网络协议实践课程第3章20140301

•先在1台PC上 启动接收端， 后在另1台PC 上启动1个发 送端。建立 TCP连接，发 送数据。
二、实验
• 本地ttcp连接 –接收端PC（192.168.0.102）
–Ethereal开始捕获
–启动发送端PC（192.168.0.100）
–发送端和接收端退出时候Ethereal停止捕获,将跟踪的结 果保存在tcp_pcattcp_n1.cap中。
• 数据偏移字段，它表示报文段的数据部分的开始位置。由于 TCP首部的长度会因为使用可变长度选项字段而发生变化， 所以设置数据偏移字段是必要的。 • 标志部分含有6个不同的位:URGENT位、ACKNOWLEDGEMENT位、PUSH 位、RESET位、SYN位和FIN位。
– ACKNOWLEDGEMENT位只表明确认字段是否有效。
• 比如在分组8中，服务器发送一个确认号为2921的报文段。服务 器通过宣布期望接收的下一个字节号是2921来确认分组6和分组7 已经接收。
• 连接关闭
–当两端交换带有FIN标志的TCP报文段并且每一端都确认另 一端发送的FIN包时，TCP连接将会关闭。
• 但那些重传的数据仍然会被传送，直到接收端确认所有的信息。
• SSH客户端会发送很多只有少量数据的报文段，因为这种连接代 表一种交互式的数据流，而不是大量传输8192个字节的ttcp流。 • 看看其TCP报文段首部的PUSH标志位。TCP层正常情况下尝试在通 过网络发送数据之前收集足够多的数据来最大限度地填满一个报 文段。在应用程序要求该报文段不等填满便立即被发送的时候， PUSH标志位置1。
• 远程SSH连接(交互式双向数据流）
除了在本地网上由ttcp产生的一个TCP连接以外，我们还 在本地机和一个远程服务器之间产生一个SSH连接。将所捕获 的网络通信保存在文件tcp_ssh. cap中。 –客户端和服务器都发送数据。通过使用Follow TCP Stream来分离开每一方的数据通道，你能够很快地发现不 同之处。实际操作来看看
实验3. 1 TCP介绍
• 简介
TCP是因特网中最主要的传输层协议。它能够在两个应用 程序间提供可靠的有序数据流传输，即使这两个程序运行在不 同的主机上并且被一个会丢失、重排序或者破坏分组的不可靠 网络所隔开。
TCP能够检测传输过程中分组是否丢失、延迟和改变，如 是则重传这些分组，从而提供了可靠的数据流传输。
重传计时器能够自动灵活设置。最初，TCP是基于初始的 SYN和SYN ACK之间的时间来设置重传计时器的。在整个TCP连 接中，TCP都会注意每个报文段的发送和收到相应的确认所经 历的时间。我们会计算出这些时间的一个平均值，那样的话， 累积平均值会比最近采样更具有说服力。
• TCP也会把一系列重复确认的分组当作是数据丢失的先兆。 也就是说发送端不一定非得等到超时重传。 –如果接收端期望的字节号是1000，然而接收到的字节号却 是2000到3000，那么它们必须继续设置确认号为1000。如 果包含字节号从1000到1099的段丢失了，那么它们将继续 为每个新接收的报文段发送确认号1000。当发送端看见带 有同样确认号的一系列报文段的时候，它会假设虽然数据 到达了另外一端并且发送了确认号，但是包含第1000字节 的报文段却丢失了。
三、观察跟踪记录tcp_pcattcp_n1.cap • 连接建立
–分组3到5显示的就是3次握手。 • 第1条SYN分组。 SYN位为1。序号是随机数，而 Ethereal显示0为逻辑序号。
• 第2条SYNACK分组。 SYN、ACK位均为1。确认号是前 SYN分组随机数+1，而Ethereal显示1为逻辑序号。序 号也是另一随机数，而Ethereal显示0 。 • 第3条ACK分组，客户端发送带有标志ACK的TCP报文段 来完成三次握手的过程。这个报文段将确认服务器发 送的SYNACK分组，并检查TCP连接的两端是否正确地打 开和运作。
Computer Networking
Internet Protocol Action
第三章
传输层协议
李毅超
2011.12
第三章 传输层协议
引 言
• 在因特网上，传输层协议负责将数据从一个应用程 序传递到另一个应用程序。它既不关心所传输的具 体数据，也不关心能否正确识别目标主机。
• 传输层目前的两个主要的协议: TCP(传输控制协议) UDP(数据报协议)
• TCP和UDP都提供了多路复用和多路分解，但是TCP提 供的许多特性UDP却不提供，比如可靠的有序报文传 输、流量控制和拥塞控制。 • 多路复用(multiplex)和多路分解(demultiplex )
传输层协议指定了用于正确定位应用程序发送端和接收端 的源端口号和目的端口号。这一过程称为多路复用 (multiplex)和多路分解(demultiplex )。 因特网同一主机上的应用程序所产生的多个数据流复用一 个输出连接。因特网同一主机上不同应用程序的多个数据流 可能也会通过一个输出连接传输，但是它们最终将会被分解 并传输到各自的应用程序中去。
– PUSH位用于表示发送端应用程序要求数据立刻发送。 – SYN , FIN , RESET这三位用来打开或关闭连接。 – URGENT位和紧急指针字段通常很少使用，所以在这里不做讨论。
• 接收端通告窗口字段和校验和字段
一、配置
– 如图3.1.2
•2台PC上都安 装ttcp来产生 具有一定特征 的TCP流。
• 所有随后的TCP报文段都将拥有ACK标志，因为每端都 会报告数据流中预期到来的下一个字节。如果一方没 有发送数据，另一方会为余下的连接发送同样的确认 号。 • 三次握手也会用来协商连接的某些属性。比如，MSS （Maximum Segment Size）。本地网上能发送的最大 TCP报文段1460字节 。
–TCP首部消耗了整个数据流中的较大比例。 在SSH流中即使最大报文段大小仍为1460个字节，事 实上，大多数报文段包含的数据都少于100个字节。
• 整个会话过程的字节数是8606个。这比起ttcp流中的8192个字节 来说并不算多，但是却一共需要118个报文段包含数据，而不是6 个报文段。 • 在这个实验中TCP数据流包含有8606个字节的数据，而总共传输 却有18508个字节（数据占46%）。而在ttcp流中含有8192个字节 的数据，总共传输8988个字节（数据占91% ） 。
小节
• 本堂课，我们用Ethereal逆向分析了TCP协议的一些 细节，让我们对TCP报文段格式、TCP连接建立、连 接关闭、单向或双向数据流传输以及传输的开销都 有了直观基本的认识。
实验3. 2 TCP重传
• 简介
本节重点探讨TCP在一个不可靠的网络上如何依靠接收端 返回的检查丢失或错误的反馈来提供一个可靠的数据传输。在 这个实验里，将观察发生重传时TCP连接的跟踪记录。 • 重传计时器 当一个TCP发送端传输一个报文段的同时也设置了一个重 传计时器。确认到达时，该计时器就自动取消。如果在数据的 确认信息到达之前这个计时器超时，那么数据将会重传。
• 在本章的实验中，将会详细讨论这些特性。
– 实验3. 1中，将首先观察简单的TCP流。我们将观察TCP报文段的首部， 并且讨论TCP如何完成可靠的有序报文传输。 – 实验3. 2中，将详细研究TCP的重传。我们将考虑致使TCP重新发送传 输过的数据副本的各种事件。我们还会查看各种TCP变体，包括带选 择确认的TCP。 – 实验3. 3中，将介绍UDP及其数据报首部。我们将比较传输同样数据 的TCP流和UDP流，我们还会分析，对于没有接收端监听输入数据的情 况，TCP和UDP的发送端是如何处理的。 – 实验3. 4中，将观察TCP流量控制和拥塞控制属性。我们将把TCP与既 没有流量控制又没有拥塞控制的UDP进行比较。我们将观察两个并发 运行的TCP流、一个与UDP流并发运行的TCP流，以及两个并发运行的 UDP流。我们将说明TCP的发送端之间会平等地共享网络，而UDP的发 送端却不会限制发送速率。
–在tcp_pcattcp_n1.cap中，通过分组13至16我们可以看 到TCP连接被关闭。ttcp发送端写完了数据的8192个字节， 它就准备断开连接了。
–在分组13里，包含了最后892节并且设置了F14里，服务器确认已经收到了所有发送的数据。我 们注意到这时确认号为8194而不是8193。这是由于FIN自 身被当作第8193个字节了。 –在分组15中，服务器也发送一个FIN标志指示不会发送任 何其他附加的数据了。
– 可以想像一下，你在用一台可能丢页的传真机来传送大量的文档。你 可能会把文档编上页号，这样接收端就能知道哪部分丢失了。
• TCP报文段首部格式如图3.1.1（RFC793）：
• 源端口字段和目的端口字段就不说了。
• 序号字段表示分组中第一个字节的在传输字节流中的编号。
• 确认号字段是数据流中下一个期望接收的字节的编号。
–在分组16中，客户端会发送最后一个确认号为2的报文段 来确认服务器所发的FIN标志，因为FIN本身也被看作为最 后的字节。
–2个FIN和相应ACK是用来终止一个TCP连接的较好方法。
• 也可以通过设置RESET位来终止TCP连接。尽管设计 RESET是为了处理不可恢复的错误，但是在实践中也经 常用来进行快速终止连接，以避免常规的FIN-ACK交换。
–分组7、 9、10和11也都传送1460个字节,这样就传送了 1460 x 5 = 7300个字节,剩下的8192-7300 = 892个字节 将在分组13里面发送。 –本实验服务器不会回传任何数据给客户端。因此，所有从 端口号5001到2440发送的分组都只包含TCP首部而没有数 据。即使没有自身要传送的数据，服务器也要发送TCP报 文段给客户端，提供哪些数据已经被成功接受的反馈。
–TCP后来的版本为接收端提供了一种方法，可以指示已经 接收到的报文段中哪些是失序的。这称为选择确认，具有 这种特征的TCP常常被称作TCP SACK。发送端和接收端可 以在连接建立的三次握手期间协商是否使用SACK这样的附 加特征。