實驗6分析TCP特性(物有所值)

1、一、實驗名稱 分析tcp特性二、實驗目的：1. 掌握使用wireshark分析俘獲tcp蹤跡文件的基本技能；2. 深刻理解tcp重要的工作機理和過程：利用序號和確認號實現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸，tcp 擁塞控制算法(慢啟動和擁塞避免)，接收方通告的流量控制。三、實驗內(nèi)容和要求1. 本機與遠程服務器的tcp蹤跡文件；2. 熟悉tcp蹤跡文件；3. 分析序號、確認號和流量控制工作過程；.分析應用層內(nèi)容；.分析擁塞控制機理。四、實驗環(huán)境1)運行 windows 8.1 操作系統(tǒng)的 pc 一臺。2)pc 具有以太網(wǎng)卡一塊，通過雙絞線與校園網(wǎng)相連；或者具有適合的蹤跡文件。3)每臺 pc 運行程序協(xié)議分析儀 wir

2、eshark。五、操作方法與實驗步驟1) 俘獲本機與遠程服務器的 tcp 蹤跡文件在開始研究 tcp 工作機制之前，需要使用 wireshark 來俘獲從本機到遠程服務器之間的tcp 蹤跡文件。為此，可以從本機瀏覽器打開某 web 網(wǎng)站上的網(wǎng)頁，用 http 協(xié)議下載包括文本文件在內(nèi)的對象。與此同時，在本機上運行 wireshark 俘獲本機收發(fā)的 tcp 報文段并存入蹤跡文件 tcp.cap 中。為了便于比較，可以從因特網(wǎng)上下載現(xiàn)成的蹤跡文件進行分析，相關 url 是 /wireshark-labs/wireshark-traces.zip。2)

3、 熟悉 tcp 蹤跡文件打開 tcp-ethereal-trace-1.pcap 文件，可以看到俘獲機器與 的 web 服務器之間交互的 tcp 和 htpp 報文序列(參見圖 55)。選擇一個報文，觀察其各層次協(xié)議間的包含關系。觀察 http 與 tcp 之間關系是如何體現(xiàn)的？從俘獲報文列表窗口右側，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)起三次握手的 syn 報文，也可以發(fā)現(xiàn)一系列交互的 http 報文?；卮鹣铝袉栴}：(1) 與 傳輸文件的源主機所使用 ip 地址和端口號是什么？答：ip地址為02；端口號是1161(2) ga

4、 服務器所使用 ip 地址和端口號是什么？答：ip地址為2；端口號是80(3) 前 6 個 tcp 報文段的每個長度各為多長？答：長度各為：62、62、54、619、1514、60（字節(jié)）。圖 55 分析 tcp 蹤跡文件3) 分析 tcp 序列/ 應答編號和流量控制為分析 tcp 序號和確認號，可以從分組列表中觀察，也可以點擊“statitics/flow graph”，出現(xiàn)如圖 56 所示的本機與服務器之間的圖分析結果。觀察該圖，回答下列問題：(4) 用于發(fā)起與服務器 tcp 連接的 tcp syn 報文段的序號是多少？在該報文段中標

5、識其為 syn 報文段的標志是什么？答：序號是0；通過查看圖標中的中間綠色行，點顯示syn的箭頭，可以識別連接建立時的syn報文；字段中為，表明了這是一個報文段。(5) 服務器應答上述 tcp syn 報文段的 syn ack 報文段的序號是什么？在該 synack 報文段的 ack 應答字段中的值是多少？服務器是怎樣確定這個 ack 值的？在該報文段中標識其作為 syn ack 報文段的標志是什么？答： 序號是seq=0；ack=1，其等于syn報文段中的值為求，標志位是flags=0x012(6) 接收方的 ack 報文應答的數(shù)據(jù)一般為多長？如何確定接收方是對哪個報文段進行應答的？ 答：

6、一般為1460bytes。tcp的報文到達確認（ack），是對接到的數(shù)據(jù)的最高序列號的確認，并向發(fā)送端返回一個下次接受時期望的tcp數(shù)據(jù)包的序列號（ack number）。(7) 觀察 tcp syn 報文段達到的時間以及 syn ack 報文段回復的時間。它們與后繼請求和應答報文對之間的時間差一樣嗎？ 答： 不一樣。(8) 接收方通常的可用緩存的量是一樣大的嗎？最小量是多少？出現(xiàn)了為抑制發(fā)送方而減少接收緩存空間的情況嗎？ 答：在整個路徑中接收端的可能最小的緩存空間是5084 個字節(jié)，顯示了服務器發(fā)送的第一個確認的大小。在接收緩存達到最大的值17520字節(jié)之前接收窗口大小穩(wěn)定增長。發(fā)送方不會因

7、為接受緩存空間不足而受到影響。 (9) 在蹤跡文件中有重傳報文段嗎？如何檢查是否出現(xiàn)了這種情況？答：沒有，從表中可以看出從源端發(fā)往目的地的序號逐漸增加，如果這其中有重傳的報文段，則其序號中應該有小于其臨近的分組序號的分組，圖中未看到這樣的分組，故沒有重發(fā)片段。(10) 對該 tcp 連接，吞吐量是多大？解釋計算所使用的方法。答：tcp吞吐量計算很大程度上取決于所選內(nèi)容的平均時間。作為一個普通的吞吐量計算，在這問題上，選擇整個連接的時間作為平均時間段。然后，此tcp連接的平均吞吐量為總的傳輸數(shù)據(jù)與總傳輸時間的比值。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量為tcp段第一個序列號（即第4段的1字節(jié)）和最后的序列號的ack（第

8、201段的164041個字節(jié)）之間的差值。因此，總數(shù)是164041-1=164040字節(jié)。整個傳輸時間是第一個tcp段（即4號段0.026477秒）的時間和最后的ack（即第201段5.447887秒)時間的差值。因此，總傳輸時間是5.447887-0.026477=5.42141秒。因此，tcp連接的吞吐量為164040/5.42141=30.257kbyte/s。圖 56 tcp 流圖分析4) 分析應用層內(nèi)容圖 60 follow tcp stream 界面本實驗中的應用層是 http，該協(xié)議的可靠傳輸基于 tcp 得到的。通過分析 tcp 報文序列可以得到 http 傳輸?shù)膬?nèi)容。為此，點

9、擊 tcp 三次握手之間的第 4 號報文，發(fā)現(xiàn)它是一條從本機向服務器發(fā)送 http post 命令的報文，請求 web 服務器發(fā)送特定的頁面對象。對于后繼報文，也可以發(fā)現(xiàn)以 ascii 明文發(fā)送的應用層內(nèi)容。對于分析應用層內(nèi)容，wireshark 提供了一個很好的工具。點擊“analyze/follow tcpstream”，可打開如圖 60 所示界面，顯示了該 tcp 流的應用層相關信息。(11) 分析一下 http 傳輸?shù)氖谴蠹s什么內(nèi)容？答：是一本書，愛麗絲夢游仙境（alicesadventuresinwonderland）。(12) 如果 web 頁面?zhèn)鬏數(shù)氖菆D片或視頻對象，會出現(xiàn)什么情

10、況？答：會出現(xiàn)傳輸失敗。5) 分析 tcp 擁塞控制前面實驗已經(jīng)為你用 wireshark 分析報文序列打下了有用的基礎。應當說它是一件枯燥(盡管十分有用)的工作，下面使用 wireshark 提供的分析大量 tcp 報文時的圖形工具。點擊“statistics/tcp stream graph/throughput gragh)”，得到如圖 61 所示的界面。圖中的每個點表示在某時刻該 tcp 連接的吞吐量。圖 61 分析 tcp 序列吞吐量的時序圖(13) 根據(jù)圖 43 分析的吞吐量分布曲線，解釋哪部分對應的是 tcp 慢啟動階段和擁塞避免階段。答：0-0.1s慢啟動，0.3s內(nèi)擁塞避免.

11、(14) 圖示曲線是否與課文中的理論分析曲線一致？為什么？答：不一致。因為圖示的曲線中的坐標單位與課本中的坐標單位不一致。六、實驗數(shù)據(jù)記錄和結果分析1)傳輸控制協(xié)議報文段結構。tcp(transmission control protocol，tcp) rfc 793是tcp/ip 體系中面向連接的運輸層協(xié)議，它提供全雙工的和可靠交付的服務。tcp 報文段結構如圖 62 所示。tcp 與 udp 最大的區(qū)別就是 tcp 是面向連接的，而 udp 是無連接的。2)tcp 擁塞控制算法。通常包括 3 個主要部分：(1)加性增(additive-increase)，乘性減(multiplicativ

12、e-decrease)，即每發(fā)生一次丟失事件時就將當前的擁塞窗口 congwin 值減半，每當它收到一個ack后就把congwin增加一個mss(最大報文段長)。 (2)慢啟動(slow start)，即 tcp 發(fā)送方在初始階段不是線性地增加其發(fā)送速率，而是以指數(shù)的速度增加，即每過一個 rtt 將 congwin 值翻倍，直到發(fā)生一個丟包事件為止，此時 congwin 將被降為一半，然后就會像上面所講的那樣線性地增長。(3)對超時事件作出反應。對于收到 3 個冗余 ack 后，tcp 將擁塞窗口減小一半，然后線性地增長。但是超時事件發(fā)生時，tcp 發(fā)送方進入一個慢啟動階段，即它將擁塞窗口設置

13、為 1 mss，然后窗口長度以指數(shù)速度增長。擁塞窗口持續(xù)以指數(shù)速度增長，直到 congwin 達到超時事件前窗口值的一半為止。此后，congwin 以線性速度增長，就像收到 3 個冗余 ack 一樣動作。圖 62 tcp 報文段結構七、實驗體會、質(zhì)疑和建議體會：通過本次實驗掌握使用wireshark分析俘獲tcp蹤跡文件的基本技能；深刻理解tcp重要的工作機理和過程：利用序號和確認號實現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸，tcp 擁塞控制算法(慢啟動和擁塞避免)，接收方通告的流量控制。tcp是因特網(wǎng)中最主要的運輸層協(xié)議，它能夠在兩個應用程序之間提供可靠的、有序的數(shù)據(jù)流傳輸，能夠檢測在傳輸過程中分組是否丟失、失序和改變，并利用重傳機制保證分組可