傳輸層協(xié)議概述和控制

1、傳輸層協(xié)議概述和控制1傳輸層協(xié)議概述和控制5.1 傳輸層概述5.2 用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP） 5.3 傳輸控制協(xié)議（TCP）2傳輸層協(xié)議概述和控制5.1 傳輸層概述5.1.1 引入傳輸層的必要性 傳輸層在應(yīng)用層和IP層之間起著承上啟下的作用，它應(yīng)該滿(mǎn)足以下三個(gè)要求：1傳輸層要提供比IP層質(zhì)量更高的服務(wù)。2傳輸層要提供識(shí)別應(yīng)用層進(jìn)程的機(jī)制。3傳輸層要針對(duì)不同尺寸的應(yīng)用層數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?傳輸層協(xié)議概述和控制5.1.2 傳輸層提供的服務(wù) 傳輸層在兩個(gè)應(yīng)用實(shí)體之間實(shí)現(xiàn)可靠的、透明的、有效的數(shù)據(jù)傳輸，其主要功能是：1連接管理2優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)質(zhì)量3提供端到端的透明數(shù)據(jù)傳輸4多路復(fù)用和分流5狀態(tài)

2、報(bào)告6安全性7加速交付4傳輸層協(xié)議概述和控制5.1.3 傳輸層尋址與端口 （1）傳輸層尋址根據(jù)OSI的觀點(diǎn)，傳輸層應(yīng)提供用戶(hù)之間可靠和有效的端到端傳輸服務(wù)。在一個(gè)主機(jī)中可能存在多個(gè)應(yīng)用進(jìn)程同時(shí)分別和另一個(gè)主機(jī)中的多個(gè)應(yīng)用進(jìn)程通信。因此，傳輸層必須具有將一個(gè)主機(jī)中某一個(gè)用戶(hù)進(jìn)程和其他用戶(hù)進(jìn)程相互區(qū)分的能力。傳輸層通過(guò)傳輸?shù)刂穪?lái)實(shí)現(xiàn)該功能，這里的傳輸?shù)刂肥侵競(jìng)鬏攲臃?wù)訪問(wèn)點(diǎn)TSAP（稱(chēng)為端口），它是傳輸層與應(yīng)用層之間交換信息的抽象接口。5傳輸層協(xié)議概述和控制傳輸層與應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)系 6傳輸層協(xié)議概述和控制5.1.3 傳輸層尋址與端口（2）端口端口就是傳輸層服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)TSAP。應(yīng)用層不同進(jìn)程的報(bào)

3、文通過(guò)不同的端口向下遞交到傳輸層，由傳輸層復(fù)用并傳遞給網(wǎng)絡(luò)層。當(dāng)這些報(bào)文到達(dá)目的主機(jī)后，目的主機(jī)傳輸層使用分離功能，通過(guò)不同的端口把這些報(bào)文分別遞交給相應(yīng)的應(yīng)用進(jìn)程。因此，端口是用來(lái)標(biāo)識(shí)不同應(yīng)用層進(jìn)程的。7傳輸層協(xié)議概述和控制（3）TCP/IP的端口描述一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程的標(biāo)識(shí)如下：源IP地址，源端口號(hào)，協(xié)議，目的IP地址，目的端口號(hào)其中：源IP地址和目的IP地址用于區(qū)分不同主機(jī)源端口號(hào)和目的端口號(hào)用于區(qū)分不同主機(jī)中的不同進(jìn)程協(xié)議用于區(qū)分基于UDP協(xié)議或TCP協(xié)議8傳輸層協(xié)議概述和控制（4）IANA規(guī)定的三類(lèi)端口在TCP和UDP協(xié)議中的端口域?yàn)?6位，可以使用的端口號(hào)為065535。 IANA（互聯(lián)

4、網(wǎng)編號(hào)分配機(jī)構(gòu)）規(guī)定，端口號(hào)分為以下三類(lèi)： （1）熟知端口號(hào)：或稱(chēng)公認(rèn)端口號(hào)，由IANA統(tǒng)一分配和定義其含義，一般在服務(wù)器端使用，其范圍是01023。（2）注冊(cè)端口號(hào)：用戶(hù)根據(jù)需要在IANA注冊(cè)，以避免重復(fù)，其范圍是102449151。（3）臨時(shí)端口號(hào)：客戶(hù)端程序自己定義和使用的端口號(hào)，可隨機(jī)分配，其范圍是4915265535。9傳輸層協(xié)議概述和控制5.1.4 無(wú)連接服務(wù)與面向連接服務(wù)1無(wú)連接的傳輸服務(wù)無(wú)連接的傳輸服務(wù)比較簡(jiǎn)單，發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要事先建立連接。2面向連接的傳輸服務(wù)面向連接的傳輸服務(wù)要求兩個(gè)用戶(hù)（或進(jìn)程）相互通信之前，必須先建立連接。一次完整的數(shù)據(jù)傳輸包括建立連接、傳輸數(shù)據(jù)、釋放

5、連接三個(gè)階段。10傳輸層協(xié)議概述和控制3TCP/IP協(xié)議族的傳輸層協(xié)議TCP/IP協(xié)議族提供的兩個(gè)傳輸層協(xié)議：傳輸控制協(xié)議TCP和用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP（1）TCP協(xié)議TCP提供面向連接的可靠的傳輸服務(wù)，因此不可避免地增加了許多開(kāi)銷(xiāo)，如確認(rèn)、流量控制、計(jì)時(shí)器以及連接管理等。 TCP不提供廣播或組播服務(wù)。11傳輸層協(xié)議概述和控制3TCP/IP協(xié)議族的傳輸層協(xié)議（2）UDP協(xié)議UDP是一個(gè)無(wú)連接的不可靠的傳輸層協(xié)議。它在IP之上僅提供兩個(gè)附加服務(wù)：多路復(fù)用和對(duì)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤檢查UDP可以（可選）檢查整個(gè)UDP數(shù)據(jù)報(bào)的完整性。UDP比較簡(jiǎn)單，執(zhí)行速度較快，實(shí)時(shí)性好。12傳輸層協(xié)議概述和控制5.2 用戶(hù)數(shù)據(jù)

6、報(bào)協(xié)議（UDP） 用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）采用無(wú)連接方式提供高層協(xié)議間的事務(wù)處理服務(wù)UDP是一種無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)投遞服務(wù)，所以不保證可靠投遞UDP也使用端口為高層協(xié)議服務(wù)UDP承載在IP數(shù)據(jù)報(bào)中傳遞UDP無(wú)流量和擁塞控制13傳輸層協(xié)議概述和控制5.2.1 UDP概述 1UDP的功能及特點(diǎn) （1）提供無(wú)連接的服務(wù)，簡(jiǎn)單、快速。（2）UDP的主機(jī)不需要維持復(fù)雜的連接狀態(tài)表。（3）UDP報(bào)文只有8個(gè)字節(jié)的首部開(kāi)銷(xiāo)。（4）網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的擁塞不會(huì)使源主機(jī)的發(fā)送速率降低。 14傳輸層協(xié)議概述和控制2UDP的端口UDP常用的端口號(hào)有：（1）53：DNS（域名服務(wù)）（2）69：TFTP（簡(jiǎn)單文件傳輸協(xié)議）（3）12

7、3：NTP（網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議）（4）161：SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）（5）162：SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）（6）520：RIP（路由信息協(xié)議）15傳輸層協(xié)議概述和控制3UDP應(yīng)用很多應(yīng)用適合采用UDP傳輸數(shù)據(jù)，主要有：（1）不太關(guān)心數(shù)據(jù)丟失，如傳輸視頻或多媒體流數(shù)據(jù)。（2）每次發(fā)送很少量數(shù)據(jù)。（3）有自己的全套差錯(cuò)控制機(jī)制。（4）實(shí)時(shí)性要求較高、差錯(cuò)控制要求不高的場(chǎng)合。 16傳輸層協(xié)議概述和控制5.2.2 UDP報(bào)文格式 17傳輸層協(xié)議概述和控制說(shuō)明（1）源端口和目的端口源端口和目的端口字段為16位，它是UDP協(xié)議的端口號(hào)，其中源端口是可選的，目的端口必須填寫(xiě)。若源端口不選，則取值為0。（

8、2）長(zhǎng)度長(zhǎng)度字段為16位，它記錄UDP數(shù)據(jù)報(bào)的總長(zhǎng)度，包括UDP首部和用戶(hù)數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度以八位組為單位。 18傳輸層協(xié)議概述和控制（3）校驗(yàn)和（計(jì)算）發(fā)送端計(jì)算校驗(yàn)和的步驟：將偽首部填加到UDP用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)上；將校驗(yàn)和字段填入0；將所有位劃分為16位（2字節(jié)）的字，若字節(jié)總數(shù)不是偶數(shù)，則增加一個(gè)字節(jié)（填充，全0）。填充只是為了計(jì)算校驗(yàn)和，計(jì)算結(jié)束后將其丟棄；將所有16位的字模2加；將得到的結(jié)果取反，它是一個(gè)16位的數(shù)，將其插入到校驗(yàn)和字段；將偽首部和填充去掉。19傳輸層協(xié)議概述和控制（3）校驗(yàn)和（計(jì)算）接收端計(jì)算校驗(yàn)和的步驟：把偽首部填加到UDP用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)上；把所有位劃分為16位（2字節(jié)）的字，按需

9、要增加填充；把所有16位的字模2加；把得到的結(jié)果取反碼；若得到結(jié)果為全0，表示該UDP報(bào)文正確，丟棄偽首部和增加的填充，提交應(yīng)用層，否則，表示該UD報(bào)文出錯(cuò)，丟棄該報(bào)文。20傳輸層協(xié)議概述和控制5.2.3 UDP偽首部 UDP引入了長(zhǎng)度為12個(gè)八位組一個(gè)偽首部偽首部的作用是用于檢驗(yàn)UDP數(shù)據(jù)報(bào)是否已經(jīng)到達(dá)正確的目的地，即正確的主機(jī)。 21傳輸層協(xié)議概述和控制例1 計(jì)算下圖所示的UDP數(shù)據(jù)報(bào)的校驗(yàn)和。 22傳輸層協(xié)議概述和控制5.2.4 UDP模塊 UDP軟件包一般應(yīng)包括5個(gè)部分：一個(gè)控制塊表若干個(gè)輸入隊(duì)列（每個(gè)端口對(duì)應(yīng)一個(gè)輸入隊(duì)列）一個(gè)控制模塊一個(gè)輸入模塊一個(gè)輸出模塊UDP軟件包的5個(gè)組成部分

10、之間關(guān)系如圖5-5所示。 23傳輸層協(xié)議概述和控制24傳輸層協(xié)議概述和控制說(shuō)明1控制塊表控制塊表負(fù)責(zé)記錄被UDP打開(kāi)的端口，表中的每一項(xiàng)就是一個(gè)端口，具有4個(gè)字段：狀態(tài)（值為FREE或IN_USE）進(jìn)程ID端口號(hào)相應(yīng)的隊(duì)列號(hào)2輸入隊(duì)列UDP為每個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè)輸入隊(duì)列。25傳輸層協(xié)議概述和控制3控制塊模塊控制塊模塊負(fù)責(zé)管理控制塊表。當(dāng)進(jìn)程啟動(dòng)時(shí)，該模塊的工作：負(fù)責(zé)接收進(jìn)程ID和端口號(hào)（從操作系統(tǒng)申請(qǐng)一個(gè)臨時(shí)端口號(hào)）；查找控制塊表中的狀態(tài)為FREE項(xiàng)：若找到：將其狀態(tài)改為IN_USE，并將進(jìn)程ID和端口號(hào)寫(xiě)入控制塊表；若未找到（沒(méi)有空閑）：使用事先定義的策略刪除一個(gè)已存在的狀態(tài)為IN_USE項(xiàng)目。

11、26傳輸層協(xié)議概述和控制說(shuō)明4輸入模塊輸入模塊負(fù)責(zé)從IP接收用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)。查找控制塊表，找出與該用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)的端口號(hào)相同的表項(xiàng)。若找到：將該數(shù)據(jù)報(bào)放入相應(yīng)的輸入隊(duì)列中；若未找到：丟棄報(bào)文，并發(fā)送一個(gè)“端口不可達(dá)” 的ICMP報(bào)文。5輸出模塊輸出模塊負(fù)責(zé)創(chuàng)建和發(fā)送用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)。27傳輸層協(xié)議概述和控制5.3 傳輸控制協(xié)議（TCP）5.3.1 TCP概述 1TCP協(xié)議的功能 （1）尋址和復(fù)用（2）創(chuàng)建、管理和終止連接（3）處理并打包數(shù)據(jù)（4）傳輸數(shù)據(jù)（5）提供可靠性和傳輸質(zhì)量的保證（6）提供流量控制和擁塞控制28傳輸層協(xié)議概述和控制2TCP協(xié)議的特點(diǎn)TCP是面向連接的協(xié)議，提供可靠的、全雙工的、面向字節(jié)

12、流的、端到端的服務(wù)。（1）面向數(shù)據(jù)流（2）虛電路連接（3）有緩沖的傳輸（4）無(wú)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流（5）全雙工連接29傳輸層協(xié)議概述和控制3TCP常用的端口號(hào)（1）20：FTP數(shù)據(jù)連接（文件傳輸協(xié)議：數(shù)據(jù)連接）（2）21：FTP控制連接（文件傳輸協(xié)議：控制連接）（3）23：Telnet（遠(yuǎn)程登錄）（4）25：SMTP（簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議）（5）53：DNS（域名服務(wù)）（6）80：HTTP（超文本傳輸協(xié)議）（7）110：POP3（郵件協(xié)議）30傳輸層協(xié)議概述和控制5.3.2 TCP報(bào)文格式TCP首部20 字節(jié)的固定首部16位 目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) 和 填 充（長(zhǎng) 度 可 變）16位 源

13、端 口32位 序 列 號(hào)緊 急 指 針窗 口 大 小 32位 確 認(rèn) 號(hào)保 留FIN32 bitSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 3131傳輸層協(xié)議概述和控制TCP報(bào)文字段說(shuō)明緊急比特 URG : 當(dāng) URG=1 時(shí)，表明緊急指針字段有效。表示報(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)）。 確認(rèn)比特 ACK:當(dāng) ACK=1 時(shí)確認(rèn)序號(hào)字段才有效; 當(dāng) ACK= 0 時(shí)，確認(rèn)序號(hào)無(wú)效。推送比特 PSH (PuSH): 接收 TCP 收到PSH=1 的報(bào)文段，就盡快地交付給接收應(yīng)用進(jìn)程，而不必等到整個(gè)緩存都填滿(mǎn)后再向上交付。 32傳輸層協(xié)議概述和控制TCP報(bào)文字段說(shuō)

14、明復(fù)位比特 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，然后再重新建立傳輸連接。 同步比特 SYN :同步比特 SYN 置為 1，就表示這是一個(gè)連接請(qǐng)求或連接接受報(bào)文。終止比特 FIN (FINal): 用來(lái)釋放一個(gè)連接。當(dāng)FIN=1 時(shí)，表明此報(bào)文段的發(fā)送端的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，并要求釋放傳輸連接。 33傳輸層協(xié)議概述和控制TCP報(bào)文字段說(shuō)明選項(xiàng)：長(zhǎng)度可變，可以是1個(gè)或多個(gè)字節(jié)，規(guī)定相應(yīng)的功能。每個(gè)選項(xiàng)由類(lèi)型、長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)三部分組成。表5-1列出了TCP定義的選項(xiàng)。34傳輸層協(xié)議概述和控制選項(xiàng)字段說(shuō)明MSS：用于TCP

15、連接雙方在建立連接時(shí)相互告知對(duì)方期望的最大報(bào)文段長(zhǎng)度值。TCP報(bào)文的長(zhǎng)度是包括首部和數(shù)據(jù)部分的總長(zhǎng)度（不包括偽首部），以字節(jié)為單位，數(shù)據(jù)部分的最大長(zhǎng)度MSS值為65535字節(jié)（64KB）。事實(shí)上，TCP報(bào)文一般沒(méi)有這么大，TCP報(bào)文的典型長(zhǎng)度（MSS的默認(rèn)值）是556字節(jié)，其中數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度為556-20=536字節(jié)（標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度）。將TCP報(bào)文封裝進(jìn)IP后，IP的典型長(zhǎng)度是556+20=576字節(jié)，這也是IPv6的包長(zhǎng)度。35傳輸層協(xié)議概述和控制選項(xiàng)字段說(shuō)明窗口擴(kuò)大因子：當(dāng)TCP希望發(fā)送更多數(shù)據(jù)時(shí)，可以使用擴(kuò)大因子來(lái)擴(kuò)大窗口。使用擴(kuò)大因子可以使發(fā)送方連續(xù)發(fā)送更多的數(shù)據(jù)。選擇確認(rèn)數(shù)據(jù)塊：當(dāng)接收方收

16、到的數(shù)據(jù)塊序列號(hào)不連續(xù)，中間有缺失時(shí)，為節(jié)省網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，不必全部重傳，可以通過(guò)該字段告知發(fā)送方哪些數(shù)據(jù)塊不需要重傳。36傳輸層協(xié)議概述和控制選項(xiàng)字段說(shuō)明時(shí)間戳值：目的是為了防止序列號(hào)回繞，即用于處理TCP序列號(hào)超過(guò)232的情況。例如，在傳輸速率為1Gbps的網(wǎng)絡(luò)中，序列號(hào)回繞時(shí)間約為 4 秒左右，為了使接收方能夠把新的報(bào)文段和遲到很久的同序列號(hào)的報(bào)文段區(qū)分開(kāi)，可以在報(bào)文段中加上時(shí)間戳。37傳輸層協(xié)議概述和控制5.3.3 TCP連接管理1TCP連接建立機(jī)制 （1）三次握手機(jī)制 TCP使用三次握手機(jī)制來(lái)建立連接。其具體過(guò)程如圖5-8所示，客戶(hù)端的應(yīng)用程序希望與另一端的服務(wù)器的應(yīng)用程序建立TCP連接，

17、建立過(guò)程一般由客戶(hù)端發(fā)出連接請(qǐng)求，稱(chēng)為主動(dòng)打開(kāi)；而服務(wù)器通常是已經(jīng)準(zhǔn)備好被連接，當(dāng)它接到連接請(qǐng)求時(shí)，會(huì)通知它的TCP完成連接，稱(chēng)為被動(dòng)打開(kāi)。 38傳輸層協(xié)議概述和控制建立連接：三次握手39傳輸層協(xié)議概述和控制（2）初始序列號(hào)的確定 建立連接的發(fā)起方在發(fā)送建立連接的報(bào)文時(shí)，要選擇一個(gè)初始序列號(hào)（ISN）填入序列號(hào)字段，該序列號(hào)是要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊的第一個(gè)字節(jié)的編號(hào)。 TCP確定ISN的一種方法是：設(shè)定一個(gè)計(jì)數(shù)器，初始值為0，每4微秒加1，直到記滿(mǎn)32位后歸0，這一過(guò)程需要4個(gè)多小時(shí)。TCP建立連接時(shí)，選擇當(dāng)前ISN計(jì)時(shí)器值作為初始序號(hào)。現(xiàn)在有些TCP連接使用隨機(jī)數(shù)作為ISN。40傳輸層協(xié)議概述和控制

18、（3）三次握手機(jī)制的安全隱患 SYN洪泛攻擊 惡意的攻擊者向一個(gè)服務(wù)器發(fā)送大量的SYN報(bào)文段，而每一個(gè)這樣的報(bào)文段來(lái)自不同的客戶(hù)，并在IP數(shù)據(jù)報(bào)中使用虛假的源IP地址服務(wù)器誤以為這些客戶(hù)發(fā)出了主動(dòng)打開(kāi)請(qǐng)求，于是分配必要的資源，如創(chuàng)建TCB（傳輸控制塊）和設(shè)置一系列計(jì)時(shí)器TCP服務(wù)器向這些虛假的客戶(hù)發(fā)送SYN+ACK報(bào)文段，但卻都丟失了（源IP虛假）在這段時(shí)間內(nèi)，大量的資源被占用而沒(méi)有被使用，服務(wù)器最終因資源耗盡而癱瘓41傳輸層協(xié)議概述和控制SYN洪泛攻擊解決方法TCP的某些實(shí)現(xiàn)采取一些策略來(lái)減輕SYN攻擊的影響。如：在特定的時(shí)間內(nèi)限制連接請(qǐng)求的次數(shù)；過(guò)濾掉非法源地址發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)報(bào)；使用cooki

19、e，在整個(gè)連接沒(méi)有建立好之前，先不分配資源（即不建立半連接）。 42傳輸層協(xié)議概述和控制冒充竊取數(shù)據(jù)一個(gè)惡意的主機(jī)C冒充主機(jī)A（客戶(hù)端）與主機(jī)B（服務(wù)器）建立連接，并向B發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致B進(jìn)行了不應(yīng)當(dāng)進(jìn)行的操作。這就是TCP中的冒充。這一過(guò)程中的關(guān)鍵是C要設(shè)法知道B應(yīng)答時(shí)的序列號(hào)。43傳輸層協(xié)議概述和控制冒充竊取數(shù)據(jù)過(guò)程首先，C向B發(fā)送一個(gè)建立連接的請(qǐng)求（C用自己的地址），并從B收到一個(gè)包含ISN（初始序號(hào)）的應(yīng)答，獲得了B的ISN。C可以據(jù)此推測(cè)B下次再建立連接時(shí)可能使用的ISN，C此時(shí)并不對(duì)B的應(yīng)答進(jìn)行回應(yīng)，C只是為了獲得B此時(shí)建立連接的初始序號(hào)；44傳輸層協(xié)議概述和控制冒充竊取數(shù)據(jù)過(guò)程其次

20、，C用A的地址作為源地址向B發(fā)送建立連接的請(qǐng)求，此時(shí)B會(huì)向A發(fā)送應(yīng)答（同意建立連接），該應(yīng)答會(huì)正常送到A，但A沒(méi)未向B發(fā)送連接請(qǐng)求，因此A不會(huì)對(duì)B做出任何響應(yīng)，只是簡(jiǎn)單地丟棄該報(bào)文。雖然C收不到B發(fā)送給A的應(yīng)答報(bào)文，但C因?yàn)橄惹暗臏y(cè)試，猜測(cè)出B可能的應(yīng)答序列號(hào)，這時(shí)，C會(huì)再次冒充A（用A的地址做源地址）向B發(fā)送應(yīng)答；45傳輸層協(xié)議概述和控制冒充竊取數(shù)據(jù)過(guò)程最后，B收到了來(lái)自A（C冒充的）的應(yīng)答，B認(rèn)為連接已經(jīng)建立（假如猜測(cè)的序號(hào)正確），可以進(jìn)行正常傳輸了。此時(shí)，C可以進(jìn)行以下兩種操作：一是向B發(fā)送數(shù)據(jù)（如惡意網(wǎng)頁(yè)、命令），破壞B的正常運(yùn)行或讓B用收到的數(shù)據(jù)更新自己數(shù)據(jù)庫(kù)（如銀行賬號(hào)）里的數(shù)據(jù)；

21、二是C（冒充A）可以讓B發(fā)送某些數(shù)據(jù)給A，C利用監(jiān)聽(tīng)方式截獲B發(fā)給A的數(shù)據(jù)（A會(huì)全部丟棄），而這可能是絕密信息。46傳輸層協(xié)議概述和控制2TCP連接釋放機(jī)制 參加交換數(shù)據(jù)的雙方中的任何一方（客戶(hù)或服務(wù)器）都可以關(guān)閉連接，當(dāng)一個(gè)方向的連接被終止時(shí)，另一個(gè)方向仍可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。TCP連接釋放分為正常釋放和非正常終止。47傳輸層協(xié)議概述和控制（1）TCP連接正常釋放 1）四次握手方式TCP的釋放分為半關(guān)閉和全關(guān)閉兩個(gè)階段半關(guān)閉階段是當(dāng)A沒(méi)有數(shù)據(jù)向B發(fā)送時(shí)，A向B發(fā)出釋放連接請(qǐng)求，B收到后向A發(fā)回確認(rèn)。這時(shí)A向B的TCP連接就關(guān)閉了。進(jìn)入半關(guān)閉狀態(tài)。但B仍可以繼續(xù)向A發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)B也沒(méi)有數(shù)據(jù)向A發(fā)送時(shí)

22、，這時(shí)B就向A發(fā)出釋放連接的請(qǐng)求，同樣，A收到后向B發(fā)回確認(rèn)。至此B向A的TCP連接也關(guān)閉了。當(dāng)B收到來(lái)自A的確認(rèn)后，就進(jìn)入了全關(guān)閉狀態(tài)。 48傳輸層協(xié)議概述和控制這種釋放連接是一個(gè)四次握手的過(guò)程 49傳輸層協(xié)議概述和控制2）三次握手方式三次握手釋放是指當(dāng)A向B發(fā)出釋放連接請(qǐng)求后，B確認(rèn)并向A發(fā)出釋放連接的請(qǐng)求，A再向B發(fā)回確認(rèn)。 50傳輸層協(xié)議概述和控制3）雙方同時(shí)釋放連接同時(shí)釋放是指雙方在沒(méi)有收到對(duì)方的釋放連接請(qǐng)求時(shí)向?qū)Ψ桨l(fā)送釋放連接的請(qǐng)求。同時(shí)釋放連接的結(jié)果是全關(guān)閉。 51傳輸層協(xié)議概述和控制（2）TCP連接非正常終止 拒絕連接請(qǐng)求：假定在某一端的TCP請(qǐng)求希望與另一端并不存在的某端口進(jìn)

23、行連接，則另一端的TCP可以發(fā)送RST=1的報(bào)文段來(lái)取消該連接請(qǐng)求。異常終止連接：如果連接過(guò)程中某些異常情況，則某一端的TCP可能愿意把該連接異常終止，可以發(fā)送RST=1的報(bào)文段來(lái)關(guān)閉該連接。長(zhǎng)時(shí)間空閑：如果某一端的TCP發(fā)現(xiàn)在另一端的TCP已經(jīng)空閑了很長(zhǎng)時(shí)間（未發(fā)送數(shù)據(jù)，如掉電等），它就可以發(fā)送RST=1的報(bào)文段來(lái)撤銷(xiāo)該連接。52傳輸層協(xié)議概述和控制3TCP狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 TCP傳輸是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，不能用于廣播或組播。TCP在連接建立、數(shù)據(jù)傳輸、連接釋放過(guò)程中存在若干個(gè)狀態(tài)，TCP的各種狀態(tài)如表5-2所示，如同步、監(jiān)聽(tīng)、超時(shí)、關(guān)閉等。可以用一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)模型來(lái)描述TCP的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，如圖5-12所示

24、，圖中方框?yàn)闋顟B(tài)，箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)移，線(xiàn)旁的說(shuō)明用斜線(xiàn)分為兩部分，斜線(xiàn)前是引起狀態(tài)轉(zhuǎn)移的事件，斜線(xiàn)后是狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)發(fā)出的動(dòng)作，虛線(xiàn)表示服務(wù)通常要經(jīng)過(guò)的轉(zhuǎn)換，實(shí)線(xiàn)表示客戶(hù)通常要經(jīng)過(guò)的轉(zhuǎn)換。 53傳輸層協(xié)議概述和控制54傳輸層協(xié)議概述和控制55傳輸層協(xié)議概述和控制56傳輸層協(xié)議概述和控制5.3.4 TCP流量控制1滑動(dòng)窗口機(jī)制 （1）雙方在建立連接時(shí)確定發(fā)送和接收的字節(jié)序號(hào)，確定最大段長(zhǎng)度（確定發(fā)送和接收的窗口）。（2）發(fā)送方發(fā)送一個(gè)報(bào)文（數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為MSS）后啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，轉(zhuǎn)到步驟（4）等待接收方應(yīng)答。（3）接收方收到報(bào)文后給出應(yīng)答，包含的窗口值為可以接收的字節(jié)數(shù)，調(diào)整可接收序號(hào)（接收窗口）。（4）發(fā)送

25、方等待接收方應(yīng)答。如果收到對(duì)方應(yīng)答，則根據(jù)接收到的應(yīng)答報(bào)文段中的窗口值更新自己的MSS值，轉(zhuǎn)到步驟（2）。（5）發(fā)送方如果超時(shí)未接收到對(duì)方應(yīng)答，則重傳該報(bào)文段后啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，轉(zhuǎn)到步驟（4）。57傳輸層協(xié)議概述和控制2糊涂窗口綜合癥 在滑動(dòng)窗口的操作中可能出現(xiàn)一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題發(fā)送端的應(yīng)用程序產(chǎn)生數(shù)據(jù)很慢，或者接收端的應(yīng)用程序消耗數(shù)據(jù)很慢，或者兩者都有。不管是哪種情況，都使得發(fā)送數(shù)據(jù)的報(bào)文段很小，引起操作效率的降低。 發(fā)生了所謂的糊涂窗口綜合癥。 58傳輸層協(xié)議概述和控制（1）發(fā)送方產(chǎn)生的癥狀及解決 如果發(fā)送方TCP在為產(chǎn)生數(shù)據(jù)很慢的應(yīng)用程序服務(wù)。例如，一次產(chǎn)生1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，則該應(yīng)用程序一次把1個(gè)字

26、節(jié)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入發(fā)送方TCP的緩存，如果發(fā)送方TCP沒(méi)有任何特定的指令，它就會(huì)產(chǎn)生只包含1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的報(bào)文段，其結(jié)果是很多41字節(jié)的報(bào)文段在網(wǎng)絡(luò)中傳送，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)效率極低。 解決方法是采用Nagle算法。 59傳輸層協(xié)議概述和控制Nagle算法 發(fā)送方TCP把它從發(fā)送應(yīng)用程序收到的第一塊數(shù)據(jù)發(fā)送出去（即使是1個(gè)字節(jié)也發(fā)送）；在發(fā)送完第一個(gè)報(bào)文段后，發(fā)送方TCP就在輸出緩存中積累數(shù)據(jù)并等待，直到接收方TCP發(fā)出確認(rèn)或者已積累到足夠多的數(shù)據(jù)可以裝成最大長(zhǎng)度的報(bào)文段時(shí)，發(fā)送方就可以發(fā)送該報(bào)文段；對(duì)剩下數(shù)據(jù)的傳輸，重復(fù)步驟。60傳輸層協(xié)議概述和控制（2）接收方產(chǎn)生的癥狀及解決如果接收方TCP是為消耗數(shù)據(jù)很慢

27、的應(yīng)用程序服務(wù)，則可能會(huì)使接收方產(chǎn)生糊涂窗口，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)效率極低。解決方法主要有以下兩種：Clark算法只要有數(shù)據(jù)到達(dá)就發(fā)送確認(rèn)報(bào)文，但在緩存有足夠大的空間存放最大長(zhǎng)度報(bào)文段之前或者緩存空間的一半已經(jīng)變空之前，發(fā)送的TCP確認(rèn)報(bào)文段中的窗口一直為0。61傳輸層協(xié)議概述和控制推遲確認(rèn)推遲確認(rèn)方法是當(dāng)報(bào)文段到達(dá)時(shí)并不立即發(fā)送確認(rèn)報(bào)文，接收方接收數(shù)據(jù)提交給高層應(yīng)用，直到輸入緩存有足夠的空間時(shí)，才發(fā)送一個(gè)確認(rèn)報(bào)文。推遲確認(rèn)的優(yōu)點(diǎn)是減少了通信量，也防止了發(fā)送方TCP在收到確認(rèn)報(bào)文前滑動(dòng)它的窗口；缺點(diǎn)是推遲確認(rèn)有可能使發(fā)送方超時(shí)重傳未被確認(rèn)的報(bào)文段。因此，TCP定義了推遲確認(rèn)不能超過(guò)500ms。 62傳輸層

28、協(xié)議概述和控制3死鎖問(wèn)題 假定有這種情況：接收方收到報(bào)文，但不能繼續(xù)接收新的報(bào)文，就發(fā)送一個(gè)窗口=0的確認(rèn)報(bào)文。發(fā)送方收到確認(rèn)報(bào)文后停止發(fā)送，等待接收方發(fā)送一個(gè)窗口0的確認(rèn)報(bào)文后再啟動(dòng)發(fā)送。一段時(shí)間后，接收方發(fā)送了一個(gè)窗口0的確認(rèn)報(bào)文，但若該確認(rèn)報(bào)文丟失了（發(fā)送方未收到）。結(jié)果是發(fā)送方一直等待不能發(fā)送，接收方接收不到新的報(bào)文，導(dǎo)致死鎖發(fā)生。 63傳輸層協(xié)議概述和控制死鎖的解決方法TCP為每一個(gè)連接設(shè)計(jì)一個(gè)持續(xù)計(jì)時(shí)器。只要TCP連接的一方收到對(duì)方的窗口=0的確認(rèn)報(bào)文，就啟動(dòng)持續(xù)計(jì)時(shí)器。若持續(xù)計(jì)時(shí)器設(shè)置的時(shí)間到期仍未收到對(duì)方發(fā)送的窗口0的確認(rèn)報(bào)文時(shí)，就發(fā)送一個(gè)窗口=0的探測(cè)報(bào)文（僅攜帶1字節(jié)的數(shù)據(jù)

29、），對(duì)方則在發(fā)送的該探測(cè)報(bào)文的確認(rèn)報(bào)文中給出現(xiàn)在的窗口值。若窗口仍然是0，則收到這個(gè)報(bào)文的一方再重新設(shè)置持續(xù)計(jì)時(shí)器繼續(xù)等待；若窗口0，則開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。64傳輸層協(xié)議概述和控制5.3.5 TCP擁塞控制65傳輸層協(xié)議概述和控制5.3.5 TCP擁塞控制當(dāng)加載到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的載荷超過(guò)其處理能力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象?？刂茡砣紫仁菣z測(cè)，然后是處理網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生擁塞，是因?yàn)槁酚善骱徒粨Q機(jī)有隊(duì)列(隊(duì)列是在處理分組前或后存放分組的緩存)，通常有輸入隊(duì)列和輸出隊(duì)列。如果分組的到達(dá)速率大于分組的處理速率,輸入隊(duì)列就會(huì)變得越來(lái)越長(zhǎng)反之,輸出隊(duì)列則越來(lái)越長(zhǎng)66傳輸層協(xié)議概述和控制網(wǎng)絡(luò)性能(1)擁塞控制涉及網(wǎng)絡(luò)性

30、能的兩個(gè)因素:延時(shí)和吞吐量延時(shí)和負(fù)載負(fù)載網(wǎng)絡(luò)容量時(shí), 延時(shí)就變?yōu)闊o(wú)窮大負(fù)載容量延時(shí)無(wú)擁塞區(qū)域擁塞區(qū)域67傳輸層協(xié)議概述和控制網(wǎng)絡(luò)性能(2)吞吐量和負(fù)載吞吐量為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的分組數(shù)當(dāng)負(fù)載低于網(wǎng)絡(luò)容量時(shí)，吞吐量隨負(fù)載按正比增大當(dāng)負(fù)載超過(guò)網(wǎng)絡(luò)容量時(shí)，隊(duì)列就沒(méi)有空位子了，路由器就必須丟棄一些分組，但丟棄分組并不會(huì)減少網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)，因?yàn)樵炊藭?huì)超時(shí)重傳當(dāng)負(fù)載達(dá)到網(wǎng)絡(luò)容量時(shí)，吞吐量應(yīng)保持不變，但通常的事實(shí)是吞吐量會(huì)急劇下降68傳輸層協(xié)議概述和控制吞吐量和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載關(guān)系圖負(fù)載容量吞吐量無(wú)擁塞區(qū)域擁塞區(qū)域69傳輸層協(xié)議概述和控制擁塞控制機(jī)制開(kāi)環(huán)擁塞控制: 在擁塞發(fā)生前使用，預(yù)防擁塞重傳策略確認(rèn)策略丟棄策略

31、閉環(huán)擁塞控制: 擁塞發(fā)生后，減輕擁塞反壓:逐個(gè)通知上游路由器降低發(fā)送分組的速率阻流點(diǎn):路由器向源點(diǎn)發(fā)送一個(gè)分組，通知源點(diǎn)發(fā)生了擁塞,與ICMP源點(diǎn)抑制相似發(fā)出隱式信號(hào)和顯式信號(hào):源點(diǎn)能夠檢測(cè)出擁塞告警信令，從而放慢其發(fā)送速率70傳輸層協(xié)議概述和控制擁塞窗口每個(gè)發(fā)送方均保持兩個(gè)窗口接收方承認(rèn)的窗口(允許窗口awnd)擁塞窗口(cwnd)每個(gè)窗口都反映出發(fā)送方可以傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)取兩個(gè)窗口中的最小值作為可以發(fā)送的字節(jié)數(shù)有效窗口為發(fā)送和接收方分別認(rèn)為合適的窗口中的最小的擁塞窗口保持指數(shù)規(guī)律增大,直到數(shù)據(jù)傳輸超時(shí)或者達(dá)到接收方設(shè)定的窗口大小71傳輸層協(xié)議概述和控制TCP中擁塞策略 慢啟動(dòng)算法慢啟動(dòng)為發(fā)送方

32、TCP增加一個(gè)擁塞窗口cwnd當(dāng)與另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)建立TCP連接時(shí)，擁塞窗口被初始化為1個(gè)報(bào)文段(即另一端通告的報(bào)文段大小)每收到一個(gè)ACK，擁塞窗口就增加一個(gè)報(bào)文段(cwnd以字節(jié)為單位,慢啟動(dòng)以報(bào)文段大小為單位進(jìn)行增加)發(fā)送方取擁塞窗口與通告窗口中的最小值為發(fā)送上限擁塞窗口是發(fā)送方使用的流量控制，而通告窗口是接收方使用的流量控制72傳輸層協(xié)議概述和控制慢啟動(dòng)的示意和影響cwnd=1cwnd=2sn=1a=101每個(gè)報(bào)文段100字節(jié)sn=101sn=201cwnd=3cwnd=4每收到一個(gè)ACK，cwnd增1a=201a=301sn=301sn=401sn=501sn=601a=401a=5

33、01a=601a=701cwnd=5cwnd=6cwnd=7cwnd=8AB大約4個(gè)往返時(shí)間，A就會(huì)用一個(gè)連續(xù)的段流將管道填滿(mǎn)73傳輸層協(xié)議概述和控制TCP中擁塞策略 擁塞避免算法當(dāng)出現(xiàn)擁塞時(shí)，可以采用慢啟動(dòng)算法cwnd=1但是，慢啟動(dòng)過(guò)程中cwnd的指數(shù)增長(zhǎng)可能過(guò)快，還是可能加劇擁塞因此，Jacobson提出了擁塞避免算法擁塞出現(xiàn)時(shí)，開(kāi)始采用慢啟動(dòng)，當(dāng)cwnd達(dá)到一定的時(shí)候，cwnd不再以指數(shù)形式增長(zhǎng)，而是以線(xiàn)性方式增長(zhǎng)，這就是擁塞避免算法?！皩⒕W(wǎng)絡(luò)驅(qū)至飽和很容易，但是讓其恢復(fù)卻很難”一旦出現(xiàn)擁塞，要清除可能需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間74傳輸層協(xié)議概述和控制TCP中擁塞策略擁塞避免算法與慢啟動(dòng)算法是兩

34、個(gè)獨(dú)立的算法，但實(shí)際中這兩個(gè)算法通常在一起實(shí)現(xiàn)。擁塞避免算法和慢啟動(dòng)算法需要對(duì)每個(gè)連接維持兩個(gè)變量：擁塞窗口cwnd和慢啟動(dòng)閾值ssthresh擁塞避免算法的規(guī)則首先將慢啟動(dòng)閾值設(shè)置為等于當(dāng)前擁塞窗口的一半，即：設(shè)置ssthresh=cwnd/2設(shè)置cwnd=1，并完成慢啟動(dòng)過(guò)程，直到cwnd=ssthresh,在該階段，對(duì)于每個(gè)接收到的ACK，cwnd都增1當(dāng)cwndssthresh，對(duì)于每個(gè)往返時(shí)間，cwnd增175傳輸層協(xié)議概述和控制慢啟動(dòng)，因超時(shí)結(jié)束cwnd=1cwnd=2cwnd=3cwnd=4慢啟動(dòng)cwnd=5cwnd=6cwnd=7cwnd=8ABcwnd=10cwnd=9cwn

35、d=11cwnd=1676傳輸層協(xié)議概述和控制首先是慢啟動(dòng)，其后為擁塞避免cwnd=1cwnd=2cwnd=3cwnd=4慢啟動(dòng)cwnd=5cwnd=6cwnd=7cwnd=8ABcwnd=10cwnd=9擁塞避免cwnd增加減緩77傳輸層協(xié)議概述和控制慢啟動(dòng)和擁塞避免圖示0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1620151050出現(xiàn)超時(shí)往返時(shí)間cwnd閾值78傳輸層協(xié)議概述和控制TCP中擁塞策略慢啟動(dòng)算法增加擁塞窗口大小到某些點(diǎn)上可能達(dá)到了互聯(lián)網(wǎng)的容量，于是中間路由器開(kāi)始丟棄分組。這就通知發(fā)送方它的擁塞窗口開(kāi)得太大。擁塞避免算法是一種處理丟失分組的方法。

36、 該算法假定由于分組受到損壞引起的丟失是非常少的(遠(yuǎn)小于1%)，因此分組丟失就意味著在源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)之間的某處網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生了擁塞。有兩種分組丟失的指示發(fā)生超時(shí)和接收到重復(fù)的確認(rèn)79傳輸層協(xié)議概述和控制TCP中擁塞策略 快速重傳與快速恢復(fù)算法由于我們不知道一個(gè)重復(fù)的ACK是由一個(gè)丟失的報(bào)文段引起的，還是由于僅僅出現(xiàn)了幾個(gè)報(bào)文段的重新排序，因此我們等待少量重復(fù)的ACK到來(lái)。假如這只是一些報(bào)文段的重新排序，則在重新排序的報(bào)文段被處理并產(chǎn)生一個(gè)新的ACK之前，只可能產(chǎn)生1 2個(gè)重復(fù)的ACK。80傳輸層協(xié)議概述和控制TCP中擁塞策略 快速重傳與快速恢復(fù)算法如果一連串收到3個(gè)或3個(gè)以上的重復(fù)ACK，就非常

37、可能是一個(gè)報(bào)文段丟失了。于是就重傳丟失的數(shù)據(jù)報(bào)文段，而無(wú)需等待超時(shí)定時(shí)器溢出。這就是快速重傳算法。接下來(lái)執(zhí)行的不是慢啟動(dòng)算法而是擁塞避免算法。這就是快速恢復(fù)算法。 81傳輸層協(xié)議概述和控制TCP中擁塞策略快速重傳與快速恢復(fù)算法步驟1）當(dāng)收到第3個(gè)重復(fù)的ACK時(shí)，將ssthresh設(shè)置為當(dāng)前擁塞窗口cwnd的一半。重傳丟失的報(bào)文段。設(shè)置cwnd為ssthresh加上3倍的報(bào)文段大小。2）每次收到另一個(gè)重復(fù)的ACK時(shí)，cwnd增加1個(gè)報(bào)文段大小并發(fā)送1個(gè)分組（如果新的cwnd允許發(fā)送）。82傳輸層協(xié)議概述和控制TCP中擁塞策略(8)快速重傳與快速恢復(fù)算法步驟3）當(dāng)下一個(gè)確認(rèn)新數(shù)據(jù)的ACK到達(dá)時(shí)，設(shè)置cwnd為ssthresh（在第1步中設(shè)置的值）。這個(gè)ACK應(yīng)該是在進(jìn)行重傳后的一個(gè)往返時(shí)間內(nèi)對(duì)步驟1中重傳的確認(rèn)。另外，這個(gè)ACK也應(yīng)該是對(duì)丟失的分組和收到的第1個(gè)重復(fù)的A C K之間的所有中間報(bào)文段的確認(rèn)。這一步采用的是擁塞避免，因?yàn)楫?dāng)分組丟失時(shí)我們將當(dāng)前的速率減半。 83傳輸層協(xié)議概述和控制快速重傳sn=1001a=801sn=1201 （丟失）a=1001a=1201ABa=1201sn=1401sn=1601sn=1801sn=2001sn=2201a=1201a=1201sn=2401sn=1201（重傳）sn=2601sn=2801a=1201a=120