計算機網(wǎng)絡第六章2講

1、 7/7 6.3Internet傳輸協(xié)議兩個對等運輸實體在通信時傳送的數(shù)據(jù)單位叫作運輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元 TPDU (Transport Protocol Data Unit)。TCP/IP的傳輸層有兩個不同的協(xié)議：(1) 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 UDP(User Datagram Protocol) (2) 傳輸控制協(xié)議 TCP(Transmission Control Protocol)TCP 傳送的數(shù)據(jù)單位協(xié)議是 TCP 報文段(segment) UDP 傳送的數(shù)據(jù)單位協(xié)議是 UDP 報文或用戶數(shù)據(jù)報。 UDP 在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接。對方的傳輸層在收到 UDP 報文后，不需要給出任何確認。雖

2、然 UDP 不提供可靠交付，但在某些情況下 UDP 是一種最有效的工作方式。TCP 則提供面向連接的服務。TCP 不提供廣播或多播服務。由于 TCP 要提供可靠的、面向連接的運輸服務，因此不可避免地增加了許多的開銷。這不僅使協(xié)議數(shù)據(jù)單元的首部增大很多，還要占用許多的處理機資源。 強調(diào)兩點: 1. 傳輸層的 UDP 用戶數(shù)據(jù)報與網(wǎng)絡層的IP數(shù)據(jù)報有很大區(qū)別。IP 數(shù)據(jù)報要經(jīng)過互連網(wǎng)中許多路由器的存儲轉(zhuǎn)發(fā)，但 UDP 用戶數(shù)據(jù)報是在傳輸層的端到端抽象的邏輯信道中傳送的。2. TCP 報文段是在傳輸層抽象的端到端邏輯信道中傳送，這種信道是可靠的全雙工信道。但這樣的信道卻不知道究竟經(jīng)過了哪些路由器，而

3、這些路由器也根本不知道上面的傳輸層是否建立了 TCP 連接6.3 1 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 UDP UDP （User Datagram Protocol）概述 RFC 768UDP 只在 IP 的數(shù)據(jù)報服務之上增加了很少一點的功能，即端口(端口用來標志應用層的進程)的功能和差錯檢測的功能(可選功能)。 1 16 32源端口目標端口UDP長度=8B的UDP頭部+數(shù)據(jù)UDP校驗和(可選,若不計算,則全0)UDP頭UDP是一個簡單的傳輸協(xié)議; 提供best effort服務, UDP報文可能會丟失和亂序; 雖然 UDP 用戶數(shù)據(jù)報只能提供不可靠的交付，但 UDP 在某些方面有其特殊的優(yōu)點。發(fā)送數(shù)據(jù)之前不

4、需要建立連接(結(jié)束時也就無連接釋放),因而開銷小和發(fā)送數(shù)據(jù)前的延遲小 收發(fā)雙方不需要握手, 每個UDP報文的處理都獨立于其它報文UDP 的主機不需要維持復雜的連接狀態(tài)表。因為不使用擁塞控制,也不保證可靠交付.UDP 用戶數(shù)據(jù)報只有8個字節(jié)的首部開銷。比TCP的20個字節(jié)的首部短沒有擁塞控制, 可以盡快發(fā)送, 所以網(wǎng)絡出現(xiàn)的擁塞不會使源主機的發(fā)送速率降低。這對某些實時應用是很重要的。很多實時應用(IP, 實時視頻會議等)要求源主機以恒定的速率發(fā)送數(shù)據(jù), 并且允許在擁塞時丟失一些數(shù)據(jù), 但卻不允許數(shù)據(jù)有太大的時延.UDP尤其適用的一個領(lǐng)域是在客戶-服務器的情形下.遠過程調(diào)用 RPC(Remote

5、Procedure Call)和UDP是一對好搭檔.(無連接, 無流控,無錯控,無重傳,短請求短回應), 如RIP路由信息周期發(fā)送,DNS避免TCP連接建立延遲,SNMP 當網(wǎng)絡擁塞時,UDP比用可靠的,具有擁塞控制的TCP效果好.RTP(Real-Time transport Protocol 實傳輸協(xié)議)RFC 1889RTP在協(xié)議棧中位置有點古怪.最終RTP被放在用戶空間中,并且運行在UDP之上.這種設(shè)計結(jié)果是, 你很難說清RTP位于哪一層上.RTP無流控,無錯控,無確認, 無請求重傳機制.(a)RTP在協(xié)議棧中的位置 (b)分組嵌套情況使用UDP和TCP協(xié)議的各種應用和應用層協(xié)議應用應

6、用層協(xié)議傳輸層協(xié)議應用應用層協(xié)議傳輸層協(xié)議名字轉(zhuǎn)換DNSUDP網(wǎng)絡管理SNMPUDP簡單文件傳輸TFTPUDPIP專用協(xié)議UDP路由選擇協(xié)議RIPUDP流式多媒體通信專用協(xié)議UDPIP地址配置BOOTP,DHCPUDP多播IGMPUDP電子SMTPTCP遠程終端接入TELNETTCP萬維網(wǎng)HTTPTCP文件傳輸FTPTCPUDP 用戶數(shù)據(jù)報的首部格式用戶數(shù)據(jù)報 UDP 有兩個字段：數(shù)據(jù)字段和首部字段。首部字段有 8 個字節(jié)，由 4 個子字段(域)組成，每個子字段都是兩個字節(jié)。 在計算檢驗和時，臨時把“偽首部”和 UDP 用戶數(shù)據(jù)報連接在一起。偽首部僅僅是為了計算檢驗和, 偽首部既不向上遞交也不

7、向下傳送。偽首部5個字段中: 17IP協(xié)議頭部中的協(xié)議字段,對應UDP; 6IP協(xié)議頭部中的協(xié)議字段,對應TCP偽首部源端口目的端口長 度檢驗和數(shù) 據(jù)首 部UDP長度源 IP 地址目的 IP 地址017IP 數(shù)據(jù)報字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù) 據(jù)首 部UDP 用戶數(shù)據(jù)報計算 UDP 檢驗和的例子 10011001 00010011 153.1900001000 01101000 8.10410101011 00000011 171.300001110 00001011 14.1100000000 00010001 0 和 1700000000 00001111 1500000100

8、 00111111 108700000000 00001101 1300000000 00001111 1500000000 00000000 0（檢驗和）01010100 01000101 數(shù)據(jù)01010011 01010100 數(shù)據(jù)01001001 01001110 數(shù)據(jù)01000111 00000000 數(shù)據(jù)和 0（填充）10010110 11101011 求和得出的結(jié)果01101001 00010100 檢驗和 04112 字偽首部8 字節(jié)UDP 首部7 字節(jié)數(shù)據(jù)填充按二進制反碼運算求和將得出的結(jié)果求反碼全 0 17 15 1087 13 15 全 0數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)

9、數(shù)據(jù) 全 06.3.2傳輸控制協(xié)議TCP(transmission control protocol) TCP 概述RFC 793 RFC1122 RFC1323完成任務: 判斷是否超時, 重傳, 順序組裝等功能, 提供IP無法提供的可靠性.為獲得TCP服務, 發(fā)收雙方必須首先創(chuàng)建套接字=IP+Port. 一個套接字有可能同時被用于多個連接, 所以連接可以用兩端的套接字標識符來標識, 即(socket1, socket2). 1024以下的端口號被稱為知名端口(well-known port), 被保留用于一些標準的服務. 所有的TCP連接都是全雙工的,并且是點到點的. 所謂全雙工同時可在兩個

10、方向上傳輸數(shù)據(jù). 所謂點到點每個連接恰好有兩個端點. TCP不支持多播或廣播傳輸模式.端口發(fā)送 TCP 報文段TCPTCP接收緩存發(fā)送緩存報文段報文段報文段端口發(fā)送端接收端向發(fā)送緩存寫入數(shù)據(jù)塊從接收緩存讀取數(shù)據(jù)塊應用進程應用進程源端口和目的端口字段各占 2 字節(jié)。端口是傳輸層與應用層的服務接口。傳輸層的復用和分用功能都要通過端口才能實現(xiàn)。 序號字段占 4 字節(jié)。TCP 連接中傳送的數(shù)據(jù)流中的每一個字節(jié)都編上一個序號。序號字段的值則指的是本報文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號。 確認號字段占 4 字節(jié)，是期望收到對方的下一個報文段的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號。 數(shù)據(jù)偏移占 4 bit，它指出 TCP

11、 報文段的數(shù)據(jù)起始處距離 TCP 報文段的起始處有多遠?！皵?shù)據(jù)偏移”的單位不是字節(jié)而是 32 bit 字（4 字節(jié)為計算單位）。 保留字段占 6 bit，保留為今后使用，但目前應置為 0。 緊急比特 URG 當 URG 1 時，表明緊急指針字段有效。它告訴系統(tǒng)此報文段中有緊急數(shù)據(jù)，應盡快傳送(相當于高優(yōu)先級的數(shù)據(jù))。 確認比特 ACK 只有當 ACK 1 時確認號字段才有效。當 ACK 0 時，確認號無效。 推送比特 PSH (PuSH) 接收 TCP 收到推送比特置 1 的報文段，就盡快地交付給接收應用進程，而不再等到整個緩存都填滿了后再向上交付。 復位比特 RST (ReSeT) 當 RS

12、T 1 時，表明 TCP 連接中出現(xiàn)嚴重差錯（如由于主機崩潰或其他原因），必須釋放連接，然后再重新建立運輸連接。 同步比特 SYN 同步比特 SYN 置為 1，就表示這是一個連接請求或連接接受報文。 終止比特 FIN (FINal) 用來釋放一個連接。當FIN 1 時，表明此報文段的發(fā)送端的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，并要求釋放運輸連接。 窗口字段 占 2 字節(jié)。窗口字段用來控制對方發(fā)送的數(shù)據(jù)量，單位為字節(jié)。TCP 連接的一端根據(jù)設(shè)置的緩存空間大小確定自己的接收窗口大小，然后通知對方以確定對方的發(fā)送窗口的上限。檢驗和 占 2 字節(jié)。檢驗和字段檢驗的圍包括首部和數(shù)據(jù)這兩部分。在計算檢驗和時，要在 TCP 報

13、文段的前面加上 12 字節(jié)的偽首部,第4字段為6,第5字段為TCP長度。緊急指針字段 占 16 bit。緊急指針指出在本報文段中的緊急數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)的序號。選項字段 長度可變。TCP 只規(guī)定了一種選項，即最大報文段長度 MSS (Maximum Segment Size)。MSS 告訴對方 TCP：“我的緩存所能接收的報文段的數(shù)據(jù)字段的最大長度是 MSS 個字節(jié)?！?MSS 是 TCP 報文段中的數(shù)據(jù)字段的最大長度。數(shù)據(jù)字段加上 TCP 首部才等于整個的 TCP 報文段。填充字段 這是為了使整個首部長度是 4 字節(jié)的整數(shù)倍。 TCP 的數(shù)據(jù)編號與確認 TCP 協(xié)議是面向字節(jié)的。TCP 將所

14、要傳送的報文看成是字節(jié)組成的數(shù)據(jù)流，并使每一個字節(jié)對應于一個序號。在連接建立時，雙方要商定初始序號。TCP 每次發(fā)送的報文段的首部中的序號字段數(shù)值表示該報文段中的數(shù)據(jù)部分的第一個字節(jié)的序號。 TCP 的確認是對接收到的數(shù)據(jù)的最高序號表示確認。接收端返回的確認號是已收到的數(shù)據(jù)的最高序號加 1。因此確認號表示接收端期望下次收到的數(shù)據(jù)中的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的序號。 TCP 的流量控制與擁塞控制1. 滑動窗口的概念TCP 采用大小可變的滑動窗口進行流量控制。窗口大小的單位是字節(jié)。在 TCP 報文段首部的窗口字段寫入的數(shù)值就是當前給對方設(shè)置的發(fā)送窗口數(shù)值的上限。發(fā)送窗口在連接建立時由雙方商定。但在通信的過程

15、中，接收端可根據(jù)自己的資源情況，隨時動態(tài)地調(diào)整對方的發(fā)送窗口上限值(可增大或減小)。 發(fā)送端要發(fā)送 900 字節(jié)長的數(shù)據(jù)，劃分為 9 個 100 字節(jié)長的報文段，而發(fā)送窗口確定為 500 字節(jié)。發(fā)送端只要收到了對方的確認，發(fā)送窗口就可前移。發(fā)送 TCP 要維護一個指針。每發(fā)送一個報文段，指針就向前移動一個報文段的距離。發(fā)送端已發(fā)送了 400 字節(jié)的數(shù)據(jù)，但只收到對前 200 字節(jié)數(shù)據(jù)的確認，同時窗口大小不變?，F(xiàn)在發(fā)送端還可發(fā)送 300 字節(jié)。 發(fā)送端收到了對方對前 400 字節(jié)數(shù)據(jù)的確認，但對方通知發(fā)送端必須把窗口減小到 400 字節(jié)。現(xiàn)在發(fā)送端最多還可發(fā)送 400 字節(jié)的數(shù)據(jù)。 2. 慢啟動

16、和擁塞避免發(fā)送端的主機在確定發(fā)送報文段的速率時，既要根據(jù)接收端的接收能力，又要從全局考慮不要使網(wǎng)絡發(fā)生擁塞。因此，每一個 TCP 連接需要有以下兩個狀態(tài)變量：接收端窗口 rwnd (receiver window) 又稱為通知窗口(advertised window)。擁塞窗口 cwnd (congestion window)。慢啟動算法的原理 三個參數(shù): 接收方窗口, 擁塞窗口, 閾值(threshold)初始時刻閾值=16報文段, 慢開始和擁塞避免算法的實現(xiàn)舉例 246810121416182022004812162024傳輸次數(shù)擁塞窗口 cwnd進入擁塞避免發(fā)生超時指數(shù)規(guī)律增長線性規(guī)律增長ssthresh = 16慢開始慢開始擁塞避免擁塞避免更新后的 ssthresh = 12進入擁塞避免當TCP 連接進行初始化時，將擁塞窗口置為1。圖中的窗口單位不使用字節(jié)而使用報文段。慢開始(閾值)門限的初始值設(shè)置為16 個