第五章传输层协议-PPT精品

• 若其已不想建立这个连接，则可以发送一 个将RST置为“1”的应答数据连接的关 闭过程是一个四 次握手的过程。
图5-9 四次握手拆除TCP 连接
• 当主机1 的数据 已发送完毕时， 其在等待确认 的同时可发送 一个将控制字 段FIN 置“1”的 数据段给主机2， 表示请求中断 主机1到主机2 的连接。
当请求建立连接的SYN数据段发出时， 连接建立定时器就开始计时，如果在75秒 内未收到响应，则连接建立失败。
三、ACK延时定时器（Delayed ACK Timer）
当TCP实体收到数据时它必须返回确认， 但并不需要立即回复，它可以在200亳秒内 发送ACK报文，如果在这段时间内它恰好 有数据要发送，它就可以在数据内包含确 认信息，因此需要ACK延时定时器。
• 校验和：用于对数据段头和数据进行校验， 以判断接收的数据是否有错。
• 紧急指针：给出从当前段序号到紧急数据 位置的偏移量。
• 任选项：提供一种增加额外设置的方法， 如最大TCP 分段的大小的约定。
• 填充：当任选项字段长度不足32 位字长时， 需要加以填充。
• 数据：来自高层即应用层的协议数据。
四、持续定时器（Persistence Timer）
防止死锁事情发生，发送方在收到接收 方发来一个窗口为0的数据时，就启动持续 定时器，等到该定时器超时还没有收到对 方修改窗口大小的数据段时，发送方就发 一个探测数据，对接收方对该探测数据的 响应应包含了窗口大小，若仍为0，则定时 器清0，重复以上步骤，否则则可以发送数 据。
• 5. 伪首部：
– 该字段只用于计算校验和，不会在UDP数据报 中发送。它由源IP地址、目的IP地址、UDP协 议号（17）和UDP长度组成。
二、UDP数据报最大长度
由UDP数据报格式可知，UDP数据报没有标 识数据分段的字段，因而接收端无从知道所接收 的数据报是否发生混序，是否是重复发送的数据 报。为了避免这种情况发生，UDP协议常用于一 次性传输数据量较小的网络应用，这样UDP实体 就不用对数据进行分段，而这种数据传送方式就 是前面讨论的报文交换方式。
• 但是，此时在相反方向 上，主机2 仍然可以向 主机1 发送数据，直到 主机2 数据发送完毕并
要求关闭连接。这个方
向上连接的拆除同样要 经过（1）、（2）两步， 由主机2发起FIN段，主 机1应答确认ACK，拆 除另一方向的TCP连接。
图5-9 四次握手拆除TCP 连接
5.2.3.确认和超时重传
5.2.4.TCP定时器
TCP设置多个定时器帮助其完成所承担的 服务。
一、重传定时器（Connection Establishment Timer）
重发定时器是TCP发送数据时设置的， 如果在定时器超时前该数据段被确认，就 关闭该定时器，否则，一旦超时则重发该 数据段。
二、连接建立定时器（Connection Establishment Timer）
5.2.6.TCP的拥塞控制
为了解决因网络传输能力导致拥塞的问 题，TCP对流量控制方法进行了改进，增 加了一个拥塞窗口。这样发送方TCP就有 两个窗口：一是接收方通告窗口，反映的 是接收方的数据接收能力；一是拥塞窗口， 反映的是网络的传输能力。而发送方可以 发送的字节数，即发送窗口的大小取这两 个窗口的最小值。
• 1023 以上端口未做限定，即作为自由端口，以本 地方式进行分配。
5.2. TCP协议
5.2.1.TCP协议概述 TCP，即传输控制协议，它提供面向连接
的、可靠的（没有数据重复或丢失）、全双工 的数据流传输服务。
• TCP的协议数据单元被称为段（Segment）
• 数据段分为两部分，即段头和数据
control protocol，简称TCP）和用户数据报协议 （user datagram protocol，简称UDP）
TCP协议是一个可靠的面向连接的传输层协议。 UDP协议将可靠性问题交给应用程序解决
指标 TCP UDP
是否 面向 无连 连连接 接接
传输 可靠 不可
可
靠
靠
性
速度 较慢 较快
• 从0 到255 被规定作为公共应用服务的端口，如 WWW、FTP、DNS 和电子邮件服务等，又被称 为著名端口 (Well-known ports)。这些端口所对应 的服务是固定、公开的，因此可以通过访问这些 端口来访问对应的服务。
• 从256 到1023 的端口，被保留用作商业性的应用 开发，如一些网络设备厂商专用协议的通信端口 等。
5.1.2.端口和套接字
一台主机中同时会有多个应用进程进行 通信，传输层必须将它们区分开来。因此网 络通信的最终地址应不仅包括主机地址，还 要包括可描述网络进程的某种标识。
这种标识称作传输层服务访问点，
即端口。
TCP/IP 定义一个16Bit长度的整数作为 端口标识，也就是说可定义2e16个端口， 其端口号从 0到 2e16－1。
图5-9 四次握手拆除TCP 连接
• 若主机2 已正确接 收主机1 的所有分 段，则会发送一个
数据段正确接收的
确认段，同时通知
本地相应的应用程
序，对方要求关闭
连接，接着再发送 一个对主机1 所发 送的FIN段进行确 认的应答段。由此
便拆除了一个方向 的TCP连接。
图5-9 四次握手拆除TCP 连接
用？ 6. TCP如何进行流控，那一方主导流控。
– ①SYN=0表示数据段第一个数据字节的序号， 即该数据段在发送方的数据流中的位置；
– ②SYN=1表示建立本次连接的初始序号。
• 确认序号（ACK）：下一个期望接收的 TCP 数据段号，顺序号和确认号共同用于 TCP 服务中的确认、差错控制。
• 头长：TCP头长，以32 位字长为单位。实 际上相当于给出数据在数据段中的开始位 置。
• 资源子网中的端用户依靠在自己主机上所 增加的这个传输层来检测分组的丢失或数 据的残缺并采取相应的补救措施。
二、传输层功能
• 在网络层所提供的源到目标的分组传输服 务的基础上，向上层提供可靠的源主机到 目标主机的数据传输。
• 当上层的协议数据包的长度超过网络互联 层所能承载的最大数据传输单元时，提供 分段和合并分段的功能。
• 主机2 收到该分段， 若同意建立连接，则
发送一个连接接受的
应答数据段，其中控 制字段的SYN 和ACK 均被置“1”，指示对 第一个SYN 报文段的 确认，以继续握手操 作；否则，主机2 要 发送一个将RST置为 “1”的应答数据段， 表示拒绝建立连接。
• 主机1 收到主机 2 发来的同意建 立连接数据段后， 还有再次进行选 择的机会，若其 确认要建立这个 连接，则向主机 2 发送确认数据 段，用来通知主 机2 双方已完成 建立连接；
• 目的端口字段：
– 该字段是16 位长度的接收端UDP协议端口号。
• 长度字段：
– 该字段标记该数据报的长度，以8位长的字节为长度单 位，包括报头和用户数据。
• 校验和字段：
– 该字段是可选择的，如该字段值为0 则表明不 进行校验。一般说来，使用校验和字段是必要 的。检查和的计算除了包括报头和用户数据外， 还要加上12字节的伪首部。
5.2.5.流量控制与滑动窗口机制
• TCP实体在端设备中为每个连接开设两个 缓冲区，
– 一个是接收缓冲区，用来接收对方发送来的数 据。
– 第二个是发送缓冲区，TCP实体从应用进程接 收数据，存贮在发送缓冲区。
为了防止由于发送端与接收端之间的不 匹配而引起数据丢失，TCP采用滑动窗口 进行流量控制。
• 提供多路复用机制，由于同时存在多个高 层应用，因此要求传输层能够同时为多个 高层应用服务，将多个高层应用复用到一 个网络层连接上。传输层是通过端口来实 现这一功能的。
三、端到端的传输
• 传输层就是为上三层提供端到端的传输服 务
声音信号 电信号
点到点
端到端 点到点
声音信号 电信号
点到点
四、TCP/IP 的传输层 两个主要的协议即传输控制协议（transport
第五章 传输层协议
• 重点
– 端口 – TCP连接的建立和拆除的握手机制 – 计时器 – 流量控制 – 拥塞控制
5.1.传输层
5.1.1. 传输层概述 一、传输层的作用 • 弥补网络层所提供的服务质量的不足，以
便为高层提供可靠的端到端通信。
计算机网络在逻辑上分为资源子网和通信 子网
• 资源子网中的设备才有传输层，通信子 网中的设备一般只具备OSI下面三层的功 能。
• 预留：未用的6 位，为将来的应用而保留， 目前置为“0”。
• 控制字段（CTL）：共6个控制字段，每个 占一位bit。TCP 数据段有多种应用，如建 立或关闭连接、传输数据、携带确认等， 这些控制字段用于给出与数据段的作用及 处理相关的控制信息。字段位值=1时有效。
• 窗口：窗口的大小表示本方可以接收的数 据量，以八位字长为计量单位。TCP使用 可变大小的滑动窗口来进行流量控制。
– 段头一般长20字节（如有选项部分另加），是 TCP 为了实现端到端可靠传输所加上的控制信 息。
– 而数据则是指由高层即应用层来的数据。数据 段的大小必须首先满足65535字节的IP包数据 长度限制。
• 源端口：主叫方的TCP 端口号。 • 目标端口：被叫方的TCP 端口号。 • 发送序号（SEQ）：
5.2.2.TCP的连接管理
TCP实现的是面向连接的数据传输服务， 即是一种虚电路的数据交换方式，在数据 传输以前需要在源主机和目标主机之间创 建相应的虚电路连接。
一、连接的建立
TCP 使用 三次握手协议 来建立连接。
• 主机1 首先发 起TCP 连接 请求，并在所 发送的数据段 中将控制字段 中的SYN置为 “1”、ACK置 为“0”。
5.3. UDP协议
5.3.1. UDP协议 与TCP 相反，TCP/IP 传输层的另一大
协议UDP提供的是不可靠的面向无连接的 数据传输服务。
一、UDP数据报格式
图5-13 UDP数据报格式
• 源端口字段：
– 该字段是16 位长度的发送端UDP协议端口号。在UDP 协议中也采用与TCP 中类似的端口概念来标识同一主 机上的不同网络进程，并且两者在分配方式上也是类 似的。应用程序使用UDP协议而不直接采用原始IP协 议发送数据，最主要的原因就UDP协议提供了标识进 程的端口号。
五、保活定时器（The Keepalive Timer ）
当一个连接长时间闲置会造成保持存活 定时器会超时，这时就会发送一个空数据 段检测另一方是否仍然存在（即连接是否 依然激活），如果它未得到响应，便终止 该连接 。
六、闲置定时器（The Quiet Timer）
当TCP连接断开后，为防止该连接上的 数据还在网络上，并被后续打开的具有相 同五元组的连接接收，要设置闲置定时器 以防止刚刚断开连接的端口号被立即重新 使用。
许多UDP应用程序的设计中，其应用程序数 据被限制成512字节或更小。
习题
1. 试述传输层协议的三个功能。 2. 如果报文中是请求报文，如何使用端口号？试举
出三个已知TCP服务的端口号。 3. TCP协议利用什么功能保证可靠的连接？ 4. 绘图说明TCP连接建立的规程。 5. TCP如何防止拥塞现象发生？由哪一方起主导作