TCP/IP協議及其應用

目　錄

第 1章　TCP/IP協議基礎　1

1.1　網絡通信協議與TCP/IP　1

1.1.1　網絡通信協議　1

1.1.2　TCP/IP協議　2

1.1.3　管理TCP/IP的組織機構　2

1.1.4　RFC　3

1.2　OSI參考模型　5

1.2.1　OSI參考模型的層次結構　5

1.2.2　OSI參考模型的通信機制　6

1.2.3　協議數據單元(PDU)　7

1.2.4　OSI各層功能和對應的網絡管理工作　7

1.3　TCP/IP協議簇　9

1.3.1　TCP/IP與OSI的層次對應關系　9

1.3.2　TCP/IP各層　9

1.3.3　TCP/IP封裝與分用　10

1.3.4　TCP/IP協議重要概念　12

1.3.5　分層分析和排查網絡故障　13

1.4　協議分析　15

1.4.1　協議分析概述　15

1.4.2　協議分析工具的部署　16

1.4.3　Wireshark簡介　18

1.4.4　捕獲數據包　19

1.4.5　查看和分析數據包　20

1.5　習題　24

第 2章　網絡接口層　26

2.1　局域網協議標準　26

2.1.1　IEEE 802局域網協議標準　26

2.1.2　IEEE 802局域網參考模型　27

2.1.3　介質訪問控制方法　28

2.1.4　以太網　29

2.2　MAC尋址　29

2.2.1　MAC地址　29

2.2.2　MAC尋址　30

2.3　以太網幀分析　31

2.3.1　以太網幀概述　31

2.3.2　Ethernet II幀格式　32

2.3.3　Ethernet 802.3 raw幀格式　33

2.3.4　IEEE 802.3/802.2幀格式　34

2.3.5　以太網幀格式識別　35

2.3.6　高速以太網幀　35

2.4　廣域網技術　37

2.4.1　廣域網通信技術　37

2.4.2　廣域網連接技術　37

2.4.3　數據鏈路層協議　38

2.5　PPP協議　38

2.5.1　PPP協議組件　39

2.5.2　PPP層次模型　39

2.5.3　PPP封裝與幀格式　40

2.5.4　PPP鏈路操作　41

2.5.5　LCP協議　43

2.5.6　NCP協議　45

2.5.7　認證協議　47

2.5.8　PPP工作過程　49

2.5.9　PPPoE協議　50

2.5.10　驗證分析PPP與PPPoE協議　52

2.6　習題　55

第3章　IP尋址與地址解析　57

3.1　IP分類地址　57

3.1.1　IP地址概述　57

3.1.2　IP地址類別　58

3.1.3　特殊的IP地址　60

3.1.4　專用地址　60

3.1.5　單播地址、多播地址和廣播地址　61

3.2　IP子網與超網　62

3.2.1　劃分IP子網　63

3.2.2　可變長子網掩碼(VLSM)　65

3.2.3　組成IP超網　65

3.3　無類地址與CIDR　66

3.3.1　無類地址　67

3.3.2　通過CIDR實現IP地址匯總　67

3.4　IP地址的配置管理　68

3.4.1　配置IP地址　68

3.4.2　解決IP地址盜用問題　69

3.5　地址解析　70

3.5.1　ARP與RARP概述　70

3.5.2　ARP地址解析原理　71

3.5.3　ARP報文格式　72

3.5.4　驗證分析ARP報文格式　74

3.5.5　ARP緩存　75

3.5.6　ARP欺騙　76

3.5.7　代理ARP　77

3.5.8　RARP協議　78

3.6　習題　79

第4章　IP協議　80

4.1　IP協議概述　80

4.1.1　什麼是IP協議　80

4.1.2　IP協議的基本功能　81

4.1.3　IP協議的特性　81

4.2　IP數據報　82

4.2.1　IP首部格式　82

4.2.2　差分服務與顯式擁塞通告　85

4.2.3　首部校驗和　86

4.2.4　驗證IP首部信息　87

4.3　數據報分片與重組　87

4.3.1　**大傳輸單元(MTU)　88

4.3.2　數據報分片　88

4.3.3　分片的重組　89

4.3.4　查看和驗證數據報分片與重組　90

4.4　IP選項　91

4.4.1　選項格式　91

4.4.2　主要IP選項介紹　92

4.5　IP軟件實現與模塊分析　95

4.6　習題　95

第5章　ICMP協議　96

5.1　ICMP協議概述　96

5.1.1　ICMP特性　96

5.1.2　ICMP功能　97

5.1.3　ICMP報文封裝　97

5.1.4　ICMP報文格式　98

5.1.5　ICMP報文類型　99

5.2　ICMP差錯報告　99

5.2.1　目的地不可達　100

5.2.2　超時　101

5.2.3　參數問題　101

5.2.4　源抑制　102

5.2.5　重定向報文　103

5.3　ICMP查詢　104

5.3.1　回送與回送應答報文　104

5.3.2　時間戳與時間戳應答報文　105

5.3.3　地址掩碼請求與應答報文　106

5.3.4　路由器請求與路由器通告報文　107

5.4　ICMP應用　108

5.4.1　使用Ping測試網絡連通性　108

5.4.2　使用Traceroute跟蹤路由　110

5.4.3　ICMP安全問題　110

5.5　習題　111

第6章　IP路由　112

6.1　IP數據報交付　112

6.2　IP路由　113

6.2.1　IP路由器　113

6.2.2　IP路由表　113

6.2.3　特定主機路由與默認路由　114

6.2.4　路由解析　115

6.2.5　路由選擇過程　115

6.3　路由協議　116

6.3.1　靜態路由與動態路由　116

6.3.2　內部網關協議和外部網關協議　117

6.3.3　距離向量路由協議和鏈路狀態路由協議　118

6.4　RIP協議　118

6.4.1　RIP概述　118

6.4.2　RIP工作原理　119

6.4.3　RIP報文格式　120

6.5　OSPF協議　122

6.5.1　OSPF區域劃分與路由聚合　122

6.5.2　OSPF路由計算　124

6.5.3　OSPF網絡類型與指定路由器　124

6.5.4　OSPF數據包　125

6.5.5　鏈路狀態通告(LSA)　129

6.6　BGP協議　131

6.6.1　BGP工作原理　132

6.6.2　路徑屬性　133

6.6.3　BGP報文格式　134

6.7　習題　137

第7章　傳輸層協議——TCP與UDP　138

7.1　傳輸層協議概述　138

7.1.1　TCP協議　139

7.1.2　UDP協議　139

7.1.3　進程之間的通信　140

7.2　TCP段格式　142

7.2.1　TCP首部格式　142

7.2.2　選項　144

7.2.3　驗證分析TCP段格式　145

7.3　TCP連接　146

7.3.1　TCP連接建立　146

7.3.2　TCP數據傳輸　149

7.3.3　TCP連接保持　151

7.3.4　TCP連接關閉　151

7.3.5　TCP連接復位　154

7.3.6　傳輸控制塊(TCB)　155

7.3.7　TCP狀態轉換圖　155

7.3.8　TCP連接同時打開與同時關閉　157

7.3.9　序列號與確認號機制　158

7.3.10　SYN洪泛攻擊及其防範　161

7.4　TCP可靠性　161

7.4.1　TCP差錯控制　161

7.4.2　TCP流量控制　163

7.4.3　TCP擁塞控制　165

7.5　UDP協議　166

7.5.1　數據報格式　167

7.5.2　UDP偽首部與校驗和計算　167

7.5.3　驗證分析UDP數據報格式　169

7.6　習題　169

第8章　DNS　170

8.1　DNS體系　170

8.1.1　層次名稱空間　170

8.1.2　hosts文件　171

8.1.3　域名空間　171

8.1.4　區域(Zone)　172

8.1.5　域名系統　172

8.1.6　DNS服務器　173

8.1.7　DNS資源記錄　174

8.1.8　DNS動態更新(DDNS)　174

8.2　DNS解析原理　175

8.2.1　正向解析與反向解析　175

8.2.2　區域管轄與服務器　175

8.2.3　區域委派　176

8.2.4　高速緩存　176

8.2.5　應答與非性應答　176

8.2.6　遞歸查詢與疊代查詢　177

8.2.7　域名解析過程　177

8.3　DNS報文　178

8.3.1　DNS報文結構　178

8.3.2　DNS報文首部格式　179

8.3.3　問題部分格式　180

8.3.4　資源記錄格式　182

8.3.5　報文壓縮　183

8.3.6　報文傳輸　183

8.3.7　驗證分析DNS報文　184

8.4　DNS部署　187

8.4.1　DNS規劃　187

8.4.2　DNS服務器配置　188

8.4.3　主/從DNS服務器部署　189

8.5　習題　189

第9章　DHCP協議　190

9.1　DHCP概述　190

9.1.1　BOOTP協議　190

9.1.2　DHCP的主要功能　191

9.1.3　DHCP系統組成　191

9.2　DHCP報文分析　192

9.2.1　DHCP報文格式　193

9.2.2　驗證分析DHCP報文格式　194

9.2.3　DHCP選項分析　194

9.3　DHCP運行機制　199

9.3.1　客戶端與服務器交互以分配IP地址　199

9.3.2　客戶端與服務器交互以重用原來分配的地址　205

9.3.3　DHCP租約更新　207

9.3.4　使用其他方式配置的IP地址獲得配置參數　210

9.3.5　DHCP租約釋放　210

9.3.6　DHCP客戶端狀態及其轉換　210

9.3.7　構造和發送DHCP報文　212

9.3.8　DHCP中繼代理　213

9.4　習題　214

第 10章　應用層協議　215

10.1　應用層協議概述　215

10.1.1　應用層協議的工作機制　215

10.1.2　應用層協議的種類　216

10.2　Telnet協議　216

10.2.1　Telnet概述　216

10.2.2　Telnet工作機制　217

10.2.3　網絡虛擬終端　217

10.2.4　選項協商　218

10.2.5　Telnet操作方式　220

10.2.6　Telnet用戶接口命令　221

10.2.7　驗證分析Telnet通信過程　221

10.3　FTP協議　224

10.3.1　FTP工作過程　224

10.3.2　FTP模型　226

10.3.3　數據傳輸　228

10.3.4　FTP命令　230

10.3.5　FTP響應　232

10.3.6　驗證分析FTP通信過程　234

10.4　電子郵件協議　238

10.4.1　電子郵件系統　238

10.4.2　MIME規範　241

10.4.3　SMTP協議　243

10.4.4　POP協議　247

10.4.5　IMAP協議　249

10.5　HTTP協議　255

10.5.1　HTTP運行機制　255

10.5.2　HTTP通信方式　256

10.5.3　HTTP協議的主要特點　257

10.5.4　統一資源標識符　258

10.5.5　HTTP報文　259

10.5.6　HTTP請求　260

10.5.7　HTTP響應　262

10.5.8　實體(Entity)　265

10.5.9　持續連接　266

10.6　習題　267

第 11章　SNMP協議　268

11.1　SNMP協議概述　268

11.1.1　SNMP網絡管理機制　268

11.1.2　SNMP版本　270

11.2　SMI　271

11.2.1　對象命名　271

11.2.2　數據類型　272

11.2.3　編碼方法　273

11.3　MIB　273

11.3.1　MIB版本　274

11.3.2　MIB分組　274

11.3.3　MIB對象定義　275

11.3.4　MIB變量訪問　276

11.4　SNMP實現機制與報文分析　276

11.4.1　SNMP協議操作　277

11.4.2　SNMP的報文格式　279

11.4.3　SNMP實現機制　280

11.4.4　驗證分析SNMP報文格式　281

11.4.5　SNMPv3報文結構與實現機制　286

11.5　習題　287

第 12章　網絡安全協議　289

12.1　網絡安全基礎　289

12.1.1　網絡信息安全需求　289

12.1.2　密碼學　289

12.1.3　保密　291

12.1.4　數字簽名　291

12.1.5　身份認證　293

12.1.6　對稱密鑰分配與管理　293

12.1.7　公鑰認證與PKI　294

12.1.8　網絡安全協議標準　295

12.2　IPSec協議　296

12.2.1　IPSec概述　296

12.2.2　IPSec特性　297

12.2.3　傳輸模式與隧道模式　297

12.2.4　AH協議　298

12.2.5　ESP協議　300

12.2.6　安全關聯與IKE協議　302

12.2.7　IPSec工作機制　305

12.2.8　驗證分析IPSec通信　306

12.3　SSL/TLS協議　310

12.3.1　SSL/TLS概述　311

12.3.2　TLS握手協議　313

12.3.3　TLS握手流程　314

12.3.4　TLS記錄協議　316

12.3.5　驗證分析TLS協議　318

12.3.6　TLS與SSL的差異　322

12.4　習題　323

第 13章　IPv6協議　324

13.1　IPv6概述　324

13.1.1　IPv4協議的問題　324

13.1.2　IPv6協議的新特性　325

13.1.3　IPv6協議體系　326

13.2　IPv6尋址架構　326

13.2.1　IPv6尋址概述　326

13.2.2　IPv6地址表示方法　327

13.2.3　IPv6地址前綴與地址類型標識　328

13.2.4　IPv6單播地址　328

13.2.5　IPv6任播地址　330

13.2.6　IPv6多播地址　331

13.2.7　特殊的IPv6地址　332

13.2.8　IPv6主機和路由器尋址　332

13.2.9　IPv6地址分配　333

13.3　IPv6數據包格式　334

13.3.1　IPv6首部格式　334

13.3.2　IPv6擴展首部　336

13.3.3　驗證分析IPv6數據包格式　340

13.4　ICMPv6協議　341

13.4.1　ICMPv6概述　341

13.4.2　ICMPv6差錯報文　343

13.4.3　ICMPv6信息報文　344

13.5　IPv6鄰居發現協議　344

13.5.1　鄰居發現　344

13.5.2　路由器發現　346

13.5.3　重定向　349

13.5.4　IPv6無狀態地址自動配置　349

13.6　多播偵聽者發現(MLD)協議　350

13.6.1　MLD概述　350

13.6.2　多播偵聽者發現機制　351

13.6.3　MLD報文格式　353

13.7　IPv6路徑MTU發現協議　354

13.8　IPv6路由　354

13.9　IPv6名稱解析　355

13.10　IPv4到IPv6的過渡　355

13.10.1　雙協議棧　356

13.10.2　隧道技術　356

13.10.3　協議轉換技術　358

13.11　習題　358