《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課件第5章運(yùn)輸層

1、第3章 數(shù)據(jù)鏈路層第5章 運(yùn)輸層知識(shí)要點(diǎn)UDP協(xié)議TCP協(xié)議運(yùn)輸層概念（標(biāo)注 的標(biāo)題表示最基礎(chǔ)的內(nèi)容） 5.1 運(yùn)輸層協(xié)議概述5.2 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 UDP5.3 傳輸控制協(xié)議 TCP 概述5.4 TCP可靠傳輸?shù)墓ぷ髟?.5 TCP 報(bào)文段的首部格式5.6 TCP 可靠傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)5.7 TCP的流量控制5.8 TCP 的擁塞控制5.9 TCP 的運(yùn)輸連接管理內(nèi)容導(dǎo)航5.1 運(yùn)輸層協(xié)議概述5.1.1 進(jìn)程之間的通信5.1.2 運(yùn)輸層的兩個(gè)主要協(xié)議5.1.3 運(yùn)輸層的端口運(yùn)輸層的功能是什么？這些功能由什么來完成的？采用什么樣的方法實(shí)現(xiàn)的？掌握運(yùn)輸層的功能重點(diǎn)5.1.1 進(jìn)程之間的通信運(yùn)輸層的功

2、能是什么？物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層運(yùn)輸層應(yīng)用層54321處理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用HTTP、SMTP、FTP、TELNET、SNMP實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信路由，主機(jī)間通信點(diǎn)到點(diǎn)通信透明比特流傳送TCP、UDPIP和路由協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議物理層協(xié)議通過面向連接的 TCP （可靠傳輸-實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)檢測(cè)）和無連接的 UDP（盡最大努力交付）兩種協(xié)議，為應(yīng)用進(jìn)程之間提供端到端的邏輯通信。運(yùn)輸層為相互通信的應(yīng)用進(jìn)程提供了邏輯通信 54321運(yùn)輸層提供應(yīng)用進(jìn)程間的邏輯通信應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程IP 層AP1AP2AP4端口端口54321AP3主機(jī) A主機(jī) B路由器 1路由器 2AP1LAN2WANAP2AP3AP4LAN1IP 協(xié)議的作用

3、范圍運(yùn)輸層協(xié)議 TCP 和 UDP 的作用范圍復(fù)用分用（端到端通信）（提供主機(jī)之間的邏輯通信）（提供進(jìn)程之間的邏輯通信）AP2傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層AP5傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層通信子網(wǎng)傳輸層：進(jìn)程到進(jìn)程的通信網(wǎng)絡(luò)AP1AP2AP3AP4AP5AP6主機(jī)A主機(jī)BAP為應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層：主機(jī)到主機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層比較TCPUDPIP應(yīng)用層與各種網(wǎng)絡(luò)接口兩個(gè)對(duì)等運(yùn)輸實(shí)體在通信時(shí)傳送的數(shù)據(jù)單位叫作運(yùn)輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元 TPDU (Transport Protocol Data Unit)。用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 UDP (User Datagram Protocol)傳輸控制協(xié)議 TCP (Transmissi

4、on Control Protocol)5.1.2 運(yùn)輸層的兩個(gè)主要協(xié)議 區(qū)別聯(lián)系TCP 報(bào)文段UDP 報(bào)文或用戶數(shù)據(jù)報(bào)面向無連接不可靠的盡最大努力交付面向連接可靠的實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)檢測(cè)開銷大UDPTCP路由器或交換機(jī)上的端口是硬件端口5.1.3 運(yùn)輸層的端口 為什么要用端口？什么是端口？為了使運(yùn)行不同操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)程能夠互相通信，就必須用統(tǒng)一的方法對(duì) TCP/IP 體系的應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)行標(biāo)志。在運(yùn)輸層使用協(xié)議端口號(hào)(protocol port number)，或通常簡稱為端口(port)。在協(xié)議棧層間的抽象的協(xié)議端口是軟件端口區(qū)分路由器或交換機(jī)上的端口是硬件端口5.1.3 運(yùn)輸層的端口 為什么

5、要用端口？什么是端口？為了使運(yùn)行不同操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)程能夠互相通信，就必須用統(tǒng)一的方法對(duì) TCP/IP 體系的應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)行標(biāo)志。在運(yùn)輸層使用協(xié)議端口號(hào)(protocol port number)，或通常簡稱為端口(port)。在協(xié)議棧層間的抽象的協(xié)議端口是軟件端口區(qū)分硬件端口是不同硬件設(shè)備進(jìn)行交互的接口，而軟件端口是應(yīng)用層的各種協(xié)議進(jìn)程與運(yùn)輸實(shí)體進(jìn)行層間交互的一種地址。TCP 的端口 端口用一個(gè) 16 位端口號(hào)進(jìn)行標(biāo)志。端口號(hào)只具有本地意義，即端口號(hào)只是為了標(biāo)志本計(jì)算機(jī)應(yīng)用層中的各進(jìn)程。在因特網(wǎng)中不同計(jì)算機(jī)的相同端口號(hào)是沒有聯(lián)系的。熟知端口： 01023。應(yīng)用程序FTPTELNETSM

6、TPDNSTFTPHTTPSNMP熟知端口號(hào)212325536980161TCP 的端口 端口用一個(gè) 16 位端口號(hào)進(jìn)行標(biāo)志。端口號(hào)只具有本地意義，即端口號(hào)只是為了標(biāo)志本計(jì)算機(jī)應(yīng)用層中的各進(jìn)程。在因特網(wǎng)中不同計(jì)算機(jī)的相同端口號(hào)是沒有聯(lián)系的。熟知端口： 01023。登記端口：102449151，為沒有熟知端口號(hào)的應(yīng)用程序使用的。使用這個(gè)范圍的端口號(hào)必須在 IANA 登記，以防止重復(fù)?？蛻舳丝谔?hào)或短暫端口號(hào)：4915265535，留給客戶進(jìn)程選擇暫時(shí)使用。當(dāng)服務(wù)器進(jìn)程收到客戶進(jìn)程的報(bào)文時(shí)，就知道了客戶進(jìn)程所使用的動(dòng)態(tài)端口號(hào)。通信結(jié)束后，這個(gè)端口號(hào)可供其他客戶進(jìn)程以后使用。 5.2 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議

7、UDP5.2.1 UDP 概述5.2.2 UDP 的首部格式掌握UDP的特點(diǎn)重點(diǎn)5.2.1 UDP 概述 UDP 的主要特點(diǎn) 1.UDP 是無連接的，發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接。2.UDP 使用盡最大努力交付，即不保證可靠交付，同時(shí)也不使用擁塞控制。5.UDP 是面向報(bào)文的。UDP 沒有擁塞控制，很適合多媒體通信的要求。 3.UDP 支持一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)一和多對(duì)多的交互通信。 4.UDP 的首部開銷小，只有 8 個(gè)字節(jié)。區(qū)分IP和TCP什么是面向報(bào)文？UDP 是面向報(bào)文的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分IP 首部IP 層UDP 首部UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分運(yùn)輸層應(yīng)用層報(bào)文應(yīng)用層UDP 對(duì)應(yīng)用層

8、交下來的報(bào)文，既不合并，也不拆分，而是保留這些報(bào)文的邊界。UDP 是面向報(bào)文的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分IP 首部IP 層UDP 首部UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分運(yùn)輸層應(yīng)用層報(bào)文應(yīng)用層接收方 UDP 對(duì) IP 層交上來的 UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)，在去除首部后就原封不動(dòng)地交付上層的應(yīng)用進(jìn)程，一次交付一個(gè)完整的報(bào)文。可見：在使用UDP協(xié)議時(shí)，應(yīng)用程序必須5.2.2 UDP 的首部格式 數(shù) 據(jù)首 部IP 數(shù)據(jù)報(bào)UDP長度源 IP 地址目的 IP 地址017字節(jié)44112偽首部源端口目的端口長 度檢驗(yàn)和122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù) 據(jù)首 部UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)注意：UDP首部長度為8字節(jié)偽首部僅僅是為了計(jì)算檢驗(yàn)

9、和5.3 傳輸控制協(xié)議 TCP 概述5.3.1 TCP 最主要的特點(diǎn)5.3.2 TCP 的連接掌握TCP的特點(diǎn)了解套接字的概念重點(diǎn)5.3.1 TCP 最主要的特點(diǎn) TCP 的主要特點(diǎn) 1.TCP 是面向連接的，提供全雙工的可靠交付服務(wù)。2.每一條 TCP 連接只能有兩個(gè)端點(diǎn)(endpoint)，每一條 TCP 連接只能是一對(duì)一。3.TCP是面向字節(jié)流的。什么是面向字節(jié)流？768HTCP 面向流的概念 發(fā)送 TCP 報(bào)文段發(fā)送方接收方把字節(jié)寫入發(fā)送緩存從接收緩存讀取字節(jié)應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程1230181716151419202145131211H109H加上 TCP 首部構(gòu)成 TCP 報(bào)文段TCPT

10、CP字節(jié)流字節(jié)流H表示 TCP 報(bào)文段的首部x表示序號(hào)為 x 的數(shù)據(jù)字節(jié)TCP 連接注意1：TCP 連接是一條虛連接而不是一條真正的物理連接。768HTCP 面向流的概念 發(fā)送 TCP 報(bào)文段發(fā)送方接收方把字節(jié)寫入發(fā)送緩存從接收緩存讀取字節(jié)應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程1230181716151419202145131211H109H加上 TCP 首部構(gòu)成 TCP 報(bào)文段TCPTCP字節(jié)流字節(jié)流H表示 TCP 報(bào)文段的首部x表示序號(hào)為 x 的數(shù)據(jù)字節(jié)TCP 連接注意2：TCP 對(duì)應(yīng)用進(jìn)程一次把多長的報(bào)文發(fā)送到TCP 的緩存中是不關(guān)心的。768HTCP 面向流的概念 發(fā)送 TCP 報(bào)文段發(fā)送方接收方把字節(jié)寫入

11、發(fā)送緩存從接收緩存讀取字節(jié)應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程1230181716151419202145131211H109H加上 TCP 首部構(gòu)成 TCP 報(bào)文段TCPTCP字節(jié)流字節(jié)流H表示 TCP 報(bào)文段的首部x表示序號(hào)為 x 的數(shù)據(jù)字節(jié)TCP 連接注意3： TCP 根據(jù)對(duì)方給出的窗口值和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)擁塞的程度來決定一個(gè)報(bào)文段應(yīng)包含多少個(gè)字節(jié)（UDP 發(fā)送的報(bào)文長度是應(yīng)用進(jìn)程給出的）。768HTCP 面向流的概念 發(fā)送 TCP 報(bào)文段發(fā)送方接收方把字節(jié)寫入發(fā)送緩存從接收緩存讀取字節(jié)應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程1230181716151419202145131211H109H加上 TCP 首部構(gòu)成 TCP 報(bào)文段TCPTC

12、P字節(jié)流字節(jié)流H表示 TCP 報(bào)文段的首部x表示序號(hào)為 x 的數(shù)據(jù)字節(jié)TCP 連接注意4： TCP 可把太長的數(shù)據(jù)塊劃分短一些再傳送。TCP 也可等待積累有足夠多的字節(jié)后再構(gòu)成報(bào)文段發(fā)送出去。 5.3.2 TCP 的連接 TCP 把連接作為最基本的抽象。每一條 TCP 連接有兩個(gè)端點(diǎn)。TCP 連接的端點(diǎn)不是主機(jī)，不是主機(jī)的IP 地址，不是應(yīng)用進(jìn)程，也不是運(yùn)輸層的協(xié)議端口。TCP 連接的端點(diǎn)叫做套接字(socket)或插口。端口號(hào)拼接到(contatenated with) IP 地址即構(gòu)成了套接字。 TCP 連接的概念 套接字 (socket) 套接字 socket = (IP地址: 端口號(hào))

13、 (5-1)每一條 TCP 連接唯一地被通信兩端的兩個(gè)端點(diǎn)（即兩個(gè)套接字）所確定。即： TCP 連接 := socket1, socket2 = (IP1: port1), (IP2: port2) (5-2)5.4 可靠傳輸?shù)墓ぷ髟砑皩?shí)現(xiàn)5.4.1 停止等待協(xié)議5.4.2 連續(xù) ARQ 協(xié)議5.4.3 TCP 可靠傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)掌握連續(xù)ARQ協(xié)議的工作原理重點(diǎn)5.4.1 停止等待協(xié)議 (a) 無差錯(cuò)情況A發(fā)送 M1確認(rèn) M1B發(fā)送 M2發(fā)送 M3確認(rèn) M2確認(rèn) M3A發(fā)送 M1B超時(shí)重傳 M1發(fā)送 M2確認(rèn) M1丟棄有差錯(cuò)的報(bào)文(b) 超時(shí)重傳tttt發(fā)送時(shí)可靠性保證5.4.1 停止等待協(xié)議A

14、發(fā)送 M1B超時(shí)重傳 M1發(fā)送 M2丟棄重復(fù)的 M1重傳確認(rèn) M1(a) 確認(rèn)丟失確認(rèn) M1A發(fā)送 M1B超時(shí)重傳 M1發(fā)送 M2丟棄重復(fù)的 M1重傳確認(rèn)M1(b) 確認(rèn)遲到確認(rèn) M1收到遲到的確認(rèn)但什么也不做tttt接收時(shí)可靠性保證停止等待協(xié)議依靠確認(rèn)和重傳機(jī)制保證可靠性信道利用率 停止等待協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是簡單，但缺點(diǎn)是信道利用率太低。 TDRTTATD + RTT + TAB分組確認(rèn)tt分組確認(rèn)(5-3)流水線傳輸 發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多個(gè)分組，不必每發(fā)完一個(gè)分組就停頓下來等待對(duì)方的確認(rèn)。由于信道上一直有數(shù)據(jù)不間斷地傳送，這種傳輸方式可獲得很高的信道利用率。 B分組ttAACK如何提高信道利用率呢

15、？發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多個(gè)分組，不必每發(fā)完一個(gè)分組就停頓下來等待對(duì)方的確認(rèn)。由于信道上一直有數(shù)據(jù)不間斷地傳送，這種傳輸方式可獲得很高的信道利用率。 分組5.4.2 連續(xù) ARQ 協(xié)議 123456789101112(a) 發(fā)送方維持發(fā)送窗口（發(fā)送窗口是 5）發(fā)送窗口(b) 收到一個(gè)確認(rèn)后發(fā)送窗口向前滑動(dòng)向前123456789101112發(fā)送窗口累積確認(rèn)：只對(duì)按序到達(dá)的最后一個(gè)分組發(fā)送確認(rèn)Go-back-N(回退 N)：在某個(gè)分組出錯(cuò)時(shí)，需要再退回來重傳已發(fā)送過的 N 個(gè)分組。ARQ原理確認(rèn)6出錯(cuò)重傳1-6個(gè)分組累積確認(rèn)的優(yōu)點(diǎn)是：容易實(shí)現(xiàn)，即使確認(rèn)丟失也不必重傳。缺點(diǎn)是：不能向發(fā)送方反映出接收方已經(jīng)

16、正確收到的所有分組的信息。TCP首部20 字節(jié)的固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FIN32 位SYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充TCP 數(shù)據(jù)部分TCP 首部TCP 報(bào)文段IP 數(shù)據(jù)部分IP 首部發(fā)送在前5.5 TCP 報(bào)文段的首部格式 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充源端口和目的端口字段各占 2 字節(jié)。端口是

17、運(yùn)輸層與應(yīng)用層的服務(wù)接口。運(yùn)輸層的復(fù)用和分用功能都要通過端口才能實(shí)現(xiàn)。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充序號(hào)字段占 4 字節(jié)。TCP 連接中傳送的數(shù)據(jù)流中的每一個(gè)字節(jié)都編上一個(gè)序號(hào)。序號(hào)字段的值則指的是本報(bào)文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8

18、 16 24 31填 充確認(rèn)號(hào)字段占 4 字節(jié)，是期望收到對(duì)方的下一個(gè)報(bào)文段的數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充數(shù)據(jù)偏移（即首部長度）占 4 位，它指出 TCP 報(bào)文段的數(shù)據(jù)起始處距離 TCP 報(bào)文段的起始處有多遠(yuǎn)?！皵?shù)據(jù)偏移”的單位是 32 位字（即以 4 字節(jié)為計(jì)算單位）。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確

19、 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充保留字段占 6 位，保留為今后使用，但目前應(yīng)置為 0。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充緊急 URG 當(dāng) URG 1 時(shí)，表明緊急指針字段有效。它告訴系統(tǒng)此報(bào)文段中有緊急數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快傳送(相當(dāng)于高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù))。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn)

20、號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充確認(rèn) ACK 只有當(dāng) ACK 1 時(shí)確認(rèn)號(hào)字段才有效。當(dāng) ACK 0 時(shí)，確認(rèn)號(hào)無效。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充推送 PSH (PuSH) 接收 TCP 收到 PSH = 1 的報(bào)文段，就盡快地交付接收應(yīng)用進(jìn)程，而不再等到整個(gè)緩存都填滿了后再向上交付。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源

21、 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充復(fù)位 RST (ReSeT) 當(dāng) RST 1 時(shí)，表明 TCP 連接中出現(xiàn)嚴(yán)重差錯(cuò)（如由于主機(jī)崩潰或其他原因），必須釋放連接，然后再重新建立運(yùn)輸連接。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充同步 SYN 同步 SYN = 1 表示這是一個(gè)連接請(qǐng)求或連接接受報(bào)文。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移

22、檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充終止 FIN (FINis) 用來釋放一個(gè)連接。FIN 1 表明此報(bào)文段的發(fā)送端的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，并要求釋放運(yùn)輸連接。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充窗口字段 占 2 字節(jié)，用來讓對(duì)方設(shè)置發(fā)送窗口的依據(jù)，單位為字節(jié)。TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢

23、 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充檢驗(yàn)和 占 2 字節(jié)。檢驗(yàn)和字段檢驗(yàn)的范圍包括首部和數(shù)據(jù)這兩部分。在計(jì)算檢驗(yàn)和時(shí)，要在 TCP 報(bào)文段的前面加上 12 字節(jié)的偽首部。TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充緊急指針字段 占 16 位，指出在本報(bào)文段中緊急數(shù)據(jù)共有多少個(gè)字節(jié)（緊急數(shù)據(jù)放在本報(bào)文段數(shù)據(jù)的最前面）。

24、 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充選項(xiàng)字段 長度可變。TCP 最初只規(guī)定了一種選項(xiàng)，即最大報(bào)文段長度 MSS。MSS 告訴對(duì)方 TCP：“我的緩存所能接收的報(bào)文段的數(shù)據(jù)字段的最大長度是 MSS 個(gè)字節(jié)?！?MSS (Maximum Segment Size)是 TCP 報(bào)文段中的數(shù)據(jù)字段的最大長度。數(shù)據(jù)字段加上 TCP 首部才等于整個(gè)的 TCP 報(bào)文段。其他選項(xiàng)窗口擴(kuò)大選項(xiàng) 占 3 字節(jié)，其中有一個(gè)字節(jié)表示移位值 S。新

25、的窗口值等于TCP 首部中的窗口位數(shù)增大到(16 + S)，相當(dāng)于把窗口值向左移動(dòng) S 位后獲得實(shí)際的窗口大小。時(shí)間戳選項(xiàng)占10 字節(jié)，其中最主要的字段時(shí)間戳值字段（4 字節(jié)）和時(shí)間戳回送回答字段（4 字節(jié)）。選擇確認(rèn)選項(xiàng)在后面的 5.6.3 節(jié)介紹。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充填充字段 這是為了使整個(gè)首部長度是 4 字節(jié)的整數(shù)倍。 5.6 TCP 可靠傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn) 以字節(jié)為單位的滑動(dòng)窗口前移不允許發(fā)送已發(fā)送并收到確認(rèn)

26、A 的發(fā)送窗口 = 20允許發(fā)送的序號(hào)26272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556B 期望收到的序號(hào)前沿后沿前移收縮根據(jù) B 給出的窗口值A(chǔ) 構(gòu)造出自己的發(fā)送窗口 TCP 標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)烈不贊成發(fā)送窗口前沿向后收縮 不允許發(fā)送已發(fā)送并收到確認(rèn)A 的發(fā)送窗口位置不變?cè)试S發(fā)送但尚未發(fā)送262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已發(fā)送但未收到確認(rèn)56P1P2P3不允許接收已發(fā)送確認(rèn)并交付主機(jī)B 的接收窗口允許接收26272829303132333435

27、363738394041424344454647484950515253545556未按序收到可用窗口A 發(fā)送了 11 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù) P3 P1 = A 的發(fā)送窗口（又稱為通知窗口）P2 P1 = 已發(fā)送但尚未收到確認(rèn)的字節(jié)數(shù)P3 P2 = 允許發(fā)送但尚未發(fā)送的字節(jié)數(shù)（又稱為可用窗口） 允許發(fā)送但尚未發(fā)送A 的發(fā)送窗口向前滑動(dòng)262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已發(fā)送并收到確認(rèn)不允許發(fā)送已發(fā)送但未收到確認(rèn)56P1P2P3允許接收B 的接收窗口向前滑動(dòng)2627282930313233343536373839404

28、14243444546474849505152535455已發(fā)送確認(rèn)并交付主機(jī)不允許接收56未按序收到A 收到新的確認(rèn)號(hào)，發(fā)送窗口向前滑動(dòng) 先存下，等待缺少的數(shù)據(jù)的到達(dá)不允許發(fā)送已發(fā)送并收到確認(rèn)A 的發(fā)送窗口已滿，有效窗口為零262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已發(fā)送但未收到確認(rèn)56P1P2P3A 的發(fā)送窗口內(nèi)的序號(hào)都已用完，但還沒有再收到確認(rèn)，必須停止發(fā)送。 發(fā)送緩存 最后被確認(rèn)的字節(jié)發(fā)送應(yīng)用程序發(fā)送緩存最后發(fā)送的字節(jié)發(fā)送窗口已發(fā)送TCP序號(hào)增大發(fā)送緩存用來暫時(shí)存放： 發(fā)送應(yīng)用程序傳送給發(fā)送方 TCP 準(zhǔn)備發(fā)

29、送的數(shù)據(jù)； TCP 已發(fā)送出但尚未收到確認(rèn)的數(shù)據(jù)。接收緩存接收應(yīng)用程序已收到接收窗口TCP接收緩存下一個(gè)讀取的字節(jié)序號(hào)增大下一個(gè)期望收到的字節(jié)（確認(rèn)號(hào)）接收緩存用來暫時(shí)存放： 按序到達(dá)的、但尚未被接收應(yīng)用程序讀取的數(shù)據(jù)； 不按序到達(dá)的數(shù)據(jù)。需要強(qiáng)調(diào)三點(diǎn)A 的發(fā)送窗口并不總是和 B 的接收窗口一樣大（因?yàn)橛幸欢ǖ臅r(shí)間滯后）。TCP 標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定對(duì)不按序到達(dá)的數(shù)據(jù)應(yīng)如何處理。通常是先臨時(shí)存放在接收窗口中，等到字節(jié)流中所缺少的字節(jié)收到后，再按序交付上層的應(yīng)用進(jìn)程。TCP 要求接收方必須有累積確認(rèn)的功能，這樣可以減小傳輸開銷。 5.7 TCP 的流量控制如果發(fā)送方把數(shù)據(jù)發(fā)送得過快，接收方可會(huì)造成數(shù)據(jù)的

30、丟失流量控制(flow control)就是讓發(fā)送方的發(fā)送速率不要太快，既要讓接收方來得及接收，也不要使網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞。TCP利用滑動(dòng)窗口實(shí)現(xiàn)流量控制seq = 1, DATAseq = 201, DATAseq = 401, DATAseq = 301, DATAseq = 101, DATAseq = 201, DATAseq = 501, DATAACK = 1, ack = 201, rwnd = 300ACK = 1, ack = 601, rwnd = 0ACK = 1, ack = 501, rwnd = 100AB允許 A 發(fā)送序號(hào) 201 至 500 共 300 字節(jié)A 發(fā)送了

31、序號(hào) 101 至 200，還能發(fā)送 200 字節(jié)A 發(fā)送了序號(hào) 301 至 400，還能再發(fā)送 100 字節(jié)新數(shù)據(jù)A 發(fā)送了序號(hào) 1 至 100，還能發(fā)送 300 字節(jié)A 發(fā)送了序號(hào) 401 至 500，不能再發(fā)送新數(shù)據(jù)了A 超時(shí)重傳舊的數(shù)據(jù)，但不能發(fā)送新的數(shù)據(jù)允許 A 發(fā)送序號(hào) 501 至 600 共 100 字節(jié)A 發(fā)送了序號(hào) 501 至 600，不能再發(fā)送了不允許 A 再發(fā)送（到序號(hào) 600 為止的數(shù)據(jù)都收到了）丟失！流量控制舉例A 向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)。在連接建立時(shí)，B 告訴 A：“我的接收窗口 rwnd = 400（字節(jié)）”。seq = 1, DATAseq = 201, DATAseq

32、 = 401, DATAseq = 301, DATAseq = 101, DATAseq = 201, DATAseq = 501, DATAACK = 1, ack = 201, rwnd = 300ACK = 1, ack = 601, rwnd = 0ACK = 1, ack = 501, rwnd = 100AB允許 A 發(fā)送序號(hào) 201 至 500 共 300 字節(jié)A 發(fā)送了序號(hào) 101 至 200，還能發(fā)送 200 字節(jié)A 發(fā)送了序號(hào) 301 至 400，還能再發(fā)送 100 字節(jié)新數(shù)據(jù)A 發(fā)送了序號(hào) 1 至 100，還能發(fā)送 300 字節(jié)A 發(fā)送了序號(hào) 401 至 500，不能再

33、發(fā)送新數(shù)據(jù)了A 超時(shí)重傳舊的數(shù)據(jù)，但不能發(fā)送新的數(shù)據(jù)允許 A 發(fā)送序號(hào) 501 至 600 共 100 字節(jié)A 發(fā)送了序號(hào) 501 至 600，不能再發(fā)送了不允許 A 再發(fā)送（到序號(hào) 600 為止的數(shù)據(jù)都收到了）丟失！流量控制舉例A 向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)。在連接建立時(shí)，B 告訴 A：“我的接收窗口 rwnd = 400（字節(jié)）”?？梢姡築進(jìn)行了3次流量控制。Rwnd=300Rwnd=100Rwnd=05.8 TCP 的擁塞控制什么時(shí)候發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞？(發(fā)生擁塞的條件是什么？)擁塞控制是一個(gè)全局性的過程，涉及到所有的主機(jī)、所有的路由器，以及與降低網(wǎng)絡(luò)傳輸性能有關(guān)的所有因素。注意與流量控制的區(qū)別：流量控

34、制往往指在給定的發(fā)送端和接收端之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信量的控制。對(duì)資源需求的總和 可用資源第3章 數(shù)據(jù)鏈路層幾種擁塞控制方法1. 慢開始和擁塞避免發(fā)送方維持一個(gè)叫做擁塞窗口 cwnd (congestion window)的狀態(tài)變量。擁塞窗口的大小取決于網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度，并且動(dòng)態(tài)地在變化。發(fā)送方讓自己的發(fā)送窗口等于擁塞窗口。如再考慮到接收方的接收能力，則發(fā)送窗口還可能小于擁塞窗口。發(fā)送方控制擁塞窗口的原則是：只要網(wǎng)絡(luò)沒有出現(xiàn)擁塞，擁塞窗口就再增大一些，以便把更多的分組發(fā)送出去。但只要網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，擁塞窗口就減小一些，以減少注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層慢開始和擁塞避免算法原理 在主機(jī)剛剛開始

35、發(fā)送報(bào)文段時(shí)可先設(shè)置擁塞窗口 cwnd = 1，即設(shè)置為一個(gè)最大報(bào)文段 MSS 的數(shù)值。在每收到一個(gè)對(duì)新的報(bào)文段的確認(rèn)后，將擁塞窗口加 1，即增加一個(gè) MSS 的數(shù)值。用這樣的方法逐步增大發(fā)送端的擁塞窗口 cwnd，可以使分組注入到網(wǎng)絡(luò)的速率更加合理。 “擁塞避免”是說在擁塞避免階段把擁塞窗口控制為按線性規(guī)律增長，使網(wǎng)絡(luò)比較不容易出現(xiàn)擁塞。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層2. 快重傳和快恢復(fù)快重傳算法首先要求接收方每收到一個(gè)失序的報(bào)文段后就立即發(fā)出重復(fù)確認(rèn)。這樣做可以讓發(fā)送方及早知道有報(bào)文段沒有到達(dá)接收方。 發(fā)送方只要一連收到三個(gè)重復(fù)確認(rèn)就應(yīng)當(dāng)立即重傳對(duì)方尚未收到的報(bào)文段。 不難看出，快重傳并非取消重傳計(jì)

36、時(shí)器，而是在某些情況下可更早地重傳丟失的報(bào)文段。第3章 數(shù)據(jù)鏈路層快重傳舉例發(fā)送方接收方發(fā)送 M1 確認(rèn) M1t 確認(rèn) M2 發(fā)送 M2發(fā)送 M3發(fā)送 M4 ？發(fā)送 M5發(fā)送 M6 重復(fù)確認(rèn) M2 立即重傳 M3 重復(fù)確認(rèn) M2 重復(fù)確認(rèn) M2 t發(fā)送 M7收到三個(gè)連續(xù)的對(duì) M2 的重復(fù)確認(rèn)立即重傳 M3丟失第3章 數(shù)據(jù)鏈路層快恢復(fù)算法 (1) 當(dāng)發(fā)送端收到連續(xù)三個(gè)重復(fù)的確認(rèn)時(shí)，就執(zhí)行“乘法減小”算法，把慢開始門限 ssthresh 減半。但接下去不執(zhí)行慢開始算法。 (2)由于發(fā)送方現(xiàn)在認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)很可能沒有發(fā)生擁塞，因此現(xiàn)在不執(zhí)行慢開始算法，即擁塞窗口 cwnd 現(xiàn)在不設(shè)置為 1，而是設(shè)置為慢開

37、始門限 ssthresh 減半后的數(shù)值，然后開始執(zhí)行擁塞避免算法（“加法增大”），使擁塞窗口緩慢地線性增大。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層24從連續(xù)收到三個(gè)重復(fù)的確認(rèn)轉(zhuǎn)入擁塞避免 2468101214161820220048121620傳輸輪次擁塞窗口 cwnd收到 3 個(gè)重復(fù)的確認(rèn)執(zhí)行快重傳算法慢開始“乘法減小”擁塞避免“加法增大”TCP Reno版本TCP Tahoe 版本(已廢棄不用）ssthresh 的初始值擁塞避免“加法增大”新的 ssthresh 值慢開始快恢復(fù)第3章 數(shù)據(jù)鏈路層24從連續(xù)收到三個(gè)重復(fù)的確認(rèn)轉(zhuǎn)入擁塞避免 2468101214161820220048121620傳輸輪次擁塞窗口

38、 cwnd收到 3 個(gè)重復(fù)的確認(rèn)執(zhí)行快重傳算法慢開始“乘法減小”擁塞避免“加法增大”TCP Reno版本TCP Tahoe 版本(已廢棄不用）ssthresh 的初始值擁塞避免“加法增大”新的 ssthresh 值慢開始快恢復(fù)“加法增大”是指執(zhí)行擁塞避免算法后，在收到對(duì)所有報(bào)文段的確認(rèn)后（即經(jīng)過一個(gè)往返時(shí)間），就把擁塞窗口 cwnd增加一個(gè) MSS 大小，使擁塞窗口緩慢增大，以防止網(wǎng)絡(luò)過早出現(xiàn)擁塞。第3章 數(shù)據(jù)鏈路層24從連續(xù)收到三個(gè)重復(fù)的確認(rèn)轉(zhuǎn)入擁塞避免 2468101214161820220048121620傳輸輪次擁塞窗口 cwnd收到 3 個(gè)重復(fù)的確認(rèn)執(zhí)行快重傳算法慢開始“乘法減小”擁

39、塞避免“加法增大”TCP Reno版本TCP Tahoe 版本(已廢棄不用）ssthresh 的初始值擁塞避免“加法增大”新的 ssthresh 值慢開始快恢復(fù)“乘法減小“是指不論在慢開始階段還是擁塞避免階段，只要出現(xiàn)一次超時(shí)（即出現(xiàn)一次網(wǎng)絡(luò)擁塞），就把慢開始門限值 ssthresh 設(shè)置為當(dāng)前的擁塞窗口值乘以 0.5。第3章 數(shù)據(jù)鏈路層5.9 TCP 的運(yùn)輸連接管理5.9.1 TCP 的連接建立5.9.2 TCP 的連接釋放5.9.3 TCP 的有限狀態(tài)機(jī)掌握TCP連接的三次握手重點(diǎn)第3章 數(shù)據(jù)鏈路層5.9.1 TCP 的連接建立回顧：面向連接服務(wù)的步驟是什么？連接建立數(shù)據(jù)傳輸連接釋放建立連

40、接的目的是什么？要使每一方能夠確知對(duì)方的存在。要允許雙方協(xié)商一些參數(shù)（如最大報(bào)文段長度，最大窗口大小，服務(wù)質(zhì)量等）能夠?qū)\(yùn)輸實(shí)體資源（如緩存大小，連接表中的項(xiàng)目等）進(jìn)行分配。第3章 數(shù)據(jù)鏈路層客戶/服務(wù)器方式 連接如何實(shí)現(xiàn)的？采用客戶/服務(wù)器方式客戶服務(wù)器主動(dòng)發(fā)起連接建立的應(yīng)用進(jìn)程叫做客戶(client)。被動(dòng)等待連接建立的應(yīng)用進(jìn)程叫做服務(wù)器(server)。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層SYN = 1, seq = xCLOSEDCLOSED主動(dòng)打開被動(dòng)打開AB客戶服務(wù)器TCP 連接的三次握手A 的 TCP 向 B 發(fā)出連接請(qǐng)求報(bào)文段，其首部中的同步位 SYN = 1，并選擇序號(hào) seq = x，表明

41、傳送數(shù)據(jù)時(shí)的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的序號(hào)是 x。同步 SYN = 1 表示這是一個(gè)連接請(qǐng)求或連接接受報(bào)文第3章 數(shù)據(jù)鏈路層SYN = 1, seq = xCLOSEDCLOSED主動(dòng)打開被動(dòng)打開AB客戶服務(wù)器SYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack= x 1 B 的 TCP 收到連接請(qǐng)求報(bào)文段后，如同意，則 發(fā)回確認(rèn)。B 在確認(rèn)報(bào)文段中應(yīng)使 SYN = 1，使 ACK = 1， 其確認(rèn)號(hào)ack = x 1，自己選擇的序號(hào) seq = y。TCP 連接的三次握手第3章 數(shù)據(jù)鏈路層SYN = 1, seq = xACK = 1, seq = x + 1, ack = y 1CLOSED

42、CLOSED主動(dòng)打開被動(dòng)打開AB客戶服務(wù)器SYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack= x 1TCP 連接的三次握手A收到此報(bào)文段后向 B 給出確認(rèn)，其 ACK = 1，確認(rèn)號(hào) ack = y 1。 A 的 TCP 通知上層應(yīng)用進(jìn)程，連接已經(jīng)建立。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層SYN = 1, seq = xACK = 1, seq = x + 1, ack = y 1CLOSEDCLOSED數(shù)據(jù)傳送主動(dòng)打開被動(dòng)打開AB客戶服務(wù)器SYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack= x 1TCP 連接的三次握手 B 的 TCP 收到主機(jī) A 的確認(rèn)后，也通知其上層 應(yīng)用進(jìn)程：

43、TCP 連接已經(jīng)建立，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。第3章 數(shù)據(jù)鏈路層SYN-SENTESTAB-LISHEDSYN-RCVDLISTENESTAB-LISHEDSYN = 1, seq = xACK = 1, seq = x + 1, ack = y 1CLOSEDCLOSED數(shù)據(jù)傳送主動(dòng)打開被動(dòng)打開AB客戶服務(wù)器SYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack= x 1TCP 連接三次握手的狀態(tài)關(guān)閉偵聽發(fā)起連接連接回復(fù)連接建立關(guān)閉連接建立第3章 數(shù)據(jù)鏈路層FIN = 1, seq = uCLOSED主動(dòng)關(guān)閉數(shù)據(jù)傳送ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客戶服務(wù)器CLOSED5.9

44、.2 TCP 的連接釋放 數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，通信的雙方都可釋放連接。 現(xiàn)在 A 的應(yīng)用進(jìn)程先向其 TCP 發(fā)出連接釋放 報(bào)文段，并停止再發(fā)送數(shù)據(jù)，主動(dòng)關(guān)閉 TCP 連接。 A 把連接釋放報(bào)文段首部的 FIN = 1，其序號(hào) seq = u，等待 B 的確認(rèn)。第3章 數(shù)據(jù)鏈路層FIN = 1, seq = uACK = 1, seq = v, ack= u 1主動(dòng)關(guān)閉數(shù)據(jù)傳送通知應(yīng)用進(jìn)程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客戶服務(wù)器 B 發(fā)出確認(rèn)，確認(rèn)號(hào) ack = u 1， 而這個(gè)報(bào)文段自己的序號(hào) seq = v。 TCP 服務(wù)器進(jìn)程通知高層應(yīng)用進(jìn)程。 從 A 到 B 這個(gè)方向的

45、連接就釋放了，TCP 連接 處于半關(guān)閉狀態(tài)。B 若發(fā)送數(shù)據(jù)，A 仍要接收。5.9.2 TCP 的連接釋放 半關(guān)閉狀態(tài)第3章 數(shù)據(jù)鏈路層FIN = 1, seq = uACK = 1, seq = v, ack= u 1FIN = 1, ACK = 1, seq = w, ack= u 1主動(dòng)關(guān)閉被動(dòng)關(guān)閉數(shù)據(jù)傳送通知應(yīng)用進(jìn)程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客戶服務(wù)器數(shù)據(jù)傳送 若 B 已經(jīng)沒有要向 A 發(fā)送的數(shù)據(jù)， 其應(yīng)用進(jìn)程就通知 TCP 釋放連接。 5.9.2 TCP 的連接釋放 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層FIN = 1, seq = uACK = 1, seq = v, ack= u 1FIN = 1, ACK = 1, seq = w, ack= u 1主動(dòng)關(guān)閉被動(dòng)關(guān)閉數(shù)據(jù)傳送通知應(yīng)用進(jìn)程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客戶服務(wù)器數(shù)據(jù)傳送 A 收到連接釋放報(bào)文段后，必須發(fā)出確認(rèn)。 ACK