TCP/IP协议及其应用

目　录

第1章　TCP/IP协议基础　1

1.1　网络通信协议与TCP/IP　1

1.1.1　网络通信协议　1

1.1.2　TCP/IP协议　2

1.1.3　管理TCP/IP的组织机构　2

1.1.4　RFC　3

1.2　OSI参考模型　5

1.2.1　OSI参考模型的层次结构　5

1.2.2　OSI参考模型的通信机制　6

1.2.3　协议数据单元(PDU)　7

1.2.4　OSI各层功能和对应的网络管理工作　7

1.3　TCP/IP协议簇　9

1.3.1　TCP/IP与OSI的层次对应关系　9

1.3.2　TCP/IP各层　9

1.3.3　TCP/IP封装与分用　10

1.3.4　TCP/IP协议重要概念　12

1.3.5　分层分析和排查网络故障　13

1.4　协议分析　15

1.4.1　协议分析概述　15

1.4.2　协议分析工具的部署　16

1.4.3　Wireshark简介　18

1.4.4　捕获数据包　19

1.4.5　查看和分析数据包　20

1.5　习题　24

第2章　网络接口层　26

2.1　局域网协议标准　26

2.1.1　IEEE 802局域网协议标准　26

2.1.2　IEEE 802局域网参考模型　27

2.1.3　介质访问控制方法　28

2.1.4　以太网　29

2.2　MAC寻址　29

2.2.1　MAC地址　29

2.2.2　MAC寻址　30

2.3　以太网帧分析　31

2.3.1　以太网帧概述　31

2.3.2　Ethernet II帧格式　32

2.3.3　Ethernet 802.3 raw帧格式　33

2.3.4　IEEE 802.3/802.2帧格式　34

2.3.5　以太网帧格式识别　35

2.3.6　高速以太网帧　35

2.4　广域网技术　37

2.4.1　广域网通信技术　37

2.4.2　广域网连接技术　37

2.4.3　数据链路层协议　38

2.5　PPP协议　38

2.5.1　PPP协议组件　39

2.5.2　PPP层次模型　39

2.5.3　PPP封装与帧格式　40

2.5.4　PPP链路操作　41

2.5.5　LCP协议　43

2.5.6　NCP协议　45

2.5.7　认证协议　47

2.5.8　PPP工作过程　49

2.5.9　PPPoE协议　50

2.5.10　验证分析PPP与PPPoE协议　52

2.6　习题　55

第3章　IP寻址与地址解析　57

3.1　IP分类地址　57

3.1.1　IP地址概述　57

3.1.2　IP地址类别　58

3.1.3　特殊的IP地址　60

3.1.4　专用地址　60

3.1.5　单播地址、多播地址和广播地址　61

3.2　IP子网与超网　62

3.2.1　划分IP子网　63

3.2.2　可变长子网掩码(VLSM)　65

3.2.3　组成IP超网　65

3.3　无类地址与CIDR　66

3.3.1　无类地址　67

3.3.2　通过CIDR实现IP地址汇总　67

3.4　IP地址的配置管理　68

3.4.1　配置IP地址　68

3.4.2　解决IP地址盗用问题　69

3.5　地址解析　70

3.5.1　ARP与RARP概述　70

3.5.2　ARP地址解析原理　71

3.5.3　ARP报文格式　72

3.5.4　验证分析ARP报文格式　74

3.5.5　ARP缓存　75

3.5.6　ARP欺骗　76

3.5.7　代理ARP　77

3.5.8　RARP协议　78

3.6　习题　79

第4章　IP协议　80

4.1　IP协议概述　80

4.1.1　什么是IP协议　80

4.1.2　IP协议的基本功能　81

4.1.3　IP协议的特性　81

4.2　IP数据报　82

4.2.1　IP首部格式　82

4.2.2　差分服务与显式拥塞通告　85

4.2.3　首部校验和　86

4.2.4　验证IP首部信息　87

4.3　数据报分片与重组　87

4.3.1　最大传输单元(MTU)　88

4.3.2　数据报分片　88

4.3.3　分片的重组　89

4.3.4　查看和验证数据报分片与重组　90

4.4　IP选项　91

4.4.1　选项格式　91

4.4.2　主要IP选项介绍　92

4.5　IP软件实现与模块分析　95

4.6　习题　95

第5章　ICMP协议　96

5.1　ICMP协议概述　96

5.1.1　ICMP特性　96

5.1.2　ICMP功能　97

5.1.3　ICMP报文封装　97

5.1.4　ICMP报文格式　98

5.1.5　ICMP报文类型　99

5.2　ICMP差错报告　99

5.2.1　目的地不可达　100

5.2.2　超时　101

5.2.3　参数问题　101

5.2.4　源抑制　102

5.2.5　重定向报文　103

5.3　ICMP查询　104

5.3.1　回送与回送应答报文　104

5.3.2　时间戳与时间戳应答报文　105

5.3.3　地址掩码请求与应答报文　106

5.3.4　路由器请求与路由器通告报文　107

5.4　ICMP应用　108

5.4.1　使用Ping测试网络连通性　108

5.4.2　使用Traceroute跟踪路由　110

5.4.3　ICMP安全问题　110

5.5　习题　111

第6章　IP路由　112

6.1　IP数据报交付　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　特定主机路由与默认路由　114

6.2.4　路由解析　115

6.2.5　路由选择过程　115

6.3　路由协议　116

6.3.1　静态路由与动态路由　116

6.3.2　内部网关协议和外部网关协议　117

6.3.3　距离向量路由协议和链路状态路由协议　118

6.4　RIP协议　118

6.4.1　RIP概述　118

6.4.2　RIP工作原理　119

6.4.3　RIP报文格式　120

6.5　OSPF协议　122

6.5.1　OSPF区域划分与路由聚合　122

6.5.2　OSPF路由计算　124

6.5.3　OSPF网络类型与指定路由器　124

6.5.4　OSPF数据包　125

6.5.5　链路状态通告(LSA)　129

6.6　BGP协议　131

6.6.1　BGP工作原理　132

6.6.2　路径属性　133

6.6.3　BGP报文格式　134

6.7　习题　137

第7章　传输层协议——TCP与UDP　138

7.1　传输层协议概述　138

7.1.1　TCP协议　139

7.1.2　UDP协议　139

7.1.3　进程之间的通信　140

7.2　TCP段格式　142

7.2.1　TCP首部格式　142

7.2.2　选项　144

7.2.3　验证分析TCP段格式　145

7.3　TCP连接　146

7.3.1　TCP连接建立　146

7.3.2　TCP数据传输　149

7.3.3　TCP连接保持　151

7.3.4　TCP连接关闭　151

7.3.5　TCP连接复位　154

7.3.6　传输控制块(TCB)　155

7.3.7　TCP状态转换图　155

7.3.8　TCP连接同时打开与同时关闭　157

7.3.9　序列号与确认号机制　158

7.3.10　SYN洪泛攻击及其防范　161

7.4　TCP可靠性　161

7.4.1　TCP差错控制　161

7.4.2　TCP流量控制　163

7.4.3　TCP拥塞控制　165

7.5　UDP协议　166

7.5.1　数据报格式　167

7.5.2　UDP伪首部与校验和计算　167

7.5.3　验证分析UDP数据报格式　169

7.6　习题　169

第8章　DNS　170

8.1　DNS体系　170

8.1.1　层次名称空间　170

8.1.2　hosts文件　171

8.1.3　域名空间　171

8.1.4　区域(Zone)　172

8.1.5　域名系统　172

8.1.6　DNS服务器　173

8.1.7　DNS资源记录　174

8.1.8　DNS动态更新(DDNS)　174

8.2　DNS解析原理　175

8.2.1　正向解析与反向解析　175

8.2.2　区域管辖与权威服务器　175

8.2.3　区域委派　176

8.2.4　高速缓存　176

8.2.5　权威性应答与非权威性应答　176

8.2.6　递归查询与迭代查询　177

8.2.7　域名解析过程　177

8.3　DNS报文　178

8.3.1　DNS报文结构　178

8.3.2　DNS报文首部格式　179

8.3.3　问题部分格式　180

8.3.4　资源记录格式　182

8.3.5　报文压缩　183

8.3.6　报文传输　183

8.3.7　验证分析DNS报文　184

8.4　DNS部署　187

8.4.1　DNS规划　187

8.4.2　DNS服务器配置　188

8.4.3　主/从DNS服务器部署　189

8.5　习题　189

第9章　DHCP协议　190

9.1　DHCP概述　190

9.1.1　BOOTP协议　190

9.1.2　DHCP的主要功能　191

9.1.3　DHCP系统组成　191

9.2　DHCP报文分析　192

9.2.1　DHCP报文格式　193

9.2.2　验证分析DHCP报文格式　194

9.2.3　DHCP选项分析　194

9.3　DHCP运行机制　199

9.3.1　客户端与服务器交互以分配IP地址　199

9.3.2　客户端与服务器交互以重用原来分配的地址　205

9.3.3　DHCP租约更新　207

9.3.4　使用其他方式配置的IP地址获得配置参数　210

9.3.5　DHCP租约释放　210

9.3.6　DHCP客户端状态及其转换　210

9.3.7　构造和发送DHCP报文　212

9.3.8　DHCP中继代理　213

9.4　习题　214

第10章　应用层协议　215

10.1　应用层协议概述　215

10.1.1　应用层协议的工作机制　215

10.1.2　应用层协议的种类　216

10.2　Telnet协议　216

10.2.1　Telnet概述　216

10.2.2　Telnet工作机制　217

10.2.3　网络虚拟终端　217

10.2.4　选项协商　218

10.2.5　Telnet操作方式　220

10.2.6　Telnet用户接口命令　221

10.2.7　验证分析Telnet通信过程　221

10.3　FTP协议　224

10.3.1　FTP工作过程　224

10.3.2　FTP模型　226

10.3.3　数据传输　228

10.3.4　FTP命令　230

10.3.5　FTP响应　232

10.3.6　验证分析FTP通信过程　234

10.4　电子邮件协议　238

10.4.1　电子邮件系统　238

10.4.2　MIME规范　241

10.4.3　SMTP协议　243

10.4.4　POP协议　247

10.4.5　IMAP协议　249

10.5　HTTP协议　255

10.5.1　HTTP运行机制　255

10.5.2　HTTP通信方式　256

10.5.3　HTTP协议的主要特点　257

10.5.4　统一资源标识符　258

10.5.5　HTTP报文　259

10.5.6　HTTP请求　260

10.5.7　HTTP响应　262

10.5.8　实体(Entity)　265

10.5.9　持续连接　266

10.6　习题　267

第11章　SNMP协议　268

11.1　SNMP协议概述　268

11.1.1　SNMP网络管理机制　268

11.1.2　SNMP版本　270

11.2　SMI　271

11.2.1　对象命名　271

11.2.2　数据类型　272

11.2.3　编码方法　273

11.3　MIB　273

11.3.1　MIB版本　274

11.3.2　MIB分组　274

11.3.3　MIB对象定义　275

11.3.4　MIB变量访问　276

11.4　SNMP实现机制与报文分析　276

11.4.1　SNMP协议操作　277

11.4.2　SNMP的报文格式　279

11.4.3　SNMP实现机制　280

11.4.4　验证分析SNMP报文格式　281

11.4.5　SNMPv3报文结构与实现机制　286

11.5　习题　287

第12章　网络安全协议　289

12.1　网络安全基础　289

12.1.1　网络信息安全需求　289

12.1.2　密码学　289

12.1.3　保密　291

12.1.4　数字签名　291

12.1.5　身份认证　293

12.1.6　对称密钥分配与管理　293

12.1.7　公钥认证与PKI　294

12.1.8　网络安全协议标准　295

12.2　IPSec协议　296

12.2.1　IPSec概述　296

12.2.2　IPSec特性　297

12.2.3　传输模式与隧道模式　297

12.2.4　AH协议　298

12.2.5　ESP协议　300

12.2.6　安全关联与IKE协议　302

12.2.7　IPSec工作机制　305

12.2.8　验证分析IPSec通信　306

12.3　SSL/TLS协议　310

12.3.1　SSL/TLS概述　311

12.3.2　TLS握手协议　313

12.3.3　TLS握手流程　314

12.3.4　TLS记录协议　316

12.3.5　验证分析TLS协议　318

12.3.6　TLS与SSL的差异　322

12.4　习题　323

第13章　IPv6协议　324

13.1　IPv6概述　324

13.1.1　IPv4协议的问题　324

13.1.2　IPv6协议的新特性　325

13.1.3　IPv6协议体系　326

13.2　IPv6寻址架构　326

13.2.1　IPv6寻址概述　326

13.2.2　IPv6地址表示方法　327

13.2.3　IPv6地址前缀与地址类型标识　328

13.2.4　IPv6单播地址　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主机和路由器寻址　332

13.2.9　IPv6地址分配　333

13.3　IPv6数据包格式　334

13.3.1　IPv6首部格式　334

13.3.2　IPv6扩展首部　336

13.3.3　验证分析IPv6数据包格式　340

13.4　ICMPv6协议　341

13.4.1　ICMPv6概述　341

13.4.2　ICMPv6差错报文　343

13.4.3　ICMPv6信息报文　344

13.5　IPv6邻居发现协议　344

13.5.1　邻居发现　344

13.5.2　路由器发现　346

13.5.3　重定向　349

13.5.4　IPv6无状态地址自动配置　349

13.6　多播侦听者发现(MLD)协议　350

13.6.1　MLD概述　350

13.6.2　多播侦听者发现机制　351

13.6.3　MLD报文格式　353

13.7　IPv6路径MTU发现协议　354

13.8　IPv6路由　354

13.9　IPv6名称解析　355

13.10　IPv4到IPv6的过渡　355

13.10.1　双协议栈　356

13.10.2　隧道技术　356

13.10.3　协议转换技术　358

13.11　习题　358

1.基础知识介绍大量使用表格和示意图。 2.对于数据包格式、通信过程使用协议分析软件Wireshark（Ethereal的最新版本）进行验证和分析。 3.除了讲解每种协议的内容外，穿插与该协议相关的网络应用、网络管理维护和网络安全知识，对于动手实践内容（操作步骤）作为实验单独列出。 4.作者文笔好，是畅销书作者。本书基于网络工程和应用需求，按照从低层到高层的逻辑顺序，有针对性地讲解TCP/IP的层次结构、工作原理和协议数据单元。全书共13章，内容包括TCP/IP基础、网络接口层、IP寻址与地址解析、IP协议、ICMP协议、IP路由、TCP与UDP协议、DNS与DHCP协议、应用层协议、SNMP协议、网络安全协议，以及IPv6协议。　　本书内容丰富，注重系统性和实践性，对于重点协议提供协议分析操作示范，引导读者直观地探索TCP/IP。编写过程中参考了最新的RFC文档，反映TCP/IP最新的一些发展动态。　　本书可作为计算机网络相关专业的教材，也可作为网络管理和维护人员的参考书以及各种培训班的教材。