網(wǎng)絡(luò)安全編程傳輸層協(xié)議

第三章傳輸層主要協(xié)議劉念ln@本課內(nèi)容概述TCP協(xié)議UDP協(xié)議概述一、傳輸層的引入傳輸層是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部分，它實(shí)現(xiàn)兩個(gè)用戶進(jìn)程之間端到端的可靠通信。就通信功能來(lái)說(shuō)，傳輸層是提供通信服務(wù)的最高層，提供了比IP層質(zhì)量更高的服務(wù)。從另一個(gè)角度看，傳輸層又是用戶功能中的最低層，也是最基本的一層。概述二、傳輸層功能(1)按端口號(hào)尋址(進(jìn)程識(shí)別)(2)分割與重組數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)處理)(3)差錯(cuò)控制和流量控制(服務(wù)質(zhì)量)(4)連接管理傳輸層的作用和數(shù)據(jù)鏈路層有相似之處。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)點(diǎn)到點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信，傳輸層負(fù)責(zé)擴(kuò)大了的點(diǎn)到點(diǎn)之間的通信，即端到端之間的通信。但兩者又有很大的區(qū)別：對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層來(lái)說(shuō)，點(diǎn)與點(diǎn)之間的信道是一條物理鏈路，而對(duì)傳輸層來(lái)說(shuō)，端與端之間的信道是一通信子網(wǎng)。由于報(bào)文在通訊子網(wǎng)中傳輸時(shí)可能會(huì)丟失、重組、阻塞或產(chǎn)生較大存儲(chǔ)延時(shí)，故傳輸層協(xié)議比數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議復(fù)雜得多。概述三、TCP/IP體系中傳輸層TCP/IP的運(yùn)輸層有兩個(gè)不同的協(xié)議：(1)用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP(UserDatagramProtocol)(2)傳輸控制協(xié)議TCP(TransmissionControlProtocol)UDP在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接。對(duì)方的傳輸層在收到UDP報(bào)文后，不需要給出任何確認(rèn)。UDP不提供可靠交付，UDP傳送的數(shù)據(jù)單位是UDP報(bào)文或用戶數(shù)據(jù)報(bào)。TCP提供面向連接的服務(wù)。TCP不提供廣播或多播服務(wù)。由于TCP要提供可靠的、面向連接的傳輸服務(wù)，因此不可避免地增加了許多的開(kāi)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(jī)資源。TCP傳送的數(shù)據(jù)單位是TCP報(bào)文段(segment)本課內(nèi)容概述TCP協(xié)議UDP協(xié)議TCP協(xié)議

TCP是面向連接的協(xié)議，可以在各種網(wǎng)絡(luò)之間建立全雙工的虛電路連接，實(shí)現(xiàn)無(wú)亂序、無(wú)丟失和無(wú)重復(fù)的數(shù)據(jù)傳輸，它采取了三次握手、兩次確認(rèn)的有效技術(shù)，做到了非常可靠。

1.可靠性：

①防丟失：確認(rèn)與重傳；

②防重復(fù)：報(bào)文段序號(hào)；

2.傳輸效率、流量控制：滑動(dòng)窗口機(jī)制；

3.擁塞控制：加速遞減與慢啟動(dòng)技術(shù)；

4.建立連接：三次握手協(xié)議；

5.關(guān)閉連接：改進(jìn)的三次握手協(xié)議。要實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)流傳輸服務(wù)，必須解決哪幾個(gè)問(wèn)題？可靠性1.防丟失–帶重傳的肯定確認(rèn)技術(shù)①接收方收到數(shù)據(jù)后向源站發(fā)確認(rèn)（ACK）；

②設(shè)置定時(shí)器，源站在限定時(shí)間內(nèi)未收到ACK，則重發(fā)。

數(shù)據(jù)發(fā)送方數(shù)據(jù)接收方接收確認(rèn)發(fā)送分組接收分組發(fā)送確認(rèn)接收確認(rèn)發(fā)送分組接收分組發(fā)送確認(rèn)超時(shí)重傳兩個(gè)問(wèn)題:

如何對(duì)待重復(fù)的數(shù)據(jù)？定時(shí)器時(shí)限設(shè)置多長(zhǎng)？

2.防重復(fù)–可捎帶的累計(jì)確認(rèn)技術(shù)

①

為每一分組賦予序號(hào)。

②確認(rèn)時(shí)也指明確認(rèn)哪個(gè)分組。

③

序號(hào)同時(shí)保證了分組間的正確順序。3.RTT與重傳定時(shí)時(shí)器問(wèn)題：超時(shí)時(shí)重傳，如如何設(shè)置定定時(shí)器的時(shí)時(shí)限？?jī)蓚€(gè)概念：：①RTT：往返時(shí)間間，報(bào)文段段發(fā)出到收收到確認(rèn)信信息間的時(shí)時(shí)間段。②自適應(yīng)應(yīng)重傳算法法：監(jiān)視每每個(gè)連接的的性能，由由此推算出出合適的定定時(shí)時(shí)限。。當(dāng)連接的的性能變化化時(shí)，隨時(shí)時(shí)修改定時(shí)時(shí)時(shí)限。重傳定時(shí)時(shí)時(shí)限的計(jì)算算方法：①早期的的方法②改進(jìn)的的方法③Karn算法和定時(shí)時(shí)器補(bǔ)償傳輸效率和和流量控制制-滑動(dòng)窗口機(jī)機(jī)制1.一般的滑動(dòng)動(dòng)窗口機(jī)制制思想：允許發(fā)送方方不必等確確認(rèn)到來(lái)就就可繼續(xù)發(fā)發(fā)送下面的的分組，但但規(guī)定一個(gè)個(gè)上限。若若多個(gè)分組組的確認(rèn)未未到時(shí)，則則暫停發(fā)送送。12345678910111213分組流WindowSize=10已發(fā)并得到確認(rèn)不能發(fā)送已發(fā)未得到確認(rèn)未發(fā)但可以發(fā)2.TCP的滑動(dòng)窗口口技術(shù)(1)數(shù)據(jù)流的各各字節(jié)被編編上序號(hào)。。(2)TCP的滑動(dòng)窗口口按字節(jié)操操作而不是是按報(bào)文段段或分組操操作。(3)TCP窗口大小為為字節(jié)數(shù)。。最大為65535字節(jié)。(4)通信雙方都都設(shè)有發(fā)送送和接收緩緩沖區(qū)（相相當(dāng)于發(fā)送送窗口和接接收窗口））。默認(rèn)大大小各系統(tǒng)統(tǒng)有差異，，如4096、8192、16384等。發(fā)送緩緩沖區(qū)大小小為默認(rèn)窗窗口大小。。12..100101102………41004101分組流WindowSize=4000已發(fā)并得到確認(rèn)不能發(fā)送已發(fā)未得到確認(rèn)未發(fā)但可以發(fā)(5)TCP連接兩端各各有兩個(gè)窗窗口（發(fā)送送窗口和接接收窗口））3.TCP端到端流量量控制-窗口大小可可變技術(shù)時(shí)機(jī)：目的主機(jī)緩緩沖區(qū)變小小而不能接接收源主機(jī)機(jī)更多的數(shù)數(shù)據(jù)時(shí)，就就要進(jìn)行流流量控制。。TCP技術(shù)：可隨時(shí)改變變窗口大小小。目的主主機(jī)在確認(rèn)認(rèn)時(shí)，還向向源主機(jī)告告知目的主主機(jī)接收緩緩沖區(qū)的大大小。…101……200201…320321……399發(fā)送窗口，初始時(shí)400確認(rèn)（200）窗口通告（120）發(fā)送窗口，變?yōu)?20擁塞：交換節(jié)點(diǎn)（（如路由器器）數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)負(fù)載過(guò)重重的現(xiàn)象TCP擁塞控制的的必要性：：在TCP層，擁塞造造成時(shí)延增增加，這又又會(huì)造成超超時(shí)重傳，，控制不當(dāng)當(dāng)會(huì)進(jìn)一步步加重?fù)砣?.擁塞控制技技術(shù)：①擁塞窗窗口cwnd②加速遞減技技術(shù)③慢啟動(dòng)動(dòng)技術(shù)TCP擁塞控制技技術(shù)擁塞控制技技術(shù)：①擁塞窗窗口cwnd每個(gè)連接都都有一個(gè)擁?yè)砣翱冢?，該窗口大大小以字?jié)節(jié)為單位，，但是增加加和減少以以MSS為單位；初始大小：：1個(gè)MSS；臨界值：64KB②慢啟動(dòng)技術(shù)術(shù)指數(shù)遞增：：每次成功功發(fā)送1個(gè)MSS長(zhǎng)度的報(bào)文文段，則發(fā)發(fā)送方擁塞塞窗口加倍倍；線性遞增：：增長(zhǎng)到臨臨界值后，，每次增加加1個(gè)MSS發(fā)送窗口=min(接收方窗口口通告，cwnd)③加速遞減技技術(shù)指數(shù)級(jí)遞減減：出現(xiàn)超超時(shí)重傳時(shí)時(shí)，將臨界界值設(shè)為當(dāng)當(dāng)前擁塞窗窗口的1/2，擁塞窗口口恢復(fù)為1個(gè)MSS大?。恢笖?shù)退避：：對(duì)保留在在發(fā)送窗口口中的報(bào)文文段，將重重傳時(shí)限加加倍。TCP協(xié)議圖TCP的擁塞控制制算法概述1.可靠性：①防丟失：確確認(rèn)與重傳傳；②防重復(fù)：報(bào)報(bào)文段序號(hào)號(hào)；2.傳輸效率、、流量控制制：滑動(dòng)窗口機(jī)機(jī)制；3.擁塞控制：：加速遞減與與慢啟動(dòng)技技術(shù)；4.建立連接：：三次握手協(xié)協(xié)議；5.關(guān)閉連接：：改進(jìn)的三次次握手協(xié)議議。要實(shí)現(xiàn)可靠靠的數(shù)據(jù)流流傳輸服務(wù)務(wù)，必須解決哪哪幾個(gè)問(wèn)題題？TCP協(xié)議TCP協(xié)議URG緊急ACK確認(rèn)PSH強(qiáng)迫RST連接復(fù)位SYN序號(hào)同步FIN字節(jié)流同步帶有確認(rèn)建立連接異常關(guān)閉連接正常關(guān)閉連接強(qiáng)迫數(shù)據(jù)發(fā)發(fā)送:為提高網(wǎng)絡(luò)絡(luò)利用率，，用緩沖區(qū)區(qū)積累數(shù)據(jù)據(jù)，也有副副作用。有些數(shù)據(jù)要要及時(shí)發(fā)送送，TCP提供了強(qiáng)迫迫發(fā)送。緊急數(shù)據(jù)處處理：源站站有些數(shù)據(jù)據(jù)要及時(shí)發(fā)發(fā)送并處理理，TCP提供了“緊緊急模式”，通通過(guò)“URG”+“緊急指針””。TCP協(xié)議1、TCP連接的建立立TCP連接的建立立基于客戶戶機(jī)/服務(wù)器模式式，使用三三次握手建建立。SEQ：發(fā)送序號(hào)REQ(AN)：確認(rèn)序號(hào)SYN：同步標(biāo)志，，建立連接接；1bitFIN：發(fā)送任務(wù)完完成標(biāo)志；；1bitACK：確認(rèn)序號(hào)有有效標(biāo)志；；1bitTCP協(xié)議2、TCP連接的正常常關(guān)閉概述1.可靠性：①防丟失：確確認(rèn)與重傳傳；②防重復(fù)：報(bào)報(bào)文段序號(hào)號(hào)；2.傳輸效率、、流量控制制：滑動(dòng)窗口機(jī)機(jī)制；3.擁塞控制：：加速遞減與與慢啟動(dòng)技技術(shù)；4.建立連接：：三次握手協(xié)協(xié)議；5.關(guān)閉連接：：改進(jìn)的三次次握手協(xié)議議。要實(shí)現(xiàn)可靠靠的數(shù)據(jù)流流傳輸服務(wù)務(wù)，必須解決哪哪幾個(gè)問(wèn)題題？本課內(nèi)容概述TCP協(xié)議UDP協(xié)議UDP協(xié)議一、UDP概述UDP提供了應(yīng)應(yīng)用進(jìn)程程間傳輸輸數(shù)據(jù)的的機(jī)制，，在IP數(shù)據(jù)報(bào)服服務(wù)功能能之上提提供了復(fù)復(fù)用和分分用的功功能以及及差錯(cuò)檢檢查的功功能。具具有以下下特點(diǎn)：：（1）無(wú)連接接（2）不可靠靠（3）面向報(bào)報(bào)文（4）沒(méi)有擁?yè)砣刂浦疲?）支持一一對(duì)一、、一對(duì)多多、多對(duì)對(duì)一（6）首部開(kāi)開(kāi)銷小適用于實(shí)實(shí)時(shí)應(yīng)用用（IP電話、視視頻會(huì)議議），允允許丟失失一些數(shù)數(shù)據(jù)，但但不允許許有太大大時(shí)延的的情況。。UDP協(xié)議二、UDP報(bào)文1、報(bào)文格格式UDP報(bào)文稱為為用戶數(shù)數(shù)據(jù)報(bào)（（UserDatagram）首部8字節(jié)。源端口目的端口報(bào)文長(zhǎng)度校驗(yàn)和數(shù)據(jù)UDP協(xié)議2、報(bào)文封封裝與拆拆封UDP首部UDP數(shù)據(jù)區(qū)IP數(shù)據(jù)區(qū)IP首部幀數(shù)據(jù)區(qū)幀首部UDP協(xié)議3、最大用用戶數(shù)據(jù)據(jù)報(bào)理論上：：65535–20–8=65507實(shí)際實(shí)現(xiàn)現(xiàn)：例子(最大IP數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)長(zhǎng)度)：①SunOS4.1.3環(huán)回測(cè)試試:32767②BSD/386->SunOS4.1.3:32786③Solaris2.2環(huán)回測(cè)試試:65507結(jié)論:最大報(bào)文文長(zhǎng)度與與源端和和目的端端實(shí)現(xiàn)有有關(guān)。UDP協(xié)議4、UDP復(fù)用與分分用在源主機(jī)機(jī)上，為為了讓多個(gè)用戶戶進(jìn)程能夠同時(shí)時(shí)與目標(biāo)標(biāo)主機(jī)上上的應(yīng)用進(jìn)程程進(jìn)行通信信，UDP通過(guò)端口機(jī)制制對(duì)應(yīng)用層層的多個(gè)個(gè)用戶數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行行復(fù)用，，然后傳傳給網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層進(jìn)行行傳送。。在目標(biāo)主主機(jī)上，，UDP可以對(duì)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層傳傳上來(lái)的的數(shù)據(jù)根根據(jù)端口口分配給給相應(yīng)的的應(yīng)用進(jìn)進(jìn)程使用用。源主機(jī)上上的UDP協(xié)議處理理多個(gè)應(yīng)應(yīng)用進(jìn)程程的用戶戶數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)的過(guò)程程稱為UDP復(fù)用。目的主機(jī)機(jī)根據(jù)接接收的每每個(gè)應(yīng)用用進(jìn)程的的端口號(hào)號(hào)分別處處理用戶戶數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)的過(guò)程程稱為UDP分用。UDP協(xié)議5、UDP端口號(hào)的的使用基于客戶戶機(jī)/服務(wù)器的的端口號(hào)號(hào)的使用用服務(wù)器