精品课件-现代通信网(郭娟)-第五章 互联网-03
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现代通信网 Modern Communication Networks
5.1 互联网概述 5.2 网络层 5.3 路由协议 5.4 传输层 5.5 应用层 5.6 IPv6与MPLS
第五章 互联网及TCP/IP协议
2020/12/15
互联网的传输层
applic ation transp ort networ
TCP报文段格式
4
8
12
16
20
24
28
32
源端口号
目的端口号
顺序号
确认号
头部长度
保留
UAP RS F RCS S YI GKHT NN
TCP校验和
窗口大小 紧急情况指针
20字节
Options(variable length)
Padding
Data
2020/12/15
TCP报文段中字段的含义
顺序号：当SYN＝1，代表初始序号ISN；其它时候SN表示该 段中第一个数据字节的序号。
2020/12/15
进程的标识：端口号
端口号的分类 • IANA (Internet Assigned Numbers Authority):端口号
的分配管理机构
类型
知名端口(Well-known Ports)
注册端口（Registered Ports）
动态/私有端口 (Dynamic/Private Ports)
会增加缓冲区的开销。
2020/12/15
确定RTT TCP采用观察最近的报文段的往返时延的方法来估计RTT。 RTT估值公式
首次测量时：估值RTT(1)=RTT(1) 估值RTT(i+1)＝（1-a）×估值RTT(i)＋ a×RTT(i+1)
--其中， 参考值a=0.125。【RFC2988】 --含义是，使RTT对短暂的时延变化不敏感。
telnet Smtp（Simple Mail Transfer Protocol）
DNS（Domain Name System） BOOTP / DHCP（ Bootstrap Protocol / Dynamic Host Configuration Protocol） (服务器端)
BOOTP / DHCP（客户端） http（Hypertext Transfer Protocol or World Wide Web）
问题： 位于不 同主机上的两个 进程相互间如何 通信？
进程（process) 运行在一个OS之上的应用
段（segment） 传输层的数据传输单元
流（flow） 进程间通信信道上的一个业务流
三个概念
2020/12/15
App #1
App #2
App #3
App #4
传输层设计思想
App #1
k data link physic
al
2020/12/15
networ k
data link physic
al
networ k
ndeattwaor linkk networ pphhdlyayaiaslstnlnpiiakehdlcctyaiakwstnloiakprchdlatayaiaprkotstnlpariiaklntocisncp
TCP连接建立：三次握手
要点：SYN相当于1个字节； ISN的随机化/Half2020/o1p2e/n1问5 题；
TCP数据传输 2020/12/15
TCP连接释放：四次握手 2020/12/15
TCP的流量控制
问题：如何限制发送者的速率以实现收发速率匹配？ 链路层采用固定窗口大小的流量控制。
应用场合 控制面协议 DNS，SNMP、DHCP等 避免连接建立的开销和不灵活 报文丢失不敏感的应用 语音 视频
UDP协议
2020/12/15
UDP协议 2020/12/15
每一种知识都需要努力， 都需要付出，感谢支持！
知识就是力量，感谢支持！
一一一一谢谢大家！！
pop3（Post Office Protocol version 3） Imap（Internet Message Access Protocol） Snmp（Simple Network Management Protocol） Snmp trap（Simple Network Management Protocol）
确认号：代表TCP接收端期望接收的下一个字节的序号，累 积确认方式。
头部长度：以32bit为单位，描述头部的长度。 窗口大小： 16比特，基于收方的窗口流控
起始字节序号=确认号。 最后一个字节序号=确认号+窗口大小 校验和：对整个TCP报文段+12字节伪IP头进行校验。 标志位：6个
2020/12/15
速率控制 流量控制 拥塞控制
运输层的服务
2020/12/15
进程的标识：端口号
端口号：16比特，应用进程的标识 套接字（Socket）：<IP地址,端口号> Socket是双向的。
连接标识 连接的标识：={本地Socket,远端Socket} 本地Socket=<源IP地址,源端口号> 远端Socket=<目的IP地址,目的端口号>
BGP（Border Gateway Protocol） RIP（Routing Information Protocol v1,v2）
TCP的连接 2020/12/15
TCP的连接-示例1 2020/12/15
TCP的连接-示例2 2020/12/15
TCP的连接-示Hale Waihona Puke Baidu3 2020/12/15
2020/12/15
RTO的估算公式
如何根据RTT确定RTO？ 首次测量：估值RTT(1)=RTT(1)，DevRTT =RTT(1) /2 以后每次测量执行如下计算： DevRTT(i+1)＝（1－ß）× DevRTT(i)＋ ß×|RTT(i+1) －估值RTT（i）| 估值RTO(i+1)＝估值RTT(i+1)＋4×DevRTT(i+1) ---ß推荐值＝0.25.
端口号
传输层协议
进程的标识：端口号
应用层协议
20 21 23 25 53 67
68 80 110 143 161 161 179 520
2020/12/15
TCP TCP TCP TCP TCP + UDP UDP
UDP TCP TCP TCP UDP UDP TCP UDP
ftp（数据信道） ftp（控制/命令信道）
2020/12/15
TCP: 重传示例
注：证实消息丢失，而未超时的情况下，采用累积证实 也不会出问题 2020/12/15
TCP 丢失重传 －2
注：数据段丢失的情况下，空隙弥合后，发送证实消息 2020/12/15
TCP 丢失重传－3
注：证实消息丢失的情况下，导致发端超时重传 2020/12/15
收到证实消息自动滑动窗口以发送更多数据 TCP采用由接收方通知发送方可用窗口大小（信用量）流
控机制。 原因？主机到主机的往返时延RTT（round-trip time)
变化大。
2020/12/15
TCP信用量流控机制 涉及三个字段：顺序号SEQ，确认号ACK，窗口尺寸W 传输的每个字节均分配一个SEQ 。 当发送方收到一个返回的报文段ACK ＝i，W＝j，它的含义
App #2
App #3
App #4
TCP
UDP
TCP
UDP
Internet Protocol
Internet
Internet Protocol
Client
Server
用不同的传输层协议支持不同类型的应用！
2020/12/15
地址： 标识本地进程
差错控制 校验和 可靠性：重发纠错与顺序控制
是： 序号0～i-1的字节都被确认，下一个期望接收的字节是i. 发送方新的窗口大小为W＝j，合法的窗口内的序号为i到
i+j-1。
2020/12/15
确定TCP的窗口大小 如何动态确定合理的W值？
W的取值与RTT有关 设往返时延RTT，线路速率＝R。
则当W≧ RTT×R时，不会造成发送端因等待确认信号， 所引起的线路空闲。 直观上，W与RTT成正比。但实际上W太大无意义，只
2020/12/15
TCP的丢失重传机制 由于网络层不提供反馈信息，为保证可靠传输，TCP采用超
时/重传机制来处理报文段的丢失问题。 丢失的定义：超时或连续收到三个冗余的ACK。 如何设定超时定时器RTO？
Retransmission Time-Out 显然，RTO必须大于RTT，否则会造成不必要的重传。
取值范围
说明
0～1023 1024～49151 49152～65535
由IANA分配，用于提供知名的公众服务的 服务器进程，例如Web，FTP ，Email等。
由IANA分配，主要用于私有服务器进程， 但也可用于客户进程，一般没有严格的限制
由主机按需分配给本地客户进程
2020/12/15
知名端口号
5.1 互联网概述 5.2 网络层 5.3 路由协议 5.4 传输层 5.5 应用层 5.6 IPv6与MPLS
第五章 互联网及TCP/IP协议
2020/12/15
互联网的传输层
applic ation transp ort networ
TCP报文段格式
4
8
12
16
20
24
28
32
源端口号
目的端口号
顺序号
确认号
头部长度
保留
UAP RS F RCS S YI GKHT NN
TCP校验和
窗口大小 紧急情况指针
20字节
Options(variable length)
Padding
Data
2020/12/15
TCP报文段中字段的含义
顺序号：当SYN＝1，代表初始序号ISN；其它时候SN表示该 段中第一个数据字节的序号。
2020/12/15
进程的标识：端口号
端口号的分类 • IANA (Internet Assigned Numbers Authority):端口号
的分配管理机构
类型
知名端口(Well-known Ports)
注册端口（Registered Ports）
动态/私有端口 (Dynamic/Private Ports)
会增加缓冲区的开销。
2020/12/15
确定RTT TCP采用观察最近的报文段的往返时延的方法来估计RTT。 RTT估值公式
首次测量时：估值RTT(1)=RTT(1) 估值RTT(i+1)＝（1-a）×估值RTT(i)＋ a×RTT(i+1)
--其中， 参考值a=0.125。【RFC2988】 --含义是，使RTT对短暂的时延变化不敏感。
telnet Smtp（Simple Mail Transfer Protocol）
DNS（Domain Name System） BOOTP / DHCP（ Bootstrap Protocol / Dynamic Host Configuration Protocol） (服务器端)
BOOTP / DHCP（客户端） http（Hypertext Transfer Protocol or World Wide Web）
问题： 位于不 同主机上的两个 进程相互间如何 通信？
进程（process) 运行在一个OS之上的应用
段（segment） 传输层的数据传输单元
流（flow） 进程间通信信道上的一个业务流
三个概念
2020/12/15
App #1
App #2
App #3
App #4
传输层设计思想
App #1
k data link physic
al
2020/12/15
networ k
data link physic
al
networ k
ndeattwaor linkk networ pphhdlyayaiaslstnlnpiiakehdlcctyaiakwstnloiakprchdlatayaiaprkotstnlpariiaklntocisncp
TCP连接建立：三次握手
要点：SYN相当于1个字节； ISN的随机化/Half2020/o1p2e/n1问5 题；
TCP数据传输 2020/12/15
TCP连接释放：四次握手 2020/12/15
TCP的流量控制
问题：如何限制发送者的速率以实现收发速率匹配？ 链路层采用固定窗口大小的流量控制。
应用场合 控制面协议 DNS，SNMP、DHCP等 避免连接建立的开销和不灵活 报文丢失不敏感的应用 语音 视频
UDP协议
2020/12/15
UDP协议 2020/12/15
每一种知识都需要努力， 都需要付出，感谢支持！
知识就是力量，感谢支持！
一一一一谢谢大家！！
pop3（Post Office Protocol version 3） Imap（Internet Message Access Protocol） Snmp（Simple Network Management Protocol） Snmp trap（Simple Network Management Protocol）
确认号：代表TCP接收端期望接收的下一个字节的序号，累 积确认方式。
头部长度：以32bit为单位，描述头部的长度。 窗口大小： 16比特，基于收方的窗口流控
起始字节序号=确认号。 最后一个字节序号=确认号+窗口大小 校验和：对整个TCP报文段+12字节伪IP头进行校验。 标志位：6个
2020/12/15
速率控制 流量控制 拥塞控制
运输层的服务
2020/12/15
进程的标识：端口号
端口号：16比特，应用进程的标识 套接字（Socket）：<IP地址,端口号> Socket是双向的。
连接标识 连接的标识：={本地Socket,远端Socket} 本地Socket=<源IP地址,源端口号> 远端Socket=<目的IP地址,目的端口号>
BGP（Border Gateway Protocol） RIP（Routing Information Protocol v1,v2）
TCP的连接 2020/12/15
TCP的连接-示例1 2020/12/15
TCP的连接-示例2 2020/12/15
TCP的连接-示Hale Waihona Puke Baidu3 2020/12/15
2020/12/15
RTO的估算公式
如何根据RTT确定RTO？ 首次测量：估值RTT(1)=RTT(1)，DevRTT =RTT(1) /2 以后每次测量执行如下计算： DevRTT(i+1)＝（1－ß）× DevRTT(i)＋ ß×|RTT(i+1) －估值RTT（i）| 估值RTO(i+1)＝估值RTT(i+1)＋4×DevRTT(i+1) ---ß推荐值＝0.25.
端口号
传输层协议
进程的标识：端口号
应用层协议
20 21 23 25 53 67
68 80 110 143 161 161 179 520
2020/12/15
TCP TCP TCP TCP TCP + UDP UDP
UDP TCP TCP TCP UDP UDP TCP UDP
ftp（数据信道） ftp（控制/命令信道）
2020/12/15
TCP: 重传示例
注：证实消息丢失，而未超时的情况下，采用累积证实 也不会出问题 2020/12/15
TCP 丢失重传 －2
注：数据段丢失的情况下，空隙弥合后，发送证实消息 2020/12/15
TCP 丢失重传－3
注：证实消息丢失的情况下，导致发端超时重传 2020/12/15
收到证实消息自动滑动窗口以发送更多数据 TCP采用由接收方通知发送方可用窗口大小（信用量）流
控机制。 原因？主机到主机的往返时延RTT（round-trip time)
变化大。
2020/12/15
TCP信用量流控机制 涉及三个字段：顺序号SEQ，确认号ACK，窗口尺寸W 传输的每个字节均分配一个SEQ 。 当发送方收到一个返回的报文段ACK ＝i，W＝j，它的含义
App #2
App #3
App #4
TCP
UDP
TCP
UDP
Internet Protocol
Internet
Internet Protocol
Client
Server
用不同的传输层协议支持不同类型的应用！
2020/12/15
地址： 标识本地进程
差错控制 校验和 可靠性：重发纠错与顺序控制
是： 序号0～i-1的字节都被确认，下一个期望接收的字节是i. 发送方新的窗口大小为W＝j，合法的窗口内的序号为i到
i+j-1。
2020/12/15
确定TCP的窗口大小 如何动态确定合理的W值？
W的取值与RTT有关 设往返时延RTT，线路速率＝R。
则当W≧ RTT×R时，不会造成发送端因等待确认信号， 所引起的线路空闲。 直观上，W与RTT成正比。但实际上W太大无意义，只
2020/12/15
TCP的丢失重传机制 由于网络层不提供反馈信息，为保证可靠传输，TCP采用超
时/重传机制来处理报文段的丢失问题。 丢失的定义：超时或连续收到三个冗余的ACK。 如何设定超时定时器RTO？
Retransmission Time-Out 显然，RTO必须大于RTT，否则会造成不必要的重传。
取值范围
说明
0～1023 1024～49151 49152～65535
由IANA分配，用于提供知名的公众服务的 服务器进程，例如Web，FTP ，Email等。
由IANA分配，主要用于私有服务器进程， 但也可用于客户进程，一般没有严格的限制
由主机按需分配给本地客户进程
2020/12/15
知名端口号