372第5章TCP与UDP

1、第第5章章 tcp与与udp补充补充1： ip数据报的格式数据报的格式ip数据报包含报头区和数据区两部分数据报包含报头区和数据区两部分l数据区：需要传输的数据数据区：需要传输的数据l报头区：为了实现正确传输数据而增加的控制信息报头区：为了实现正确传输数据而增加的控制信息报头中各字段的功能报头中各字段的功能1.版本版本ip协议版本号，目前使用的协议版本号，目前使用的ip协议版本号为协议版本号为4，称为，称为ipv4。2.报头长度报头长度报头区的长度。（以报头区的长度。（以32bit为单位）报头长度应当是为单位）报头长度应当是32位的整数倍，在位的整数倍，在没有选项和填充的情况下，值为没有选项和填

2、充的情况下，值为5。3.服务类型服务类型定义采用何种服务处理数据报。定义采用何种服务处理数据报。其服务包括其服务包括7个优先级和个优先级和3个服务类型：低延时、高吞吐率、高可靠性个服务类型：低延时、高吞吐率、高可靠性4.总长度总长度整个整个ip数据报的长度（以数据报的长度（以8bit为单位）包括报头区和为单位）包括报头区和数据区。最大值为数据区。最大值为65535字节。字节。5.标识标识用来进行数据报的分片和重组的标识。用来进行数据报的分片和重组的标识。6.标志标志用来标明该用来标明该ip数据报可否分片，若可以，是否分片。数据报可否分片，若可以，是否分片。7.片偏移片偏移该字段指出本该字段指出

3、本ip数据报在传输前在整个数据当中的初数据报在传输前在整个数据当中的初始位置。始位置。传输前片偏移内容：传输前片偏移内容：123传输前数据内容：传输前数据内容：传输后片偏移内容：传输后片偏移内容：213传输后数据内容：传输后数据内容：ip 数据报ip 数据报ip 数据报ip 数据报ip 数据报ip 数据报8.生存周期生存周期ip数据报在互联网中的存活时间。数据报在互联网中的存活时间。传输传输ip数据报时如果路由表出错，将会导致无限循环。为了有效的解决数据报时如果路由表出错，将会导致无限循环。为了有效的解决这个问题，设置生存周期字段存放一个计数器，当计数器为这个问题，设置生存周期字段存放一个计数

4、器，当计数器为0时，丢时，丢弃该数据报。（其最大值为弃该数据报。（其最大值为255）9.协议协议 定义上一层采用何种传输层协议。定义上一层采用何种传输层协议。tcp/ip提供两种传输层协议（提供两种传输层协议（tcp和和udp）10.头部校验和头部校验和保证保证ip数据报报头的完整性和准确性。数据报报头的完整性和准确性。 11 .源源ip地址地址 发送发送ip数据报的主机的数据报的主机的ip地址。地址。 12.目的目的ip地址地址 接收接收ip数据报的主机的数据报的主机的ip地址。地址。13.选项填充选项填充主要用于网络的控制（测试和调试）。主要用于网络的控制（测试和调试）。补充2：icmp协

5、议 在tcp/ip体系结构中，ip层使用的控制协议是互联网控制报文协议icmp，它有以下几个功能：1.差错控制2.拥塞控制与源抑制报文3.路由控制1.icmp差错控制差错控制icmp的功能是提供差错报告的功能是提供差错报告icmp差错报告都是向源主机报告差错报告都是向源主机报告lip数据报本身只包含源主机地址和目的主机地址，数据报本身只包含源主机地址和目的主机地址，错误报告给目的主机没有意义（有时也不可能）错误报告给目的主机没有意义（有时也不可能） l路由器独立选路，发现错误的路由器不知道该数据路由器独立选路，发现错误的路由器不知道该数据报经过的路径，无法将错误通知相应路由器报经过的路径，无法

6、将错误通知相应路由器icmp差错报文的主要特点差错报文的主要特点l icmp差错报告作为一般数据传输，不享受特差错报告作为一般数据传输，不享受特别优先权和可靠性别优先权和可靠性l icmp差错报告数据中除包含故障差错报告数据中除包含故障ip数据报报数据报报头外，还包含故障头外，还包含故障ip数据报数据区的前数据报数据区的前64bit数数据据l icmp差错报告是伴随着抛弃出错差错报告是伴随着抛弃出错ip数据报而数据报而产生的产生的icmp主要差错报告类型主要差错报告类型l 目的地不可达报告目的地不可达报告网络不可达、主机不可达、协议和端口不可达等网络不可达、主机不可达、协议和端口不可达等l 超

7、时报告超时报告 前面我们介绍了如果路由表出错则会导致数据的无限前面我们介绍了如果路由表出错则会导致数据的无限循环。我们解决的办法是使用生存周期字段。一个循环。我们解决的办法是使用生存周期字段。一个ip数据报一旦到达生存周期，路由器立刻将其抛弃，并数据报一旦到达生存周期，路由器立刻将其抛弃，并且产生一个且产生一个icmp超时差错报告，通知源主机该数据报超时差错报告，通知源主机该数据报已被抛弃。已被抛弃。l 参数出错报告参数出错报告ip数据报报头出错以及数据报报头出错以及ip数据报选项参数出错。数据报选项参数出错。2.拥塞控制与源抑制报文拥塞控制与源抑制报文拥塞拥塞(1)什么是拥塞？路由器被大量涌

8、入的什么是拥塞？路由器被大量涌入的ip数据数据报报“淹没淹没”的现象的现象(2)拥塞产生的原因拥塞产生的原因l路由器的处理速度太慢，不能完成数据报排队等路由器的处理速度太慢，不能完成数据报排队等日常工作日常工作l路由器传入数据速率大于传出数据速率。路由器传入数据速率大于传出数据速率。拥塞控制拥塞控制利用利用icmp源抑制报文抑制源主机发送数据报源抑制报文抑制源主机发送数据报的速率。的速率。路由器对每一个接口进行监视，一旦发现拥路由器对每一个接口进行监视，一旦发现拥塞，立即向源主机发送塞，立即向源主机发送icmp源抑制报文，源抑制报文，请示源主机降低发送请示源主机降低发送ip数据报的速率。数据报

9、的速率。路由器发送源站抑制报文的方式有路由器发送源站抑制报文的方式有3种：种：l路由器的某输出队列溢出后，抛弃新来的数据报，路由器的某输出队列溢出后，抛弃新来的数据报，发送发送icmp源抑制报文源抑制报文l为路由器的输出队列设置阈值，超过域值后抛弃新为路由器的输出队列设置阈值，超过域值后抛弃新来的数据报，发送来的数据报，发送icmp源抑制报文源抑制报文l有选择地抑制有选择地抑制ip数据报发送率较高的源主机数据报发送率较高的源主机当源主机接收到源站抑制报文后，源主机将降低发送当源主机接收到源站抑制报文后，源主机将降低发送ip数据报的速率数据报的速率注意：拥塞解除后路由器不主动通知源主机注意：拥塞

10、解除后路由器不主动通知源主机2）路由控制与重定向报文）路由控制与重定向报文 在互联网中，主机在启动时具有一定的路由信在互联网中，主机在启动时具有一定的路由信息，但不一定是最优的，当路由器检测到息，但不一定是最优的，当路由器检测到ip数数据报不是经最优路由传输，那么它就向主机发据报不是经最优路由传输，那么它就向主机发送一个路由重定向送一个路由重定向icmp报文，通知主机去往该报文，通知主机去往该目的地的最优路径。目的地的最优路径。 优点：保证主机拥有动态的、既小且优的路由优点：保证主机拥有动态的、既小且优的路由表表 缺点：缺点：icmp重定向机制只能在同一网络的路由重定向机制只能在同一网络的路由

11、器与主机之间使用器与主机之间使用本章主要内容本章主要内容l 端对端通信的概念l tcp提供的服务内容l tcp的流量控制和可靠性实现l udp的协议特点和提供的服务问题的提出问题的提出1.可靠性是我们追求的目标l 网络用户：希望互联网能够提供迅速、准确、可靠的通信功能，保证不发生丢失、重复、错序等可靠性问题2.传输层：保证端对端数据传输的可靠性l 传输控制协议tcpl 用户数据报协议udp点对点通信与端对端通信点对点通信与端对端通信l 互联层：点对点通信l 传输层：端对端通信端对端通信与虚拟通信平台端对端通信与虚拟通信平台tcp提供的服务提供的服务1.tcp为其用户提供的服务面向连接的、可靠的

12、（没有数据重复或丢失）、全双工的数据流传输服务2.tcp的通信过程l建立连接（可靠地建立）l发送数据l关闭连接（优雅地关闭）tcp提供的服务特征提供的服务特征l 面向连接（connection orientation）l 完全可靠性（complete reliability）l 全双工通信（full duplex communication）l 流接口（stream interface）l 连接的可靠建立与优雅关闭（reliable connection startup & graceful connection shutdown）tcp的可靠性实现的可靠性实现1.必要性tcp建立在i

13、p协议提供的面向非连接、不可靠的数据报投递服务基础之上2.tcp需要解决的可靠性问题l丢失数据的恢复问题l可靠建立与关闭连接问题数据丢失与重发数据丢失与重发数据丢失的解决方案：重发tcp重发机制需要解决的主要问题重发机制需要解决的主要问题1.重发之前应该等待多长时间?互联网上的传输延迟不固定2.解决方案：自适应自适应根据互联网当时的通信状况，计算合适的数据重发时间（如karn算法等）l计算往返时间rttl利用获得的多个rtt和统计学原理计重发时间tcp连接的可靠建立连接的可靠建立 - 3次握手法次握手法tcp连接的优雅关闭连接的优雅关闭l 目的：保证关闭连接之前所有数据都可靠地到达了目的地l 方法：4次握手法l tcp连接的双方都可以发起关闭连接操作tcp的流量控制的流量控制1.tcp使用窗口机制进行流量控制2.什么是窗口？l连接建立时，各端分配一块缓冲区用来存储接收的数据，并将缓冲区的尺寸发送给另一端l接收方发送的确认信息中包含了自己剩余的缓冲区尺寸l剩余缓冲区空间的数量叫做窗口tcp的流量过程的流量过程tcp端口端口l tcp端口：一个tcp连接两端的端点l tcp端口的表示：16位的二进制数l 利用tcp端口可以提供多路复