ipv4向ipv6过渡期协议分析器的设计与实现—免费计算机毕业设计论文

ipv4向ipv6过渡期协议分析器的设计与实现—免费计算机毕业设计论文内容摘要：

层，每一子层赋予不同的功能。 OSI的另一个问题是有些功能在不同的层一再出现，如编址、流量控制、纠错等等。 有些功能放在那里很难达成一致意见，如安全性、加密及网络管理层很难达成一致而干脆未包括在内。 同时 OSI完全忽略了无连接业务的相应的协议，而这在 LAN和演播室局域网中得到了广泛的应用，只是后来才加以补充。 另一个严重问题是 OSI主要考虑通信，而计算机世界有相当多的不同点。 最后在 OSI的实现和政策上都有一些问题。 我们再来看一下 TCP/IP参考模型，如图 1。 可以看到，其中不存在会晤层和表述层，主要面向连接的网络层也被以包交接为基础的无连接互联网络层代替，称为互联网层，数据链路层和物理层也大大简化为主机到网络层（ HostToNetwork），除了指出主机必须使用能发送 IP包的协议外并不规定什么。 在互联网层中定义了包结构和相应的协议，称为互联网协议（ IP： Inter Protocol），主要作用是将 IP包送到相应的地址。 TCP/IP传送层的作用类似于 OSI 传送层的作用，是使源和目标设备相互对话。 TCP/IP 定义了两种端到端协议，第一种是传输 控制协议（ TCP： Transmission Control Protocol），是可靠的面向连接的协议，能确保拜特流无误 码从源设备传送到互联网中的其他设备。 它将输入拜特流分割成较小的信息并将其每一个都放入互联网层，在接收端，接收 TCP重组所接收的信息还原成原拜特流。 TCP还进行流量控制，确保较高速的发送端不会使较低速的接收设备过载。 第二种协议是用户数据报协议（ UDP： User Datagram 图 1 OSI 参考模型和 TCP/IP 参考模型 Protocol），是一个非确保的无连接协议，用于那些不需要 TCP顺序和流量控制的应用，广泛用于单项数据传输、服务 器用户类型的应答应用。 在这些应用中，即时传送比精确传送更重要，典型的应用就是语言和视频传输。 TCP/IP 在网络中的地位和作用 TCP/IP 协议并不完全符合 OSI的七层参考模型。 传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的 7 层抽象的参考模型，其中每一层执行某一特定任务。 该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。 这 7 层是 :物理层、数据链路层、网路层、传输层、话路层、表示层和应用层。 而 TCP/IP 通讯协议采用了4 层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。 这 4 层分别 为：应用层、传输层、互连网络层、网络接口层。 网际协议 IP是 TCP/IP的心脏，也是网络层中最重要的协议。 IP层接收由更低层（网络接口层例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层 TCP或 UDP 层；相反， IP层也把从 TCP或 UDP层接收来的数据包传送到更低层。 IP数据包是不可靠的，因为 IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。 IP数据包中含有发送它的主机的地址（源地址）和接收它的主机的地址（目的地址）。 面向连接的服务（例如 Tel、 FTP、 rlogin、 X Windows和 SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了 TCP。 TCP 协议 TCP协议主为了在主机间实现高可靠性的包交换传输协议。 因为计算机网络在现代社会中已经是不可缺少的了， TCP协议主要在网络不可靠的时候完成通信，对军方可能特别有用，但是对于政府和商用部门也适用。 TCP是面向连接的端到端的可靠协议。 它支持多种网络应用程序。 TCP对下层服务没有多少要求，它假定下层只能提供不可靠的数据报服务，它可以在多种硬件构成的网络上运行。 下面的图是 TCP在层次式结构中的位置，它的下层是 IP协议， TCP可以根据 IP协议提供的服务传送大小不定的数据， IP协议负责对数据进行分段，重组，在多种网络中传送。 TCP 的上面就是应用程序，下面是 IP 协议，上层接口包括一系列类似于操作系统中断的调用。 对于上层应用程序来说， TCP应该能够异步传送数据。 下层接口我们假定为 IP 协议接口。 为了在并不可靠的网络上实现面向连接的可靠的传送数据， TCP必须解 决可靠性，流量控制的问题，必须能够为上层应用程序提供多个接口，同时为多个应用程序提供数据，同时 TCP必须解决连接问题，这样 TCP才能称得上是面向连接的，最后， TCP也必须能够解决通信安全性的问题。 网络环境包括由网关（或其它设备）连接的网络，网络可以是局域网也可以是一些城域网或广域网，但无论它们是什么，它们必须是基于包交换的。 主机上不同的协议有不同的端口号，一对进程通过这个端口号进行通信。 这个通信不包括计算机内的I/O操作，只包括在网络上进行的操作。 网络上的计算机被看作包传送的源和目的结点。 特别应该注意的是 ：计算机中的不同进程可能同时进行通信，这时它们会用端口号进行区别，不会把发向 A 进程的数据由 B 进程接收的。 进程为了传送数据会调用 TCP，将数据和相应的参数传送给TCP，于是 TCP 会将数据传送到目的 TCP 那里，当然这是通过将TCP 包打包在 IP 包内在网络上传送达到的。 接收方 TCP 在接收到数据后会通信上层应用程序， TCP会保证接收数据顺序的正确性。 虽然下层协议可能不会保证顺序是正确的。 这里需要说明的是网关在接收到这个包后，会将包解开，看看是不是已经到目的地了，如果没有到，应该走什么路由达到目的地，在决定后，网关会 根据下一个网络内的协议情况再次将 TCP包打包传送，如果需要，还要把这个包再次分成几段再传送。 这个落地检查的过程是一个耗时的过程。 从上面，我们可以看出 TCP 传送的基本过程，当然具体过程可能要复杂得多。 在实现 TCP的主机上， TCP 可以被看成是一个模块，和文件系统区别不大， TCP也可以调用一些操作系统的功能， TCP 不直接和网络打交道，控制网络的任务由专门的设备驱动模块完成。 TCP只是调用 IP接口， IP向 TCP 提供所有 TCP需要的服务。 通过下图我们可以更清楚地看到 TCP协议的结构。 上面已经说过了， TCP连接是可靠的，而且保证了传送数据包的顺序，保证顺序是用一个序号来保证的。 响应包内也包括一个序列号，表示接收方准备好这个序号的包。 在 TCP传送一个数据包时，它同时把这个数据包放入重发队列中，同时启动记数器，如果收到了关于这个包的确认信息，将此包从队列中删除，如果计时超时则需要重新发送此包。 请注意，从 TCP返回的确认信息并不保证最终接收者接收 到数据，这个责任由接收方负责。 每个用于传送 TCP的通道都有一个端口标记，因为这个标记是由每个 TCP终端确定的，因此 TCP 可能不唯一，为了保证这个数值的唯一，要使用网络地址和端口号的组合达到唯一标识的目的，我们称这个为了套接字（ Socket），一个连接由连接两端的套接字标识，本地的套接字可能和不同的外部套接字通信，这种通信是全双工的。 通过向本地端口发送 OPEN 命令及外部套接字参数建立连接， TCP返回一个标记这个连接的名称，以后如果用户需要使用这个名称标记这个连接。 为了保存这个连接的信息，我们假设有一个称为 传输控制块（ Transmission Control Block， TCB）的东西来保存。 OPEN 命令还指定这个连接的建立是主动请求还是被动等待请求。 下面我们要涉及具体的功能了， TCP 段以inter 数据报的形式传送。 IP 包头传送不同的信息域，包括源地址和目的地址。 TCP 头跟在 inter 包头后面，提供了一些专用于 TCP协议的信息。 下图是 TCP包头格式图： 源端口： 16位； 目的端口： 16位 序列码： 32 位，当 SYN 出现，序列码实际上是初始序列码（ ISN），而第一个数据字节是 ISN+1； 确认码： 32 位，如果设置了 ACK 控制位，这个值表示一个准备接收的包的序列码； 数据偏移量： 4 位，指示何处数据开始； 保留： 6 位，这些位必须是 0； 控制位： 6 位； 窗口： 16位； 校验位： 16位； 优先指针： 16位，指向后面是优先数据的字节； 选项：长度不定；但长度必须以字节记；选项的具体内容我们结合具体命令来看； 填充：不定长，填充的内容 必须为 0，它是为了保证包头的结合和数据的开始处偏移量能够被 32整除； 我们前面已经说过有一个 TCB的东西了， TCB 里有存储了包括发送方，接收方的套接字，用户的发送和接收的缓冲区指针等变量。 除了这些还有一些变量和发送接收序列号有关： 发送序列变量 发送未确认 发送下一个 发送窗口 发送优先指针 用于最后窗口更新的段序列号 用于最后窗口更新的段确认号 ISS 初始发送序列号 接收序列 号 接收下一个 接收下一个 接收优先指针 IRS 初始接收序列号 下图会帮助您了解发送序列变量间的关系： 当前段变量 段序列号 段确认标记 段长 段窗口 段紧急指针 段优先级 连接进程是通过一系列状态表示的，这些状态有： LISTEN，SYNSENT ， SYNRECEIVED ， ESTABLISHED ， FINWAIT1 ，FINWAIT2， CLOSEWAIT， CLOSING， LASTACK， TIMEWAIT 和 CLOSED。 CLOSED 表示没有连接，各个状态的意义如下 ： LISTEN 侦听来自远方 TCP端口的连接请求； SYNSENT 在发送连接请求后等待匹配的连接请求； SYNRECEIVED 在收到和发送一个连接请求后等待对连接请求的确认； ESTABLISHED 代表一个打开的连接，数据可以传送给用户； FINWAIT1 等待远程 TCP 的连接中断请求，或先前的连接中断请求的确认； FINWAIT2 从远程 TCP等待连接中断请求； CLOSEWAIT 等待从本地用户发来的连接中断请求； CLOSING 等待远程 TCP对连接中断的确认； LASTACK 等待原来发向远程 TCP的连接中断请求的确认； TIMEWAIT 等待足够的时间以确保远程 TCP接收到连接中断请求的确认； CLOSED 没有任何连接状态； TCP连接过程是状态的转换，促使发生状态转换的是用户调用：OPEN， SEND， RECEIVE， CLOSE， ABORT 和 STATUS；传送过来的数据段，特别那些包括以下标记的数据段 SYN， ACK， RST 和 FIN；还有超时，上面所说的都会时 TCP状态发生变化。 下面的图表示了 TCP状态的转换，但这图中 没有包括错误的情况和错误处理，不要把这幅图看成是总说明了。 序列号 请注意，我们在 TCP连接中发送的字节都有一个序列号。 因为编了号，所以可以确认它们的收到。 对序列号的确认是累积性的，也就是说，如果用户收到对 X 的确认信息，这表示在 X 以前的数据（不包括 X）都收到了。 在每个段中字节是这样安排的：第一个字节在包头后面，按这个顺 序排列。 我们需要认记实际的序列空间是有限的，虽然很大，但是还是有限的，它的范围是 0到 2 的 32 次方减 1。 我想熟悉编程的一定知道为什么要在计算两个段是不是相继的时候要使用 2 的 32 次方为模了。 TCP 必须进行的序列号比较操作种类包括以下几种： (a) 决定一些发送了的但未确认的序列号； (b) 决定所有的序列号都已经收到了； (c) 决定下一个段中应该包括的序列号。 对于发送的数据 TCP要接收确认，处理确认时必须进行下面的比较操作： = 最老的确认了的序列号； = 下一个要发送的序 列号； = 接收 TCP 的确认，接收 TCP期待的下一个序列号； = 一个数据段的第一个序列号； = 数据段中包括的字节数； + = 数据段的最后一个序列号。 请注意下面的关系： = 如果一个数据段的序列号小于等于确认号的值，那么整个数据段就被确认了。 而在接收数据时下面的比较操作是必须的： = 期待的序列号和接收窗口的最低沿； + = 最后一个序列号和接收窗口的最高沿； = 接收到的第一个序列号； + = 接收到的最后一个序列号； 上面几个量有如下关系： = + 或 = + + 测试的第一部分是检查数据段的开始部分是否在接收窗口中，第二部分是检查数据段的结束部分是否也在接收窗口内；上面两个检查通过任何一个就说明它包括窗口要求的数据。 实 际中的情况会更复杂一些，因为有零窗口和零数据段长，因此我们有下面四种情况： 段长度 接收窗口 测试 0 0 = 0 0 = + 0 0 不可接受 0 0 = + 或 = + + 请注意接收窗口的大小可以为零，在窗口为零时它只用来接收 ACK信息，因此对 于一个 TCP 来说，它可以使用零大小窗口在发送数。