網(wǎng)絡安全編程傳輸層協(xié)議

第三章傳輸層主要協(xié)議劉念ln@本課內(nèi)容概述TCP協(xié)議UDP協(xié)議概述一、傳輸層的引入傳輸層是整個網(wǎng)絡體系結構中的關鍵部分，它實現(xiàn)兩個用戶進程之間端到端的可靠通信。就通信功能來說，傳輸層是提供通信服務的最高層，提供了比IP層質(zhì)量更高的服務。從另一個角度看，傳輸層又是用戶功能中的最低層，也是最基本的一層。概述二、傳輸層功能(1)按端口號尋址(進程識別)(2)分割與重組數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)處理)(3)差錯控制和流量控制(服務質(zhì)量)(4)連接管理傳輸層的作用和數(shù)據(jù)鏈路層有相似之處。數(shù)據(jù)鏈路層負責點到點之間的數(shù)據(jù)通信，傳輸層負責擴大了的點到點之間的通信，即端到端之間的通信。但兩者又有很大的區(qū)別：對數(shù)據(jù)鏈路層來說，點與點之間的信道是一條物理鏈路，而對傳輸層來說，端與端之間的信道是一通信子網(wǎng)。由于報文在通訊子網(wǎng)中傳輸時可能會丟失、重組、阻塞或產(chǎn)生較大存儲延時，故傳輸層協(xié)議比數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議復雜得多。概述三、TCP/IP體系中傳輸層TCP/IP的運輸層有兩個不同的協(xié)議：(1)用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP(UserDatagramProtocol)(2)傳輸控制協(xié)議TCP(TransmissionControlProtocol)UDP在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接。對方的傳輸層在收到UDP報文后，不需要給出任何確認。UDP不提供可靠交付，UDP傳送的數(shù)據(jù)單位是UDP報文或用戶數(shù)據(jù)報。TCP提供面向連接的服務。TCP不提供廣播或多播服務。由于TCP要提供可靠的、面向連接的傳輸服務，因此不可避免地增加了許多的開銷。這不僅使協(xié)議數(shù)據(jù)單元的首部增大很多，還要占用許多的處理機資源。TCP傳送的數(shù)據(jù)單位是TCP報文段(segment)本課內(nèi)容概述TCP協(xié)議UDP協(xié)議TCP協(xié)議

TCP是面向連接的協(xié)議，可以在各種網(wǎng)絡之間建立全雙工的虛電路連接，實現(xiàn)無亂序、無丟失和無重復的數(shù)據(jù)傳輸，它采取了三次握手、兩次確認的有效技術，做到了非?？煽?。

1.可靠性：

①防丟失：確認與重傳；

②防重復：報文段序號；

2.傳輸效率、流量控制：滑動窗口機制；

3.擁塞控制：加速遞減與慢啟動技術；

4.建立連接：三次握手協(xié)議；

5.關閉連接：改進的三次握手協(xié)議。要實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)流傳輸服務，必須解決哪幾個問題？可靠性1.防丟失–帶重傳的肯定確認技術①接收方收到數(shù)據(jù)后向源站發(fā)確認（ACK）；

②設置定時器，源站在限定時間內(nèi)未收到ACK，則重發(fā)。

數(shù)據(jù)發(fā)送方數(shù)據(jù)接收方接收確認發(fā)送分組接收分組發(fā)送確認接收確認發(fā)送分組接收分組發(fā)送確認超時重傳兩個問題:

如何對待重復的數(shù)據(jù)？定時器時限設置多長？

2.防重復–可捎帶的累計確認技術

①

為每一分組賦予序號。

②確認時也指明確認哪個分組。

③

序號同時保證了分組間的正確順序。3.RTT與重傳定時時器問題：超時時重傳，如如何設置定定時器的時時限？兩個概念：：①RTT：往返時間間，報文段段發(fā)出到收收到確認信信息間的時時間段。②自適應應重傳算法法：監(jiān)視每每個連接的的性能，由由此推算出出合適的定定時時限。。當連接的的性能變化化時，隨時時修改定時時時限。重傳定時時時限的計算算方法：①早期的的方法②改進的的方法③Karn算法和定時時器補償傳輸效率和和流量控制制-滑動窗口機機制1.一般的滑動動窗口機制制思想：允許發(fā)送方方不必等確確認到來就就可繼續(xù)發(fā)發(fā)送下面的的分組，但但規(guī)定一個個上限。若若多個分組組的確認未未到時，則則暫停發(fā)送送。12345678910111213分組流WindowSize=10已發(fā)并得到確認不能發(fā)送已發(fā)未得到確認未發(fā)但可以發(fā)2.TCP的滑動窗口口技術(1)數(shù)據(jù)流的各各字節(jié)被編編上序號。。(2)TCP的滑動窗口口按字節(jié)操操作而不是是按報文段段或分組操操作。(3)TCP窗口大小為為字節(jié)數(shù)。。最大為65535字節(jié)。(4)通信雙方都都設有發(fā)送送和接收緩緩沖區(qū)（相相當于發(fā)送送窗口和接接收窗口））。默認大大小各系統(tǒng)統(tǒng)有差異，，如4096、8192、16384等。發(fā)送緩緩沖區(qū)大小小為默認窗窗口大小。。12..100101102………41004101分組流WindowSize=4000已發(fā)并得到確認不能發(fā)送已發(fā)未得到確認未發(fā)但可以發(fā)(5)TCP連接兩端各各有兩個窗窗口（發(fā)送送窗口和接接收窗口））3.TCP端到端流量量控制-窗口大小可可變技術時機：目的主機緩緩沖區(qū)變小小而不能接接收源主機機更多的數(shù)數(shù)據(jù)時，就就要進行流流量控制。。TCP技術：可隨時改變變窗口大小小。目的主主機在確認認時，還向向源主機告告知目的主主機接收緩緩沖區(qū)的大大小?！?01……200201…320321……399發(fā)送窗口，初始時400確認（200）窗口通告（120）發(fā)送窗口，變?yōu)?20擁塞：交換節(jié)點（（如路由器器）數(shù)據(jù)報報負載過重重的現(xiàn)象TCP擁塞控制的的必要性：：在TCP層，擁塞造造成時延增增加，這又又會造成超超時重傳，，控制不當當會進一步步加重擁塞塞。1.擁塞控制技技術：①擁塞窗窗口cwnd②加速遞減技技術③慢啟動動技術TCP擁塞控制技技術擁塞控制技技術：①擁塞窗窗口cwnd每個連接都都有一個擁擁塞窗口，，該窗口大大小以字節(jié)節(jié)為單位，，但是增加加和減少以以MSS為單位；初始大小：：1個MSS；臨界值：64KB②慢啟動技術術指數(shù)遞增：：每次成功功發(fā)送1個MSS長度的報文文段，則發(fā)發(fā)送方擁塞塞窗口加倍倍；線性遞增：：增長到臨臨界值后，，每次增加加1個MSS發(fā)送窗口=min(接收方窗口口通告，cwnd)③加速遞減技技術指數(shù)級遞減減：出現(xiàn)超超時重傳時時，將臨界界值設為當當前擁塞窗窗口的1/2，擁塞窗口口恢復為1個MSS大??；指數(shù)退避：：對保留在在發(fā)送窗口口中的報文文段，將重重傳時限加加倍。TCP協(xié)議圖TCP的擁塞控制制算法概述1.可靠性：①防丟失：確確認與重傳傳；②防重復：報報文段序號號；2.傳輸效率、、流量控制制：滑動窗口機機制；3.擁塞控制：：加速遞減與與慢啟動技技術；4.建立連接：：三次握手協(xié)協(xié)議；5.關閉連接：：改進的三次次握手協(xié)議議。要實現(xiàn)可靠靠的數(shù)據(jù)流流傳輸服務務，必須解決哪哪幾個問題題？TCP協(xié)議TCP協(xié)議URG緊急ACK確認PSH強迫RST連接復位SYN序號同步FIN字節(jié)流同步帶有確認建立連接異常關閉連接正常關閉連接強迫數(shù)據(jù)發(fā)發(fā)送:為提高網(wǎng)絡絡利用率，，用緩沖區(qū)區(qū)積累數(shù)據(jù)據(jù)，也有副副作用。有些數(shù)據(jù)要要及時發(fā)送送，TCP提供了強迫迫發(fā)送。緊急數(shù)據(jù)處處理：源站站有些數(shù)據(jù)據(jù)要及時發(fā)發(fā)送并處理理，TCP提供了“緊緊急模式”，通通過“URG”+“緊急指針””。TCP協(xié)議1、TCP連接的建立立TCP連接的建立立基于客戶戶機/服務器模式式，使用三三次握手建建立。SEQ：發(fā)送序號REQ(AN)：確認序號SYN：同步標志，，建立連接接；1bitFIN：發(fā)送任務完完成標志；；1bitACK：確認序號有有效標志；；1bitTCP協(xié)議2、TCP連接的正常常關閉概述1.可靠性：①防丟失：確確認與重傳傳；②防重復：報報文段序號號；2.傳輸效率、、流量控制制：滑動窗口機機制；3.擁塞控制：：加速遞減與與慢啟動技技術；4.建立連接：：三次握手協(xié)協(xié)議；5.關閉連接：：改進的三次次握手協(xié)議議。要實現(xiàn)可靠靠的數(shù)據(jù)流流傳輸服務務，必須解決哪哪幾個問題題？本課內(nèi)容概述TCP協(xié)議UDP協(xié)議UDP協(xié)議一、UDP概述UDP提供了應應用進程程間傳輸輸數(shù)據(jù)的的機制，，在IP數(shù)據(jù)報服服務功能能之上提提供了復復用和分分用的功功能以及及差錯檢檢查的功功能。具具有以下下特點：：（1）無連接接（2）不可靠靠（3）面向報報文（4）沒有擁擁塞控制制（5）支持一一對一、、一對多多、多對對一（6）首部開開銷小適用于實實時應用用（IP電話、視視頻會議議），允允許丟失失一些數(shù)數(shù)據(jù)，但但不允許許有太大大時延的的情況。。UDP協(xié)議二、UDP報文1、報文格格式UDP報文稱為為用戶數(shù)數(shù)據(jù)報（（UserDatagram）首部8字節(jié)。源端口目的端口報文長度校驗和數(shù)據(jù)UDP協(xié)議2、報文封封裝與拆拆封UDP首部UDP數(shù)據(jù)區(qū)IP數(shù)據(jù)區(qū)IP首部幀數(shù)據(jù)區(qū)幀首部UDP協(xié)議3、最大用用戶數(shù)據(jù)據(jù)報理論上：：65535–20–8=65507實際實現(xiàn)現(xiàn)：例子(最大IP數(shù)據(jù)報長長度)：①SunOS4.1.3環(huán)回測試試:32767②BSD/386->SunOS4.1.3:32786③Solaris2.2環(huán)回測試試:65507結論:最大報文文長度與與源端和和目的端端實現(xiàn)有有關。UDP協(xié)議4、UDP復用與分分用在源主機機上，為為了讓多個用戶戶進程能夠同時時與目標標主機上上的應用進程程進行通信信，UDP通過端口機制制對應用層層的多個個用戶數(shù)數(shù)據(jù)進行行復用，，然后傳傳給網(wǎng)絡絡層進行行傳送。。在目標主主機上，，UDP可以對網(wǎng)網(wǎng)絡層傳傳上來的的數(shù)據(jù)根根據(jù)端口口分配給給相應的的應用進進程使用用。源主機上上的UDP協(xié)議處理理多個應應用進程程的用戶戶數(shù)據(jù)報報的過程程稱為UDP復用。目的主機機根據(jù)接接收的每每個應用用進程的的端口號號分別處處理用戶戶數(shù)據(jù)報報的過程程稱為UDP分用。UDP協(xié)議5、UDP端口號的的使用基于客戶戶機/服務器的的端口號號的使用用服務器