計算機網(wǎng)絡(luò)：第4章 TCPIP協(xié)議6

14.1Internet發(fā)展 4.2Internet的組成、服務(wù)和特點4.3TCP/IP參考模型4.4IP協(xié)議4.5TCP協(xié)議4.6域名系統(tǒng)DNS

第4章

TCP/IP協(xié)議24.3Internet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP3互連網(wǎng)絡(luò)與虛擬互連網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)(a)互連網(wǎng)絡(luò)(b)虛擬互連網(wǎng)絡(luò)路由器

虛擬互連網(wǎng)絡(luò)（IP網(wǎng)）4IP地址與硬件地址TCP報文IP數(shù)據(jù)報MAC幀應(yīng)用層數(shù)據(jù)首部首部尾部首部鏈路層及以下使用硬件地址硬件地址網(wǎng)絡(luò)層及以上使用IP地址IP地址應(yīng)用層數(shù)據(jù)應(yīng)用層5HA1HA5HA4HA3HA6主機H1主機H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機H1主機H2路由器R1IP層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報在鏈路上看

MAC幀的流動62用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP

UDP概述

UDP只在IP的數(shù)據(jù)報服務(wù)之上增加了很少一點的功能，即端口的功能和差錯檢測的功能。雖然UDP用戶數(shù)據(jù)報只能提供不可靠的交付，但UDP在某些方面有其特殊的優(yōu)點。發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接UDP的主機不需要維持復(fù)雜的連接狀態(tài)表。UDP用戶數(shù)據(jù)報只有8個字節(jié)的首部開銷。網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的擁塞不會使源主機的發(fā)送速率降低。這對某些實時應(yīng)用是很重要的。

7端口是用報文隊列來實現(xiàn)UDP端口51000UDP端口69出隊列入隊列出隊列入隊列TFTP服務(wù)器TFTP客戶UDP用戶數(shù)據(jù)報應(yīng)用層運輸層8UDP用戶數(shù)據(jù)報的

首部格式

偽首部源端口目的端口長度檢驗和數(shù)據(jù)首部UDP長度源IP地址目的IP地址017IP數(shù)據(jù)報字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù)據(jù)首部UDP用戶數(shù)據(jù)報9偽首部源端口目的端口長度檢驗和數(shù)據(jù)首部UDP長度源IP地址目的IP地址017IP數(shù)據(jù)報字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù)據(jù)首部UDP用戶數(shù)據(jù)報用戶數(shù)據(jù)報UDP有兩個字段：數(shù)據(jù)字段和首部字段。首部字段有8個字節(jié)，由4個字段組成，每個字段都是兩個字節(jié)。10偽首部源端口目的端口長度檢驗和數(shù)據(jù)首部UDP長度源IP地址目的IP地址017IP數(shù)據(jù)報字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù)據(jù)首部UDP用戶數(shù)據(jù)報在計算檢驗和時，臨時把“偽首部”和UDP用戶數(shù)據(jù)報連接在一起。偽首部僅僅是為了計算檢驗和。113傳輸控制協(xié)議TCP

TCP概述

端口…發(fā)送

TCP

報文段TCP…TCP接收緩存發(fā)送緩存報文段…報文段報文段端口發(fā)送端接收端向發(fā)送緩存寫入數(shù)據(jù)塊從接收緩存讀取數(shù)據(jù)塊應(yīng)用進程應(yīng)用進程12TCP首部20字節(jié)的固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FIN32bitSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充TCP數(shù)據(jù)部分TCP首部TCP報文段IP數(shù)據(jù)部分IP首部發(fā)送在前13TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充源端口和目的端口字段——各占2字節(jié)。端口是運輸層與應(yīng)用層的服務(wù)接口。運輸層的復(fù)用和分用功能都要通過端口才能實現(xiàn)。14TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充序號字段——占4字節(jié)。TCP連接中傳送的數(shù)據(jù)流中的每一個字節(jié)都編上一個序號。序號字段的值則指的是本報文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號。15TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充確認號字段——占4字節(jié)，是期望收到對方的下一個報文段的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號。16TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充數(shù)據(jù)偏移——占4bit，它指出TCP報文段的數(shù)據(jù)起始處距離TCP報文段的起始處有多遠。“數(shù)據(jù)偏移”的單位不是字節(jié)而是32bit字（4字節(jié)為計算單位）。17TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充保留字段——占6bit，保留為今后使用，但目前應(yīng)置為0。18TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充緊急比特URG——當URG1時，表明緊急指針字段有效。它告訴系統(tǒng)此報文段中有緊急數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快傳送(相當于高優(yōu)先級的數(shù)據(jù))。19TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充確認比特ACK——只有當ACK1時確認號字段才有效。當ACK0時，確認號無效。20TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充推送比特PSH(PuSH)——接收TCP收到推送比特置1的報文段，就盡快地交付給接收應(yīng)用進程，而不再等到整個緩存都填滿了后再向上交付。21TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充復(fù)位比特RST(ReSeT)——當RST1時，表明TCP連接中出現(xiàn)嚴重差錯（如由于主機崩潰或其他原因），必須釋放連接，然后再重新建立運輸連接。22TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充同步比特SYN——同步比特SYN置為1，就表示這是一個連接請求或連接接受報文。23TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充終止比特FIN(FINal)——用來釋放一個連接。當FIN1時，表明此報文段的發(fā)送端的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，并要求釋放運輸連接。24TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充窗口字段——占2字節(jié)。窗口字段用來控制對方發(fā)送的數(shù)據(jù)量，單位為字節(jié)。TCP連接的一端根據(jù)設(shè)置的緩存空間大小確定自己的接收窗口大小，然后通知對方以確定對方的發(fā)送窗口的上限。25TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充檢驗和——占2字節(jié)。檢驗和字段檢驗的范圍包括首部和數(shù)據(jù)這兩部分。在計算檢驗和時，要在TCP報文段的前面加上12字節(jié)的偽首部。26TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充緊急指針字段——占16bit。緊急指針指出在本報文段中的緊急數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)的序號。

27TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充選項字段——長度可變。TCP只規(guī)定了一種選項，即最大報文段長度

MSS(MaximumSegmentSize)。MSS告訴對方TCP：“我的緩存所能接收的報文段的數(shù)據(jù)字段的最大長度是MSS個字節(jié)?！盡SS是TCP報文段中的數(shù)據(jù)字段的最大長度。數(shù)據(jù)字段加上TCP首部才等于整個的TCP報文段。28TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗和選項（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充填充字段——這是為了使整個首部長度是4字節(jié)的整數(shù)倍。29TCP的數(shù)據(jù)編號與確認

TCP協(xié)議是面向字節(jié)的。TCP將所要傳送的報文看成是字節(jié)組成的數(shù)據(jù)流，并使每一個字節(jié)對應(yīng)于一個序號。在連接建立時，雙方要商定初始序號。TCP每次發(fā)送的報文段的首部中的序號字段數(shù)值表示該報文段中的數(shù)據(jù)部分的第一個字節(jié)的序號。

TCP的確認是對接收到的數(shù)據(jù)的最高序號表示確認。接收端返回的確認號是已收到的數(shù)據(jù)的最高序號加1。因此確認號表示接收端期望下次收到的數(shù)據(jù)中的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的序號。30TCP的流量控制與擁塞控制

滑動窗口的概念TCP采用大小可變的滑動窗口進行流量控制。窗口大小的單位是字節(jié)。在TCP報文段首部的窗口字段寫入的數(shù)值就是當前給對方設(shè)置的發(fā)送窗口數(shù)值的上限。發(fā)送窗口在連接建立時由雙方商定。但在通信的過程中，接收端可根據(jù)自己的資源情況，隨時動態(tài)地調(diào)整對方的發(fā)送窗口上限值(可增大或減小)。31收到確認即可前移1002003004005006007008009001012013014015016017018011發(fā)送窗口可發(fā)送不可發(fā)送指針發(fā)送端要發(fā)送900字節(jié)長的數(shù)據(jù)，劃分為9個100字節(jié)長的報文段，而發(fā)送窗口確定為500字節(jié)。發(fā)送端只要收到了對方的確認，發(fā)送窗口就可前移。發(fā)送TCP要維護一個指針。每發(fā)送一個報文段，指針就向前移動一個報文段的距離。32收到確認即可前移1002003004005006007008009001012013014015016017018011可發(fā)送不可發(fā)送指針1002003004005006007008009001012013014015016017018011發(fā)送窗口可發(fā)送不可發(fā)送指針發(fā)送窗口前移發(fā)送端已發(fā)送了400字節(jié)的數(shù)據(jù)，但只收到對前200字節(jié)數(shù)據(jù)的確認，同時窗口大小不變。現(xiàn)在發(fā)送端還可發(fā)送300字節(jié)。已發(fā)送并被確認已發(fā)送但未被確認331002003004005006007008009001012013014015016017018011已發(fā)送并被確認已發(fā)送但未被確認可發(fā)送不可發(fā)送指針1002003004005006007008009001012013014015016017018011已發(fā)送并被確認可發(fā)送不可發(fā)送指針發(fā)送窗口前移發(fā)送窗口縮小發(fā)送端收到了對方對前400字節(jié)數(shù)據(jù)的確認，但對方通知發(fā)送端必須把窗口減小到400字節(jié)?，F(xiàn)在發(fā)送端最多還可發(fā)送400字節(jié)的數(shù)據(jù)。34利用可變窗口大小進行流量控制

雙方確定的窗口值是400SEQ=1SEQ=201SEQ=401SEQ=301SEQ=101SEQ=501ACK=201,WIN=300ACK=601,WIN=0ACK=501,WIN=200主機A主機B允許A再發(fā)送300字節(jié)（序號201至500）A還能發(fā)送200字節(jié)A還能發(fā)送200字節(jié)（序號301至500）A還能發(fā)送300字節(jié)A還能發(fā)送100字節(jié)（序號401至500）A超時重發(fā)，但不能發(fā)送序號500以后的數(shù)據(jù)允許A再發(fā)送200字節(jié)（序號501至700）A還能發(fā)送100字節(jié)（序號501至700）不允許A再發(fā)送（到序號600的數(shù)據(jù)都已收到）SEQ=201丟失！355TCP的重傳機制重傳機制是TCP中最重要和最復(fù)雜的問題之一。TCP每發(fā)送一個報文段，就對這個報文段設(shè)置一次計時器。只要計時器設(shè)置的重傳時間到但還沒有收到確認，就要重傳這一報文段。36TCP的運輸連接管理

1.運輸連接的三個階段

運