第5章 运输层疑问解答

“第5章运输层”中常见问题

问题5-1：TCP协议是面向连接的，但TCP使用的IP协议却是无连接的。如果下层都不可靠，则上层的可靠性能得到保证吗？

答：TCP是面向连接的，TCP所使用的网络层协议IP是无连接的，且IP对数据报的传输并不保证完全可靠。正因如此，所以在运输层设置了一个面向连接的可靠传输协议，以满足应用层有些要求可靠传输的应用的需要。TCP使用了诸如确认、窗口通知、计时器等机制，因而可以检测出有差错的报文、重复的报文和失序的报文，以保证所传输数据的可靠性。问题5-2：从通信的起点和终点来比较，TCP和IP的不同点是什么？

答：进程A和进程B的通信是使用面向连接的TCP提供的可靠的传输。主机X和主机Y 的通信是使用无连接的IP提供的不可靠的传输。对TCP来说，通信的起点和终点是运输层上的通信进程，每个通信进程都对应着应用层的一个确定的应用进程。对IP来说，通信的起点和终点是连接在网络上的两个主机。也就是说，IP通信进程只要把数据报从一个主机传送到另一个主机，就算完成了任务。

问题5-3：端口(port)和套接字(socket)的区别是什么？一个套接字能否同时与远地的两个套接字相连？

答：从本书经常使用的套接字定义来看，套接字包含了端口，因为套接字= (IP地址，端口号)。套接字是TCP连接的端点。端口则是应用层服务的的一种代号，它用来标志应用层的进程。端口是一个16 bit的整数。各种服务器使用的端口号都是保留端口号，以便使客户能够找到服务器。例如万维网服务器使用的端口号是80。在发送数据时，应用层的数据通过端口向下交付到运输层。在接收数据时，运输层的数据通过适当的端口向上交付到应用层的某个应用程序。

问题5-4：数据链路层的HDLC协议和运输层的TCP协议都使用滑动窗口技术。从这方面来进行比较，数据链路层协议和运输层协议的主要区别是什么？

答：运输层的TCP协议是端到端（进程到进程）的协议，而数据链路层的HDLC协议则是仅在一段链路上的结点到结点的通信协议。此外，TCP的窗口机制和HDLC的也有许多区别。如TCP是按数据部分的字节数进行确认，而HDLC则是以帧为确认的单位。需要注意的是，现在使用得最多的PPP链路层协议并不使用确认机制和窗口机制。因此像PPP协议这样的链路层协议就和运输层协议有相当大的区别。

问题5-5：TCP协议能够实现可靠的端到端传输。在数据链路层和网络层的传输还有没有必要来保证可靠传输呢？

答：从应用层的可靠传输的角度看，如果使用传输层的TCP协议就可满足字节的要求，则其下各层的通信是否采用了可靠的通信措施与否，都无关紧要。从这个意义上讲，既然TCP 协议能够实现可靠的端到端传输，在数据链路层和网络层的传输就可不采用可靠的传输。在旧的OSI体系中，在数据链路层使用HDLC协议而在网络层使用X.25协议，这些协议都有确认机制和窗口机制，因而能够保证可靠传输。但是技术的进步使得链路的传输已经相当可靠了，因此在数据链路层和网络层重复地保证可靠传输就显得多余了。现在因特网在链路层使用的PPP协议和在网络层使用的IP协议都没有确认机制和窗口机制。如果出现差错就由运输层的TCP来处理（若使用UDP协议则运输层也不处理出错的问题）。

问题5-6：在TCP报文段的首部中只有端口号而没有IP地址。当TCP将其报文段交给IP层时，IP协议怎样知道目的IP地址呢？

答：显然仅从TCP报文段的首部是无法得知目的IP地址。因此，TCP必须告诉IP层此报文段要发送给哪一个目的主机（给出其IP地址）。此目的IP地址填写在IP数据报的首部中。问题5-7：在TCP传送数据时，有没有规定一个最大重传次数？

答：我们知道以太网规定重传16次就认为传输失败，然后报告上层。但TCP没有规定最大

重传次数，而是通过设置一些计时器来解决有关传输失败的问题。

问题5-8：TCP都使用哪些计时器？

答：TCP共使用以下四种计时器，即重传计时器、持续计时器、保活计时器和时间等待计时器。这几个计时器的主要特点如下：重传计时器：当TCP发送报文段时，就创建该特定报文段的重传计时器。可能发生两种情况：一是若在计时器截止时间到之前收到了对此特定报文段的确认，则撤销此计时器。二是若在收到了对此特定报文段的确认之前计时器截止期到，则重传此报文段，并将计时器复位。持续计时器：为了对付零窗口大小通知，TCP需要另一个计时器。假定接收TCP宣布了窗口大小为零。发送TCP就停止传送报文段，直到接收TCP发送确认并宣布一个非零的窗口大小。但这个确认可能会丢失。我们知道在TCP 中，对确认是不需要发送确认的。若确认丢失了，接收TCP并不知道，而是会认为它已经完成任务了，并等待着发送TCP接着会发送更多的报文段。但发送TCP由于没有收到确认，就等待对方发送确认来通知窗口的大小。双方的TCP都在永远地等待着对方。要打开这种死锁，TCP为每一个连接使用一个持续计时器。当发送TCP收到一个窗口大小为零的确认时，就启动持续计时器。当持续计时器期限到时，发送TCP就发送一个特殊的 3 报文段，叫做探测报文段。这个报文段只有一个字节的数据。它有一个序号，但它的序号永远不需要确认；甚至在计算对其他部分的数据的确认时该序号也被忽略。探测报文段提醒接收TCP：确认已丢失，必须重传。持续计时器的值设置为重传时间的数值。但是，若没有收到从接收端来的响应，则需发送另一个探测报文段，并将持续计时器的值加倍和复位。发送端继续发送探测报文段，将持续计时器设定的值加倍和复位，直到这个值增大到门限值（通常是60秒）为止。在这以后，发送端每隔60秒就发送一个探测报文段，直到窗口重新打开。保活计时器：保活计时器使用在某些实现中，用来防止在两个TCP之间的连接出现长时期的空闲。假定客户打开了到服务器的连接，传送了一些数据，然后就保持静默了。也许这个客户出故障了。在这种情况下，这个连接将永远地处理打开状态。要解决这种问题，在大多数的实现中都是使服务器设置保活计时器。每当服务器收到客户的信息，就将计时器复位。超时通常设置为2小时。若服务器过了2小时还没有收到客户的信息，它就发送探测报文段。若发送了10个探测报文段（每一个相隔75秒）还没有响应，就假定客户出了故障，因而就终止该连接。时间等待计时器：时间等待计时器是在连接终止期间使用的。当TCP关闭一个连接时，它并不认为这个连接马上就真正地关闭了。在时间等待期间中，连接还处于一种中间过渡状态。这就可以使重复的FIN报文段（如果有的话）可以到达目的站因而可将其丢弃。这个计时器的值通常设置为一个报文段的寿命期待值的两倍。

问题5-9：糊涂窗口综合症产生的条件是什么？是否只有在接收方才产生这种症状？

答：糊涂窗口综合症产生的条件是：当发送应用程序产生数据很慢，或者接收应用程序吸收数据很慢，或者两者都有。因此发送方和接收方都可能产生这种症状。不管是上述情况中的哪一种，都使得发送数据的报文段很小，这就引起操作效率的降低。例如，若TCP发送的报文段只包括一个字节的数据，则意味着我们发送41字节的数据报（20字节的TCP首部和20字节的IP首部）才传送1字节的数据。数据的传送效率是1/41，它表示我们非常低效率地使用网络的容量。

问题5-10：为什么TCP在建立连接时不能每次都选择相同的、固定的初始序号？

答：如果TCP在建立连接时每次都选择相同的、固定的初始序号，那么设想以下的情况：（1）假定主机A和B频繁地建立连接，传送一些TCP报文段后，再释放连接，然后又不断地建立新的连接、传送报文段和释放连接。（2）假定每一次建立连接时，主机A都选择相同的、固定的初始序号，例如，选择1。（3）假定主机A发送出的某些TCP报文段在网络中会滞留较长的时间，以致造成主机A超时重传这些TCP报文段。（4）假定有一些在网络中滞留时间较长的TCP报文段最后终于到达了主机B，但这时传4 送该报文段的那个连