(shù)字段(ipf_ttl)，用來指出該數(shù)組元素在超時之前能保留多長時間，ipf_q字段指向一個鏈表，鏈

42、表的表項是所有已經(jīng)到達的數(shù)據(jù)報片。 重組軟件必須判斷某個數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)報片是否已經(jīng)全部抵達。為了提高判斷的效率，分片鏈表按順序存放。鏈表中的數(shù)據(jù)報片根據(jù)它們在原來的數(shù)據(jù)報中的偏移量大小排序。協(xié)議設(shè)計思想使序號的選取變得簡單，因為即使是為一個數(shù)據(jù)報片再次分片時，它的偏移量還是以原來的數(shù)據(jù)報為基準的，因而能夠做到在鏈表中插入任何數(shù)據(jù)報而不需要知道它是一次分片還是多次分片的結(jié)果。,2020/7/24,7.4.2 互斥操作,為了保證進程在訪問數(shù)據(jù)報片的鏈表時不會互相干擾，重組程序代碼使用了個互斥信號量ipfmutex。在文件ipreassh中說明了它是一個外部的整數(shù)值，可被所有程序代碼訪問。正如我們將要

43、看到的，由于互斥操作使系統(tǒng)能夠使用各自獨立的超時進程和重組進程，而使它顯得尤其重要。,2020/7/24,743 在鏈表中加入一個數(shù)據(jù)報片,IP使用傳入數(shù)據(jù)報片首部中的信息來確定出對應(yīng)的數(shù)據(jù)報片鏈表。如果幾個數(shù)據(jù)報片的源地址字段和IP標識符字段中的值相同，那么這些數(shù)據(jù)報片就屬于同一個數(shù)據(jù)報。過程ipreass接收數(shù)據(jù)報片，找出相應(yīng)的鏈表并將數(shù)據(jù)報片插入該鏈表中。給定一個數(shù)據(jù)報片，ipreass在分片表中搜索，看表中是否有與該數(shù)據(jù)報片所屬的數(shù)據(jù)報相對應(yīng)的表項。對每一個表項，它比較兩者的源地址和標識符字段，如果找到匹配的表頂、就調(diào)用ipfadd向鏈表中加入該數(shù)據(jù)報片，然后調(diào)用ipfjoin來查看是

44、否所有的數(shù)據(jù)報片己全部到齊，可以重組數(shù)據(jù)報。如果沒有發(fā)現(xiàn)匹配表項，ipreass分配數(shù)組中的第一個空閑表項，復(fù)制源地址和標識符字段，并將數(shù)據(jù)報片置入一個新分配的隊列中。,2020/7/24,743 在鏈表中加入一個數(shù)據(jù)報片,在我們的實現(xiàn)過程中，使用了線性查找來為一個傳入數(shù)據(jù)報片找出適當(dāng)?shù)逆湵怼τ谛阅芤蟾叩膽?yīng)用，這種方法似乎效率很低。當(dāng)然，一些計算機的確同時接收來自許多數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)報片，因而要求更快的查找方式。然而，由于大多數(shù)計算機更多地與本地環(huán)境中的計算機通信，它們很少會收到分片的數(shù)據(jù)報。再者，因為重組只能在數(shù)據(jù)報到達本機時才發(fā)生，而途經(jīng)的數(shù)據(jù)流不需要重組，所以網(wǎng)關(guān)重組數(shù)據(jù)報的速度不需要像

45、為數(shù)據(jù)報選擇路由時那么快。因而，對典型的計算機系統(tǒng)來說，線性查找已經(jīng)足夠了。,2020/7/24,744 溢出時的丟棄,過程ipfadd將數(shù)據(jù)報片插入給定的鏈表：在正常情況下，此過程顯得微不足道。ipfadd只是調(diào)用enq將數(shù)據(jù)報片放入隊列中，然后將數(shù)據(jù)報的壽命字段復(fù)位。 但是，在分片列表空間已全滿的情況下，新的數(shù)據(jù)報片無法加入鏈表中。當(dāng)這種情況發(fā)生時，ipfadd丟棄對應(yīng)數(shù)據(jù)報的所有數(shù)據(jù)報片，并釋放ipfqt數(shù)組中對應(yīng)的表項。表面上看，這種做法似乎有些奇怪，然而丟棄整個鏈表的原因其實很簡單：只要丟失一個數(shù)據(jù)報片，IP就永遠無法重組并繼續(xù)處理這個數(shù)據(jù)報。因此，釋放它所對應(yīng)的數(shù)據(jù)報片占用的內(nèi)存空

46、間，可以使其他數(shù)據(jù)報有可能進行重組。更進一步講，一旦鏈表的容量達到極限值，它就無法再擴展。此時若保留該鏈表，只會徒然耗費內(nèi)存資源，而不會對成功重組數(shù)據(jù)報起什么作用。,2020/7/24,745 測試一個完整的數(shù)據(jù)報,當(dāng)IP向鏈表中增加一個新數(shù)據(jù)報片后，必須檢查它是否已擁有了組成一個完整數(shù)據(jù)報的全部數(shù)據(jù)報片。過程的ipfjoin檢查數(shù)據(jù)報片鏈表，看它們是否能形成一個完整數(shù)據(jù)報。 在證實了指定的某個數(shù)據(jù)報片鏈表正處于使用狀態(tài)后，ipfjoin進入一個循環(huán)語句，遍歷鏈表中的每個數(shù)據(jù)報片。它先設(shè)置變量off的值為0，然后利用變量off來查看它當(dāng)前指向的數(shù)據(jù)報片所處的位置是否正確，是否就是它在原來的數(shù)據(jù)

47、報中所處的位置。首先，ipfjoin查看當(dāng)前數(shù)據(jù)報片的偏移量是否與off值相符。如果當(dāng)前數(shù)據(jù)報片的偏移量超過了off的值，那么必定還有尚未到達的數(shù)據(jù)報片，因此ipfjoin返回0(這意味著數(shù)據(jù)報片還不能被重組)：如果偏移量與off值一致，那么ipfjoin通過將off值加上當(dāng)前數(shù)據(jù)報片的長度，計算出下一個數(shù)據(jù)報片的偏移量。,2020/7/24,745 測試一個完整的數(shù)據(jù)報,一旦ipfjoin證實所有的數(shù)據(jù)報片已被全部收集齊，則通過判斷來保證數(shù)據(jù)報可以被裝入一個大緩沖區(qū)中。軟件只能處理裝入大緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)報，因為數(shù)據(jù)報在被傳送給應(yīng)用程序之前，必須在連續(xù)的存儲空間中重組。這樣，如果數(shù)據(jù)報無法裝入到

48、一個緩沖區(qū)中，ipfjoin就將這些數(shù)據(jù)報片丟棄。最后，對于可裝入個緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)報來說，ipfjoin調(diào)用ipfcons來收集數(shù)據(jù)報片并重建完整的數(shù)據(jù)報。,2020/7/24,7.4.6 將數(shù)據(jù)報片組裝成完整的數(shù)據(jù)報,過程ipfcons將數(shù)據(jù)報片重組成完整的數(shù)據(jù)報。除了將每個數(shù)據(jù)報片中的數(shù)據(jù)復(fù)制到合適的位置外，它還要建立個有效的數(shù)據(jù)報首部。所需要的信息來自第一個數(shù)據(jù)報片的首部中，但數(shù)據(jù)報長度字段中的值要修改為整個數(shù)據(jù)報的長度：ipfcons將MF比特復(fù)位為0，以表明這個重建的數(shù)據(jù)報不是數(shù)據(jù)報片，并將偏移字段置為0，在數(shù)據(jù)報的重組過程中，ipfcons逐個釋放保存每個數(shù)據(jù)報片的緩沖區(qū)；當(dāng)重組完成

49、后，ipfcons釋放分片表ipfqt中對應(yīng)的表項。,2020/7/24,75 數(shù)據(jù)報片鏈表的維護管理,因為IP是不可靠交付機制，數(shù)據(jù)報在互聯(lián)網(wǎng)中傳輸時有可能會丟失。如果一個數(shù)據(jù)報片丟失，接收端的IP軟件就不能重組原來的數(shù)據(jù)報。更進一步說，因為IP不提供確認機制，所以無法重傳數(shù)據(jù)報片。因此一旦某個數(shù)據(jù)報片丟失，IP將永遠無法恢復(fù)它所對應(yīng)的數(shù)據(jù)報。事實上，如TCP的高層協(xié)議，會使用一個新的數(shù)據(jù)報進行重傳。 為了使丟失數(shù)據(jù)報片的數(shù)據(jù)報不再浪費存儲資源，并防止因為標識符字段的重新使用而給IP帶來混亂當(dāng)已經(jīng)不可能再收到剩余數(shù)據(jù)報片時，IP必須定期檢查數(shù)據(jù)報片鏈表并丟棄舊鏈表，過程ipftimer執(zhí)行定

50、期的清理工作。,2020/7/24,75 數(shù)據(jù)報片鏈表的維護管理,ipftimer在每次被調(diào)用時(通常每秒一次)遍歷數(shù)據(jù)報片鏈表，它遞減每個表項中的壽命字段，并丟棄其值達到0的鏈表。在丟棄一個鏈表時，ipftimer從鏈表中提取出第一個結(jié)點，并利用分組緩沖區(qū)向源地址發(fā)送ICMP超時報文。在發(fā)送了ICMP報文之后，ipftimer釋放鏈表，并將iPfqt中的表項設(shè)置為空閑狀態(tài)，可以被再次使用。,2020/7/24,7.6 初始化,重組數(shù)據(jù)報片時所使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化過程很簡單。過程ipfinit生成互斥信號量并將iPfqt數(shù)組中的每個表項置為空閑狀態(tài)，使之可用。,2020/7/24,7.7 小

51、結(jié),所有實現(xiàn)IP協(xié)議的機器必須能夠?qū)⑼獍l(fā)的數(shù)據(jù)報分片。并且當(dāng)被分片的數(shù)據(jù)報到達后，將其重組。 事實上，網(wǎng)關(guān)通常在遇到一個太大的數(shù)據(jù)報而無法將其作為網(wǎng)絡(luò)MTU傳送到它必須經(jīng)過的網(wǎng)絡(luò)上時，就需要將這個數(shù)據(jù)報分片。數(shù)據(jù)報的分片過程包括為每個數(shù)據(jù)報片復(fù)制數(shù)據(jù)報的首部，設(shè)置偏移字段和MF比特，復(fù)制部分數(shù)據(jù)，并每次發(fā)送一個所得到的數(shù)據(jù)報片。軟件在IP為數(shù)據(jù)報選擇路由之后，以及IP將其置入一個與特定網(wǎng)絡(luò)接口相關(guān)聯(lián)的輸出隊列之前，將個數(shù)據(jù)報分片。與重組相比，分片要更直截了當(dāng)。,2020/7/24,7.7 小結(jié),為了執(zhí)行重組，IP采用了個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于把來自某一特定數(shù)據(jù)報的所有數(shù)據(jù)報片收集起來。 一旦所有的數(shù)據(jù)

52、報片都已聚齊，就可以重組(重建)數(shù)據(jù)報并繼續(xù)處理。 重組與一個維護進程并行工作。每當(dāng)某個數(shù)據(jù)報的一個新數(shù)據(jù)報片到達時，IP在分片表中將此數(shù)據(jù)報的壽命字段復(fù)位。維護進程定期檢查數(shù)據(jù)報片鏈表，并遞減每個表項中的壽命字段；如果在所有數(shù)據(jù)報片到達之前，壽命已達到0，則維護進程丟棄整個數(shù)據(jù)報。,2020/7/24,差錯與控制報文協(xié)議,因特網(wǎng)控制報文協(xié)議 ICMP報文格式與類型 ICMP差錯報告 ICMP控制報文 ICMP請求與應(yīng)答報文對 ICMP報文封裝,2020/7/24,因特網(wǎng)控制報文協(xié)議（ICMP）,ICMP協(xié)議設(shè)計的最初目的主要是用于IP層的差錯報告，由路由器或信宿以一對一的模式向信源報告?zhèn)鬏斿e

53、誤的原因。 隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，檢測和控制功能逐漸被引入到ICMP協(xié)議中，使得ICMP協(xié)議不僅用于傳輸差錯報告，而且大量用于傳輸控制報文。 ICMP與IP協(xié)議位于同一個層次（IP層），但ICMP報文是封裝在IP數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)部分進行傳輸?shù)摹?ICMP協(xié)議是IP協(xié)議的補充，用于IP層的差錯報告、擁塞控制、路徑控制以及路由器或主機信息的獲取。,返回,2020/7/24,ICMP報文格式與類型,ICMP報文由首部和數(shù)據(jù)段組成。首部為定長的8個字節(jié)，前4個字節(jié)是通用部分，后4個字節(jié)隨報文類型的不同有所差異。ICMP報文的一般格式如圖所示。,2020/7/24,ICMP報文雖然細分為很多類，但總的來看可以分為

54、 如圖所示的三大類：差錯報告、控制報文和請求應(yīng)答報文。,返回,2020/7/24,ICMP差錯報告,ICMP差錯報告的數(shù)據(jù)區(qū)包含出錯數(shù)據(jù)報的首部及該數(shù)據(jù)報的前64位數(shù)據(jù)，這些信息有助于信源或管理人員發(fā)現(xiàn)錯誤原因。 ICMP差錯報告具有以下特點： 1）只報告差錯，但不負責(zé)糾正錯誤，糾錯工作留給高層協(xié)議去處理。 2）發(fā)現(xiàn)出錯的設(shè)備只向信源報告差錯。 3）差錯報告作為一般數(shù)據(jù)傳輸，不享受特別優(yōu)先權(quán)和可靠性。 4）產(chǎn)生ICMP差錯報告的同時，會丟棄出錯的IP數(shù)據(jù)報。,2020/7/24,形成ICMP差錯報告時有以下例外： 1）ICMP差錯報文本身不會再產(chǎn)生ICMP差錯報告。 2）分片報文的非第一個分片

55、不會產(chǎn)生ICMP差錯報告。 3）組播地址報文不會產(chǎn)生ICMP差錯報告。 4）特殊地址127.0.0.0和0.0.0.0的報文不會產(chǎn)生ICMP差錯報告。,2020/7/24,1 信宿不可達報告,當(dāng)路由器無法根據(jù)路由表轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報時或主機無法向上層協(xié)議和端口提交IP數(shù)據(jù)報時，將丟棄當(dāng)前的數(shù)據(jù)報，并產(chǎn)生信宿不可達差錯報告，向信源報告出錯。信宿不可達報文如圖所示。,2020/7/24,信宿不可達報文可能由路由器產(chǎn)生，也可能由信宿機產(chǎn)生。產(chǎn)生信宿不可達報文的原因的16種可能 ：,2020/7/24,2 數(shù)據(jù)報超時報告,在數(shù)據(jù)報的傳輸過程中，首部的TTL值用于防止數(shù)據(jù)報因路由表的問題而無休止地在網(wǎng)絡(luò)中傳

56、輸。當(dāng)TTL值為0時，路由器會丟棄當(dāng)前的數(shù)據(jù)報，并產(chǎn)生一個ICMP數(shù)據(jù)報超時報告。另外，在信宿進行分片重組時會啟動重組定時器，一旦重組定時器超時，信宿就會丟棄當(dāng)前正在重組的數(shù)據(jù)報，然后產(chǎn)生一個ICMP數(shù)據(jù)報超時報告，并向信源發(fā)送該超時報告。,2020/7/24,數(shù)據(jù)報超時報告的報文格式與信宿不可達報告的報文格式相同，只是類型和代碼值不同。 數(shù)據(jù)報超時報告的類型和代碼的含義如表所示。類型值11表示是數(shù)據(jù)報超時報文，代碼“0”表示TTL超時，代碼“1”表示分片重組超時。,2020/7/24,3 數(shù)據(jù)報參數(shù)錯報告,數(shù)據(jù)報參數(shù)錯報告是由數(shù)據(jù)報首部字段值不明確或空缺而引起的差錯報告。一旦路由器或信宿機發(fā)

57、現(xiàn)錯誤的數(shù)據(jù)報首部和錯誤的數(shù)據(jù)報選項參數(shù)時，便拋棄該數(shù)據(jù)報，并向信源發(fā)送差錯報告報文。數(shù)據(jù)報參數(shù)錯報文的格式如圖所示。,2020/7/24,類型12表明數(shù)據(jù)報參數(shù)錯 代碼“0”表示數(shù)據(jù)報首部中的某個字段的值有錯或不明確，這時ICMP報文首部的指針指向數(shù)據(jù)報中有問題的字節(jié)； 代碼“1”表示數(shù)據(jù)報首部中缺少某一選項所必須具有的部分參數(shù)，此時的ICMP報文沒有指針字段。 表3給出了數(shù)據(jù)報參數(shù)錯報告的類型。 代碼為“0”的參數(shù)錯只能報告一個出錯參數(shù) 代碼為“1”的參數(shù)錯只能報告缺少參數(shù)，不能說明缺少哪個參數(shù)。,返回,2020/7/24,ICMP控制報文,ICMP控制報文包括源抑制報文和重定向報文 源抑

58、制報文用于擁塞控制 重定向報文用于路徑控制 下表給出了這兩類報文的類型和作用描述。,2020/7/24,1 源抑制報文,IP協(xié)議采用的是無連接數(shù)據(jù)報方式進行傳輸 發(fā)送方事先并不了解中間的路由器和信宿的處理能力和緩沖區(qū)大小 在數(shù)據(jù)報傳輸過程中沒有采用任何流量控制機制 當(dāng)大量的數(shù)據(jù)報進入路由器或信宿時，會造成緩沖區(qū)溢出，即出現(xiàn)擁塞(Congestion)。 ICMP利用源抑制的方法來進行擁塞控制。通過源抑制來減緩信源發(fā)出數(shù)據(jù)報的速率。,2020/7/24,源抑制報文的格式如圖所示。,2020/7/24,源抑制包括三個階段：發(fā)現(xiàn)擁塞階段、解決擁塞階段和恢復(fù)階段。 在發(fā)現(xiàn)擁塞階段，路由器對緩沖區(qū)進行監(jiān)

59、測，一旦發(fā)現(xiàn)擁塞，立即向相應(yīng)的信源發(fā)送ICMP源抑制報文。該信源收到源抑制報文后，便知道擁塞已經(jīng)發(fā)生，而且所發(fā)送的數(shù)據(jù)報已經(jīng)丟掉。 在解決擁塞階段，信源根據(jù)收到的源抑制報文中所帶的原數(shù)據(jù)報的首部信息決定對去往某一特定信宿的信息流進行抑制。通常信源在收到源抑制報文后，按一定的規(guī)則降低發(fā)往某信宿的數(shù)據(jù)報傳輸率。 擁塞解除后，信源逐漸恢復(fù)數(shù)據(jù)報傳輸速率。,2020/7/24,在擁塞控制中以下幾點值得關(guān)注： 1）雖然對于每個因擁塞而丟棄的數(shù)據(jù)報都產(chǎn)生ICMP源抑制報文，但信源只按照自己的時間段進行響應(yīng)。 2）擁塞的解除由信源依據(jù)是否有進一步的源抑制報文到達來進行判斷。 3）擁塞可能是由多個源共同行為的結(jié)果，由于各個信源的發(fā)送速率相差較大，源抑制的效果未必很好。,2020/7/24,2 重定向報文,因特網(wǎng)上的路由器和主機中都存有一個路由表，路由表決定了去往目的地的下一跳路由器的地址。 路由器上的路由表能夠及時地反映網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，這一特點由路由器之間定期交換路由信息加以保證。 主機因為不能保證全天開機，所以主