《计算机网络运输层》PPT课件

《《计算机网络运输层》PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《计算机网络运输层》PPT课件（80页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、计 算 机 网 络 教 程 （ 第 2 版 ）第 8 章 运 输 层 第 8 章 运 输 层 8.1 运 输 层 协 议 概 述 8.1.1 进 程 之 间 的 通 信 8.1.2 运 输 层 中 的 两 个 协 议 8.1.3 运 输 层 的 端 口8.2 用 户 数 据 报 协 议 UDP 8.2.1 UDP 概 述8.2.2 UDP 的 首 部 格 式 第 8章 运 输 层 （ 续 ）8.3 传 输 控 制 协 议 TCP 8.3.1 TCP 概 述8.3.2 TCP 报 文 段 的 首 部8.3.3 TCP 的 数 据 编 号 与 确 认8.3.4 TCP 的 流 量 控 制 与 拥

2、塞 控 制8.3.5 TCP 的 重 传 机 制 8.3.6 TCP 的 运 输 连 接 管 理 8.3.7 TCP 的 有 限 状 态 机 8.1 运 输 层 协 议 概 述8.1.1 进 程 之 间 的 通 信 n 从 通 信 和 信 息 处 理 的 角 度 看 ， 运 输 层 向 它 上 面的 应 用 层 提 供 通 信 服 务 ， 它 属 于 面 向 通 信 部 分的 最 高 层 ， 同 时 也 是 用 户 功 能 中 的 最 低 层 。 物 理 层网 络 层运 输 层应 用 层数 据 链 路 层面 向 信 息 处 理面 向 通 信 用 户 功 能网 络 功 能 运 输 层 为 相 互

3、 通 信 的 应 用 进 程 提 供 了逻 辑 通 信 54321 运 输 层 提 供 应 用 进 程 间 的 逻 辑 通 信主 机 A 主 机 B应 用 进 程 应 用 进 程路 由 器 1 路 由 器 2AP 1 LAN2WANAP2 AP3AP4IP 层LAN1 AP1 AP2 AP4端 口 端 口 54321IP 协 议 的 作 用 范 围 运 输 层 协 议 TCP 和 UDP 的 作 用 范 围 AP3 应 用 进 程 之 间 的 通 信n 两 个 主 机 进 行 通 信 实 际 上 就 是 两 个 主 机 中 的 应用 进 程 互 相 通 信 。 n 应 用 进 程 之 间 的

4、通 信 又 称 为 端 到 端 的 通 信 。 n 运 输 层 的 一 个 很 重 要 的 功 能 就 是 复 用 和 分 用 。应 用 层 不 同 进 程 的 报 文 通 过 不 同 的 端 口 向 下 交到 运 输 层 ， 再 往 下 就 共 用 网 络 层 提 供 的 服 务 。n “ 运 输 层 提 供 应 用 进 程 间 的 逻 辑 通 信 ” 。 “ 逻辑 通 信 ” 的 意 思 是 ： 运 输 层 之 间 的 通 信 好 像 是沿 水 平 方 向 传 送 数 据 。 但 事 实 上 这 两 个 运 输 层之 间 并 没 有 一 条 水 平 方 向 的 物 理 连 接 。 运 输

5、层 协 议 和 网 络 层 协 议的 主 要 区 别 应 用 进 程 应 用 进 程IP 协 议 的 作 用 范 围（ 提 供 主 机 之 间 的 逻 辑 通 信 ） TCP 和 UDP 协 议 的 作 用 范 围（ 提 供 进 程 之 间 的 逻 辑 通 信 ）因 特 网 运 输 层 的 主 要 功 能 n 运 输 层 为 应 用 进 程 之 间 提 供 端 到 端 的 逻 辑 通 信（ 但 网 络 层 是 为 主 机 之 间 提 供 逻 辑 通 信 ） 。n 运 输 层 还 要 对 收 到 的 报 文 进 行 差 错 检 测 。n 运 输 层 需 要 有 两 种 不 同 的 运 输 协 议

6、 ， 即 面 向 连接 的 TCP 和 无 连 接 的 UDP。 运 输 层 向 上 提 供 可 靠 的 和 不 可 靠的 逻 辑 通 信 信 道 ？应用层运输层 发送进程 接收进程 接收进程数 据 数 据全 双 工 可 靠 信 道 数 据 数 据使 用 TCP 协 议 使 用 UDP 协 议不 可 靠 信 道 发送进程 TCP/IP的 运 输 层 有 两 个 不 同 的 协 议 ：(1) 用 户 数 据 报 协 议 UDP (User Datagram Protocol)(2) 传 输 控 制 协 议 TCP (Transmission Control Protocol)8.1.2 运 输

7、层 中 的 两 个 协 议 n 两 个 对 等 运 输 实 体 在 通 信 时 传 送 的 数 据 单 位 叫 作运 输 协 议 数 据 单 元 TPDU (Transport Protocol Data Unit)。n TCP 传 送 的 数 据 单 位 协 议 是 TCP 报 文 段(segment)n UDP 传 送 的 数 据 单 位 协 议 是 UDP 报 文 或 用 户 数据 报 。 TCP 与 UDP TCP/IP 体 系 中 的 运 输 层 协 议 TCPUDP IP应 用 层与 各 种 网 络 接 口运 输 层 TCP 与 UDP n UDP 在 传 送 数 据 之 前 不

8、需 要 先 建 立 连 接 。 对 方的 运 输 层 在 收 到 UDP 报 文 后 ， 不 需 要 给 出 任何 确 认 。 虽 然 UDP 不 提 供 可 靠 交 付 ， 但 在 某些 情 况 下 UDP 是 一 种 最 有 效 的 工 作 方 式 。n TCP 则 提 供 面 向 连 接 的 服 务 。 TCP 不 提 供 广播 或 多 播 服 务 。 由 于 TCP 要 提 供 可 靠 的 、 面向 连 接 的 运 输 服 务 ， 因 此 不 可 避 免 地 增 加 了 许多 的 开 销 。 这 不 仅 使 协 议 数 据 单 元 的 首 部 增 大很 多 ， 还 要 占 用 许 多

9、的 处 理 机 资 源 。 还 要 强 调 两 点 n 运 输 层 的 UDP 用 户 数 据 报 与 网 际 层 的 IP数 据 报有 很 大 区 别 。 IP 数 据 报 要 经 过 互 连 网 中 许 多 路由 器 的 存 储 转 发 ， 但 UDP 用 户 数 据 报 是 在 运 输层 的 端 到 端 抽 象 的 逻 辑 信 道 中 传 送 的 。n TCP 报 文 段 是 在 运 输 层 抽 象 的 端 到 端 逻 辑 信 道中 传 送 ， 这 种 信 道 是 可 靠 的 全 双 工 信 道 。 但 这样 的 信 道 却 不 知 道 究 竟 经 过 了 哪 些 路 由 器 ， 而这

10、些 路 由 器 也 根 本 不 知 道 上 面 的 运 输 层 是 否 建立 了 TCP 连 接 。 8.1.3 运 输 层 的 端 口n 端 口 就 是 运 输 层 服 务 访 问 点 TSAP。n 端 口 的 作 用 就 是 让 应 用 层 的 各 种 应 用 进 程 都 能 将其 数 据 通 过 端 口 向 下 交 付 给 运 输 层 ， 以 及 让 运 输层 知 道 应 当 将 其 报 文 段 中 的 数 据 向 上 通 过 端 口 交付 给 应 用 层 相 应 的 进 程 。n 从 这 个 意 义 上 讲 ， 端 口 是 用 来 标 志 应 用 层 的 进 程 。 端 口 在 进 程

11、 之 间 的 通 信 中 所 起 的 作 用 应用层运输层 网络层 TCP 报 文 段 UDP用 户 数 据 报应 用 进 程TCP 复 用IP 复 用 UDP 复 用 TCP 报 文 段 UDP用 户 数 据 报 应 用 进 程端 口端 口 TCP 分 用 UDP 分 用IP 分 用IP 数 据 报IP 数 据 报发 送 方 接 收 方 端 口 n 端 口 用 一 个 16 位 端 口 号 进 行 标 志 。n 端 口 号 只 具 有 本 地 意 义 ， 即 端 口 号 只 是 为了 标 志 本 计 算 机 应 用 层 中 的 各 进 程 。 在 因特 网 中 不 同 计 算 机 的 相 同

12、 端 口 号 是 没 有 联系 的 。 三 类 端 口 (1) 熟 知 端 口 ， 其 数 值 一 般 为 01023。 当 一 种 新的 应 用 程 序 出 现 时 ， 必 须 为 它 指 派 一 个 熟 知 端口 。(2) 登 记 端 口 ， 其 数 值 为 102449151。 这 类 端口 是 ICANN 控 制 的 ， 使 用 这 个 范 围 的 端 口 必须 在 ICANN 登 记 ， 以 防 止 重 复 。(3) 动 态 端 口 ， 其 数 值 为 4915165535。 这 类 端口 是 留 给 客 户 进 程 选 择 作 为 临 时 端 口 。 8.2 用 户 数 据 报 协

13、 议 UDP 8.2.1 UDP 概 述 n UDP 只 在 IP 的 数 据 报 服 务 之 上 增 加 了 很 少 一点 的 功 能 ， 即 端 口 的 功 能 和 差 错 检 测 的 功 能 。n 虽 然 UDP 用 户 数 据 报 只 能 提 供 不 可 靠 的 交 付 ，但 UDP 在 某 些 方 面 有 其 特 殊 的 优 点 。 n 发 送 数 据 之 前 不 需 要 建 立 连 接n UDP 的 主 机 不 需 要 维 持 复 杂 的 连 接 状 态 表 。n UDP 用 户 数 据 报 只 有 8 个 字 节 的 首 部 开 销 。n 网 络 出 现 的 拥 塞 不 会 使

14、源 主 机 的 发 送 速 率 降 低 。 这对 某 些 实 时 应 用 是 很 重 要 的 。 UDP 的 特 点n UDP 是 无 连 接 的 ， 即 发 送 数 据 之 前 不 需要 建 立 连 接 （ 当 然 发 送 数 据 结 束 时 也 没有 连 接 可 释 放 ） ， 因 此 减 少 了 开 销 和 发送 数 据 之 前 的 时 延 。n UDP 使 用 尽 最 大 努 力 交 付 ， 即 不 保 证 可靠 交 付 ， 同 时 也 不 使 用 拥 塞 控 制 ， 因 此主 机 不 需 要 维 持 具 有 许 多 参 数 的 、 复 杂的 连 接 状 态 表 。 UDP 的 特 点

15、 （ 续 ）n 由 于 UDP 没 有 拥 塞 控 制 ， 因 此 网 络 出 现的 拥 塞 不 会 使 源 主 机 的 发 送 速 率 降 低 。这 对 某 些 实 时 应 用 是 很 重 要 的 。 很 多 的实 时 应 用 （ 如 IP 电 话 、 实 时 视 频 会 议 等 ）要 求 源 主 机 以 恒 定 的 速 率 发 送 数 据 ， 并且 允 许 在 网 络 发 生 拥 塞 时 丢 失 一 些 数 据 ，但 却 不 允 许 数 据 有 太 大 的 时 延 。 UDP 正好 适 合 这 种 要 求 。 UDP 的 特 点 （ 续 ）n UDP 是 面 向 报 文 的 。 这 就 是

16、 说 ， UDP 对应 用 程 序 交 下 来 的 报 文 不 再 划 分 为 若 干个 分 组 来 发 送 ， 也 不 把 收 到 的 若 干 个 报文 合 并 后 再 交 付 给 应 用 程 序 。n 应 用 程 序 交 给 UDP 一 个 报 文 ， UDP 就 发 送这 个 报 文 ； 而 UDP 收 到 一 个 报 文 ， 就 把 它交 付 给 应 用 程 序 。 n 应 用 程 序 必 须 选 择 合 适 大 小 的 报 文 。 UDP 的 特 点 （ 续 ）n UDP 支 持 一 对 一 、 一 对 多 、 多 对 一 和 多对 多 的 交 互 通 信 。n 用 户 数 据 报

17、只 有 8 个 字 节 的 首 部 开 销 ，比 TCP 的 20 个 字 节 的 首 部 要 短 。 UDP 的 问 题n 虽 然 某 些 实 时 应 用 需 要 使 用 没 有 拥 塞 控制 的 UDP， 但 当 很 多 的 源 主 机 同 时 都 向网 络 发 送 高 速 率 的 实 时 视 频 流 时 ， 网 络就 有 可 能 发 生 拥 塞 ， 结 果 大 家 都 无 法 正常 接 收 。n 还 有 一 些 使 用 UDP 的 实 时 应 用 需 要 对UDP 的 不 可 靠 的 传 输 进 行 适 当 的 改 进 以减 少 数 据 的 丢 失 。 8.2.2 UDP 用 户 数 据

18、 报 的首 部 格 式 伪 首 部 源 端 口 目 的 端 口 长 度 检 验 和 数 据首 部 UDP长 度源 IP 地 址 目 的 IP 地 址 0 17IP 数 据 报字 节 4 4 1 1 212 2 2 2 2字 节发 送 在 前 数 据首 部UDP 用 户 数 据 报 伪 首 部 源 端 口 目 的 端 口 长 度 检 验 和数 据首 部 UDP长 度源 IP 地 址 目 的 IP 地 址 0 17IP 数 据 报字 节 4 4 1 1 212 2 2 2 2字 节发 送 在 前 数 据首 部UDP 用 户 数 据 报用 户 数 据 报 UDP 有 两 个 字 段 ： 数 据 字

19、段 和 首 部字 段 。 首 部 字 段 有 8 个 字 节 ， 由 4 个 字 段 组 成 ，每 个 字 段 都 是 两 个 字 节 。 伪 首 部 源 端 口 目 的 端 口 长 度 检 验 和数 据首 部 UDP长 度源 IP 地 址 目 的 IP 地 址 0 17IP 数 据 报字 节 4 4 1 1 212 2 2 2 2字 节发 送 在 前 数 据首 部UDP 用 户 数 据 报在 计 算 检 验 和 时 ， 临 时 把 “ 伪 首 部 ” 和 UDP 用 户 数 据报 连 接 在 一 起 。 伪 首 部 仅 仅 是 为 了 计 算 检 验 和。 8.3 传 输 控 制 协 议 T

20、CP 8.3.1 TCP 概 述 端 口 发 送 TCP 报 文 段TCP TCP接 收 缓 存发 送 缓 存 报 文 段 报 文 段 报 文 段 端 口发 送 方 接 收 方向 发 送 缓 存写 入 数 据 块 从 接 收 缓 存读 取 数 据 块应 用 进 程 应 用 进 程 TCP 连 接 的 任 何 一 方都 能 够 发 送 和 接 收 数 据n 通 信 是 全 双 工 方 式 。n 发 送 方 的 应 用 进 程 按 照 自 己 产 生 数 据 的 规 律 ，不 断 地 把 数 据 块 陆 续 写 入 到 TCP 的 发 送 缓 存中 。 TCP 再 从 发 送 缓 存 中 取 出

21、一 定 数 量 的 数 据 ，将 其 组 成 TCP 报 文 段 (segment)逐 个 传 送 给 IP 层 ， 然 后 发 送 出 去 。 n 接 收 方 从 IP 层 收 到 TCP 报 文 段 后 ， 先 把 它 暂存 在 接 收 缓 存 中 ， 然 后 让 接 收 方 的 应 用 进 程 从接 收 缓 存 中 将 数 据 块 逐 个 读 取 。 一 对 一 的 通 信n 由 于 运 输 层 的 通 信 是 面 向 连 接 的 ， 因 此TCP 每 一 条 连 接 上 的 通 信 只 能 是 一 对 一的 ， 而 不 可 能 是 一 对 多 、 多 对 一 或 多 对多 的 。 运

22、输 层 A 运 输 层 B发 送 报 文 段 1 确 认 报 文 段 1发 送 报 文 段 2 出 错 ！ 丢 弃 出 错 的 报 文 段丢 失 ！超 时 重 传 报 文 段 2超 时 重 传 报 文 段 2 确 认 报 文 段 2发 送 报 文 段 3 时 间 时 间每 发 送 一 个 报 文 段 都 要 启 动 计 时 器但 图 中 未 画 出 没 有 起 作 用 的 计 时 器 应 当 注 意n A 在 发 送 完 一 个 报 文 段 后 ， 必 须 留 有 该报 文 段 的 副 本 ， 以 便 在 必 要 时 进 行 重 传 。n 如 果 重 传 时 间 设 定 得 很 长 ， 那 么

23、 通 信 的效 率 就 会 很 低 。 但 如 果 重 传 时 间 设 定 得很 短 ， 就 浪 费 了 网 络 资 源 ， 在 网 络 上 增加 了 不 必 要 的 通 信 量 。n 重 传 时 间 的 设 定 是 相 当 复 杂 。 运 输 层 A 运 输 层 B发 送 报 文 段 1 确 认 报 文 段 1发 送 报 文 段 2超 时 重 传 报 文 段 2 丢 弃 重 复 的 报 文 段确 认 报 文 段 2发 送 报 文 段 3时 间 时 间 每 发 送 一 个 报 文 段 都 要 启 动 计 时 器 。但 图 中 未 画 出 没 有 起 作 用 的 计 时 器 。丢 失 ！ 确 认

24、 报 文 段 2 确 认 也 可 能 出 错 或 丢 失n B 所 发 送 的 对 报 文 段 2 的 确 认 丢 失 了 。 A无 法 知 道 是 自 己 发 送 的 报 文 段 出 错 、 丢失 或 者 是 对 方 发 送 的 确 认 丢 失 了 。 因 此要 对 报 文 段 2 超 时 重 传 。n B 正 确 收 到 了 报 文 段 2， 采 取 两 个 行 动 。n 丢 弃 这 个 报 文 段 （ 否 则 就 重 复 了 ） 。n 向 A 发 送 确 认 。 这 个 重 复 的 确 认 不 能 省 略 ，因 为 A 再 次 发 送 报 文 段 2 就 表 示 A 没 有 收到 对 报

25、 文 段 2 的 确 认 。 TCP 可 靠 通 信 的 具 体 实 现 很 复 杂n TCP 的 报 文 段 的 长 度 是 不 确 定 的 。n TCP 能 够 提 供 全 双 工 通 信 ， 可 以 在 发 送 自 己 的数 据 报 文 段 的 同 时 ， 捎 带 地 把 确 认 信 息 附 上 。n 为 了 提 高 通 信 传 输 效 率 ， 发 送 数 据 报 文 段 的 一方 ， 可 以 连 续 发 送 多 个 数 据 报 文 段 ， 而 不 需 要在 收 到 一 个 确 认 后 才 发 送 下 一 个 报 文 段 。n 要 使 用 特 定 的 算 法 来 估 算 比 较 合 适

26、的 重 传 时 间 。 TCP 的 首 部 格 式n TCP 报 文 段 分 为 首 部 和 数 据 两 部 分 。n TCP 的 全 部 功 能 都 体 现 在 它 首 部 中 各 字段 的 作 用 。n TCP 报 文 段 首 部 的 前 20个 字 节 是 固 定的 ， 后 面 有 4N 字 节 是 根 据 需 要 而 增 加的 选 项 (N 必 须 是 整 数 )。 因 此 TCP 首 部的 最 小 长 度 是 20 字 节 。 TCP首 部 20 字 节 的固 定 首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长 度 可 变 ）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认

27、 号保 留 FIN32 位SYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充TCP 数 据 部 分TCP 首 部TCP 报 文 段 IP 数 据 部 分IP 首 部发 送 在 前 TCP首 部 20字 节固 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充源 端 口 和 目 的 端 口 字 段 各 占 2 字 节 。 端 口 是 运 输层 与 应 用 层 的 服 务 接 口 。 运 输 层 的 复 用 和 分 用 功 能 都要

28、通 过 端 口 才 能 实 现 。 TCP首 部 20字 节固 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充序 号 字 段 占 4 字 节 。 TCP 连 接 中 传 送 的 数 据 流中 的 每 一 个 字 节 都 编 上 一 个 序 号 。 序 号 字 段 的 值 则 指的 是 本 报 文 段 所 发 送 的 数 据 的 第 一 个 字 节 的 序 号 。 TCP首 部 20字 节固 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选

29、项 （ 长 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充确 认 号 字 段 占 4 字 节 ， 是 期 望 收 到 对 方 的 下 一 个报 文 段 的 数 据 的 第 一 个 字 节 的 序 号 。 TCP首 部 20字 节固 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充数 据 偏 移 占 4 位 ， 它 指 出 TCP 报 文 段 的 数

30、据 起 始处 距 离 TCP 报 文 段 的 起 始 处 有 多 远 。 “ 数 据 偏 移 ” 的单 位 不 是 字 节 而 是 32 位 字 （ 4 字 节 为 计 算 单 位 ） 。 TCP首 部 20字 节固 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充保 留 字 段 占 6 位 ， 保 留 为 今 后 使 用 ， 但 目 前应 置 为 0。 TCP首 部 20字 节固 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长

31、 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充紧 急 位 URG 当 URG 1 时 ， 表 明 紧 急 指 针字 段 有 效 。 它 告 诉 系 统 此 报 文 段 中 有 紧 急 数 据 ， 应尽 快 传 送 (相 当 于 高 优 先 级 的 数 据 )。 TCP首 部 20字 节固 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充确 认 位

32、ACK 只 有 当 ACK 1 时 确 认 号 字 段才 有 效 。 当 ACK 0 时 ， 确 认 号 无 效 。 TCP首 部 20字 节固 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充推 送 位 PSH (PuSH) 接 收 TCP 收 到 PSH = 1 的报 文 段 ， 就 尽 快 地 交 付 给 接 收 应 用 进 程 ， 而 不 再 等 到整 个 缓 存 都 填 满 了 后 再 向 上 交 付 。 TCP首 部 20字 节固

33、 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充复 位 位 RST (ReSeT) 当 RST 1 时 ， 表 明 TCP 连 接 中 出 现 严 重 差 错 （ 如 由 于 主 机 崩 溃 或 其 他 原 因 ） ，必 须 释 放 连 接 ， 然 后 再 重 新 建 立 运 输 连 接 。 TCP首 部 20字 节固 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认

34、号保 留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充同 步 位 SYN 当 SYN = 1 时 ， 表 示 这 是 一 个 连接 请 求 或 连 接 接 受 报 文 。 TCP首 部 20字 节固 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充终 止 位 FIN (FINal) 用 来 释 放 连 接 。 当 FIN 1 时 ， 表 明 此 报 文 段 的 发 送 方 的 数 据 已 发 送 完 毕 ， 并 要求

35、 释 放 运 输 连 接 。 TCP首 部 20字 节固 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充窗 口 字 段 占 2 字 节 。 窗 口 字 段 用 来 控 制 对 方 发 送的 数 据 量 ， 单 位 为 字 节 。 TCP 连 接 的 一 端 根 据 设 置 的 缓存 空 间 大 小 确 定 自 己 的 接 收 窗 口 大 小 ， 然 后 通 知 对 方 以确 定 对 方 的 发 送 窗 口 的 上 限 。 TCP首 部 20

36、字 节固 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充检 验 和 占 2 字 节 。 检 验 和 字 段 检 验 的 范 围 包 括首 部 和 数 据 这 两 部 分 。 在 计 算 检 验 和 时 ， 要 在 TCP 报 文 段 的 前 面 加 上 12 字 节 的 伪 首 部 。 TCP首 部 20字 节固 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认 号保

37、留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充紧 急 指 针 字 段 占 16 位 。 紧 急 指 针 指 出 在 本 报文 段 中 的 紧 急 数 据 的 最 后 一 个 字 节 的 序 号 。 TCP首 部 20字 节固 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充选 项 字 段 长 度 可 变 。 TCP 只 规 定 了 一 种 选 项 ，即 最 大 报 文 段 长 度 MSS (Maximum Segm

38、ent Size)。MSS 告 诉 对 方 TCP： “ 我 的 缓 存 所 能 接 收 的 报 文 段的 数 据 字 段 的 最 大 长 度 是 MSS 个 字 节 。 ” MSS 是 TCP 报 文 段 中 的 数 据 字 段 的 最 大 长 度 。数 据 字 段 加 上 TCP 首 部才 等 于 整 个 的 TCP 报 文 段 。 TCP首 部 20字 节固 定首 部目 的 端 口数 据偏 移 检 验 和选 项 （ 长 度 可 变）源 端 口 序 号 紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留 FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充填 充 字 段 这 是 为 了

39、 使 整 个 首 部 长 度 是 4 字 节 的整 数 倍 。 8.3.3 TCP 的 数 据 编 号 与 确 认 n TCP 协 议 是 面 向 字 节 的 。 TCP 将 所 要 传 送 的 报 文看 成 是 字 节 组 成 的 数 据 流 ， 并 使 每 一 个 字 节 对 应 于一 个 序 号 。n 在 连 接 建 立 时 ， 双 方 要 商 定 初 始 序 号 。 TCP 每 次发 送 的 报 文 段 的 首 部 中 的 序 号 字 段 数 值 表 示 该 报 文段 中 的 数 据 部 分 的 第 一 个 字 节 的 序 号 。n TCP 的 确 认 是 对 接 收 到 的 数 据

40、的 最 高 序 号 表 示 确认 。 接 收 方 返 回 的 确 认 号 是 已 收 到 的 数 据 的 最 高 序号 加 1。 因 此 确 认 号 表 示 接 收 方 期 望 下 次 收 到 的 数据 中 的 第 一 个 数 据 字 节 的 序 号 。 8.3.4 TCP 的 流 量 控 制 与 拥 塞 控 制1. 滑 动 窗 口 的 概 念n TCP 采 用 大 小 可 变 的 滑 动 窗 口 进 行 流 量 控 制 。 窗 口大 小 的 单 位 是 字 节 。n 在 TCP 报 文 段 首 部 的 窗 口 字 段 写 入 的 数 值 就 是 当 前给 对 方 设 置 的 发 送 窗 口

41、数 值 的 上 限 。n 发 送 窗 口 在 连 接 建 立 时 由 双 方 商 定 。 但 在 通 信 的 过程 中 ， 接 收 方 可 根 据 自 己 的 资 源 情 况 ， 随 时 动 态 地调 整 对 方 的 发 送 窗 口 上 限 值 (可 增 大 或 减 小 )。 收 到 确 认 即 可 前 移100 200 300 400 500 600 700 800 900101 201 301 401 501 601 701 8011 发 送 窗 口可 发 送 不 可 发 送指 针 n 发 送 方 要 发 送 900 字 节 长 的 数 据 ， 划 分 为 9 个 100 字 节 长 的

42、报 文 段 ， 而 发 送 窗 口 确 定 为 500 字 节 。n 发 送 方 只 要 收 到 了 对 方 的 确 认 ， 发 送 窗 口 就 可前 移 。 n 发 送 TCP 要 维 护 一 个 指 针 。 每 发 送 一 个 报 文段 ， 指 针 就 向 前 移 动 一 个 报 文 段 的 距 离 。 收 到 确 认 即 可 前 移100 200 300 400 500 600 700 800 900101 201 301 401 501 601 701 8011 可 发 送 不 可 发 送指 针100 200 300 400 500 600 700 800 900101 201 301

43、 401 501 601 701 8011 发 送 窗 口可 发 送 不 可 发 送指 针 发 送 窗 口 前 移 n 发 送 方 已 发 送 了 400 字 节 的 数 据 ， 但 只 收 到 对 前 200 字 节 数 据 的 确 认 ， 同 时 窗 口 大 小 不 变 。n 现 在 发 送 方 还 可 发 送 300 字 节 。 已 发 送并 被 确 认 已 发 送 但未 被 确 认 100 200 300 400 500 600 700 800 900101 201 301 401 501 601 701 8011 已 发 送并 被 确 认 已 发 送 但未 被 确 认 可 发 送 不

44、 可 发 送指 针100 200 300 400 500 600 700 800 900101 201 301 401 501 601 701 8011 已 发 送并 被 确 认 可 发 送 不 可发 送指 针发 送 窗 口 前 移 发 送 窗 口 缩 小n 发 送 方 收 到 了 对 方 对 前 400 字 节 数 据 的 确 认 ， 但 对方 通 知 发 送 方 必 须 把 窗 口 减 小 到 400 字 节 。n 现 在 发 送 方 最 多 还 可 发 送 400 字 节 的 数 据 。 利 用 可 变 窗 口 大 小 进 行 流 量 控 制双 方 确 定 的 窗 口 值 是 400 s

45、eq = 1, DATA seq = 201, DATAseq = 401, DATAseq = 301, DATAseq = 101, DATAseq = 501, DATAACK = 1, ack = 201, win = 300ACK = 1, ack = 601, win = 0ACK = 1, ack = 501, win = 100主 机 A 主 机 B允 许 A 发 送 序 号 201 500 共 300 字 节 的 数 据A 发 送 了 数 据 (序 号 301400)， 还 能 发 送 100 字 节A 超 时 重 发 旧 的 数 据允 许 A 发 送序号 501 至 600

46、 共 100 字 节 的 数 据A 发 送 了 数 据 (序号 501 至 600)，发送窗口已用完不 允 许 A 再 发 送 数 据seq = 201, DATA 丢 失 ！ A 发 送 了 数 据 (序 号 1100)， 还 能 发 送 300 字 节A 发 送 了 数 据 (序 号 101200)， 还 能 发 送 200 字 节A 发 送 了 数 据 (序 号 401500) ， 发 送 窗 口 已 用 完 8.3.5 TCP 的 重 传 机 制n 重 传 机 制 是 TCP 中 最 重 要 和 最 复 杂 的 问题 之 一 。n TCP 每 发 送 一 个 报 文 段 ， 就 对 这

47、 个 报 文段 设 置 一 次 计 时 器 。 只 要 计 时 器 设 置 的重 传 时 间 到 但 还 没 有 收 到 确 认 ， 就 要 重传 这 一 报 文 段 。 往 返 时 延 的 方 差 很 大n 由 于 TCP 的 下 层 是 一 个 互 连 网 环 境 ， IP 数 据报 所 选 择 的 路 由 变 化 很 大 。 因 而 运 输 层 的 往 返时 延 的 方 差 也 很 大 。 时 间数 据 链 路 层 运 输 层 T1 T2 T3往 返 时 延 的概 率 分 布 往 返 时 延 的 自 适 应 算 法 n 记 录 每 一 个 报 文 段 发 出 的 时 间 ， 以 及 收

48、到 相应 的 确 认 报 文 段 的 时 间 。 这 两 个 时 间 之 差 就是 报 文 段 的 往 返 时 延 。 n 将 各 个 报 文 段 的 往 返 时 延 样 本 加 权 平 均 ， 就得 出 报 文 段 的 平 均 往 返 时 延 RTT。n 每 测 量 到 一 个 新 的 往 返 时 延 样 本 ， 就 按 下 式重 新 计 算 一 次 平 均 往 返 时 延 RTT：平 均 RTT (旧 的 RTT) (1 ) (新 的 RTT样 本 ) (8-2)在 上 式 中 ， 0 1。 参 数 的 选 择n 若 很 接 近 于 1， 表 示 新 算 出 的 平 均 往 返 时 延 R

49、TT 和 原 来 的 值 相 比 变 化 不 大 ， 而 新 的 往 返 时延 样 本 的 影 响 不 大 (RTT 值 更 新 较 慢 )。n 若 选 择 接 近 于 零 ， 则 表 示 加 权 计 算 的 平 均 往返 时 延 RTT 受 新 的 往 返 时 延 样 本 的 影 响 较 大(RTT 值 更 新 较 快 )。n 典 型 的 值 为 7/8。 往 返 时 延 RTT?往 返 时 间 的 测 量 相 当 复 杂 n TCP 报 文 段 1 没 有 收 到 确 认 。 重 传 （ 即 报 文 段 2） 后 ， 收 到 了 确 认 报 文 段 ACK。n 如 何 判 定 此 确 认

50、报 文 段 是 对 原 来 的 报 文 段 1 的确 认 ， 还 是 对 重 传 的 报 文 段 2 的 确 认 ？ 发 送 一 个TCP 报 文 段 超 时 重 传TCP 报 文 段 收 到 ACK 时 间1 2往 返 时 延 RTT? 是 对 哪 一 个 报 文 段的 确 认 ？ Karn 算 法 n 在 计 算 平 均 往 返 时 延 RTT 时 ， 只 要 报 文段 重 传 了 ， 就 不 采 用 其 往 返 时 延 样 本 。n 这 样 得 出 的 平 均 往 返 时 延 RTT 和 重 传 时间 就 较 准 确 。 修 正 的 Karn 算 法 n 报 文 段 每 重 传 一 次

51、， 就 将 重 传 时 间 增 大 一 些 ：新 的 重 传 时 间 (旧 的 重 传 时 间 ) (8-4)n 系 数 的 典 型 值 是 2 。n 当 不 再 发 生 报 文 段 的 重 传 时 ， 才 根 据 报 文 段 的 往 返时 延 更 新 平 均 往 返 时 延 RTT 和 重 传 时 间 的 数 值 。 n 实 践 证 明 ， 这 种 策 略 较 为 合 理 。 8.3.4 TCP 的 运 输 连 接 管 理1. 运 输 连 接 的 三 个 阶 段 n 运 输 连 接 就 有 三 个 阶 段 ， 即 ： 连 接 建 立 、数 据 传 送 和 连 接 释 放 。 运 输 连 接

52、的 管 理就 是 使 运 输 连 接 的 建 立 和 释 放 都 能 正 常地 进 行 。n 连 接 建 立 过 程 中 要 解 决 以 下 三 个 问 题 ： n 要 使 每 一 方 能 够 确 知 对 方 的 存 在 。n 要 允 许 双 方 协 商 一 些 参 数 （ 如 最 大 报 文 段 长度 ， 最 大 窗 口 大 小 ， 服 务 质 量 等 ） 。n 能 够 对 运 输 实 体 资 源 （ 如 缓 存 大 小 ， 连 接 表中 的 项 目 等 ） 进 行 分 配 。 客 户 服 务 器 方 式 n TCP 的 连 接 和 建 立 都 是 采 用 客 户 服 务 器方 式 。n 主

53、 动 发 起 连 接 建 立 的 应 用 进 程 叫 做 客 户(client)。n 被 动 等 待 连 接 建 立 的 应 用 进 程 叫 做 服 务器 (server)。 用 三 次 握 手 建 立 TCP 连 接 SYN = 1, seq = x 主 机 BSYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack= x 1ACK = 1, seq = x + 1, ack = y 1被 动 打 开主 动 打 开 B 发 送 确 认A 发 送 确 认主 机 A连 接 请 求 连 接 建 立 状 态 建 立 TCP 连 接n A 的 TCP 向 B 发 出 连 接 请 求 报 文 段 ，

54、 其 首 部 中 的同 步 位 SYN = 1， 并 选 择 序 号 x， 表 明 下 一 个 报 文段 的 第 一 个 数 据 字 节 的 序 号 是 x + 1。 n B 的 TCP 收 到 连 接 请 求 报 文 段 后 ， 如 同 意 ， 则 发 回确 认 ， 在 确 认 报 文 段 中 使 SYN = 1 和 ACK = 1， 其确 认 号 应 为 ack = x 1， 并 选 择 序 号 seq = y。n A 收 到 此 报 文 段 后 ， 向 B 给 出 确 认 ， 其 ACK = 1，序 号 应 为 seq = x + 1， 确 认 号 应 为 ack = y 1。 n A

55、的 TCP 通 知 上 层 应 用 进 程 ， 连 接 已 经 建 立 。n 当 运 行 服 务 器 进 程 的 主 机 B 的 TCP 收 到 主 机 A 的确 认 后 ， 也 通 知 其 上 层 应 用 进 程 ， 连 接 已 经 建 立 。 三 次 握 手 或 三 次 联 络 (three-way handshake)n 防 止 已 失 效 的 连 接 请 求 报 文 段 又 传 送 到 B， 因而 产 生 错 误 。n A 发 出 连 接 请 求 ， 但 因 未 收 到 确 认 而 再 重 传 一次 。 后 来 收 到 了 确 认 ， 建 立 了 连 接 。 数 据 传 输完 毕 后

56、释 放 了 连 接 。 A 共 发 送 了 两 个 连 接 请 求报 文 段 ， 其 中 的 第 二 个 到 达 了 B。n A 发 出 的 第 一 个 连 接 请 求 报 文 段 以 后 又 传 送 到 B。 B 误 认 为 是 A 又 发 出 一 次 新 的 连 接 请 求 。于 是 就 向 A 发 出 确 认 报 文 段 ， 同 意 建 立 连 接 。 n A 不 会 理 睬 B 的 确 认 。 但 B 却 以 为 运 输 连 接就 这 样 建 立 了 ， 并 一 直 等 待 A 发 来 数 据 。 B 的 许 多 资 源 就 这 样 白 白 浪 费 了 。 TCP 的 连 接 释 放

57、过 程 FIN =1, seq = xACK = 1, seq = y, ack= x 1ACK =1, seq = x + 1, ack = y 1应 用 进 程 释 放 连 接A 不 再 发 送 报 文 主 机 B主 机 A 通 知 主 机应 用 进 程FIN =1, ACK =1, seq = y, ack = x + 1 应 用 进 程 释 放 连 接B 不 再 发 送 报 文发 送 确 认确 认 至 此 ， 整 个 连 接 已 经 全 部 释 放 。半 关 闭 状 态 关 闭 状 态从 A 到 B 的 连 接 就 释 放 了 ， 连 接 处 于 半 关 闭 状 态 。相 当 于 A 向 B 说 ： “ 我 已 经 没 有 数 据 要 发 送 了 。但 你 如 果 还 发 送 数 据 ， 我 仍 接 收 。 ”