Data Communications and Computer Networks

NETWORK PRINCIPLE 7- 1

Data Communications andComputer Networks

CHAPTER 7 TRANSPORT LAYER

中国科学技术大学网络学院李艺[email protected]


7.1 概述传输层是 OSI 模型的第四层，是整个网络体系的核心，它的主

要职能是在源计算机到目的计算机之间提供可靠的、经济的数据传输服务，而且独立于所使用的物理网络。

传输层服务和协议在两个不同的主机上运行的应用程序之间提供逻辑通信传输层协议运行在端系统

发送方 : 将应用程序报文分成数据段传递给网络层 , 接受方 : 将数据段重新组装成报文传递到应用层

不只一个传输层协议可以用于应用程序因特网 : TCP 和 UDP

传输层和网络层区别网络层 : 两个主机之间的逻辑通信，不可靠服务。传输层 : 两个进程之间的逻辑通信，可靠服务。


7.1 概述从通信和信息处理的角度看，运输层向它上面的应用层

提供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最低层。

物理层网络层传输层应用层

数据链路层

面向信息处理

面向通信

用户功能

网络功能


7.1 概述应用进程之间的通信

两个主机进行通信实际上就是两个主机中的应用进程互相通信。

应用进程之间的通信又称为端到端的通信。传输层的一个很重要的功能就是复用和分用。应用层不同进

程的报文通过不同的端口向下交到传输层，再往下就共用网络层提供的服务。

“ 传输层提供应用进程间的逻辑通信”。“逻辑通信”的意思是：传输层之间的通信好像是沿水平方向传送数据。但事实上这两个传输层之间并没有一条水平方向的物理连接。


7.1 概述传输层向上提供可靠的和不可靠的逻辑通信信道

？错误应用层

运输层

发送进程

接收进程

接收进程数据数据全双工可靠信道

数据数据

使用 TCP 协议使用 UDP 协议不可靠信道

发送进程


7.1 概述传输层的主要功能

寻址建立连接释放连接流量控制复用崩溃恢复


7.2 寻址寻址方法

定义传输服务访问点 TSAP （ Transport Service Access Point ），将应用进程与这些 TSAP 相连。在 Internet 中，TSAP 为（ IP address, local port ）

传输实体传输实体传输协议 TPDU 传输层层接口

传输服务用户（应用层实体）传输服务用户（应用层实体）

层接口

应用层主机 A 主机 B

传输层服务访问点TSAP

网络层服务访问点NSAP 网络

网络层


7.2 寻址远方客户程序如何获得服务程序的 TSAP ？

方法 1 ：预先约定、广为人知的，象 telnet 是（ IP 地址，端口23 ）；

方法 2 ：从名字服务器（ name server ）或目录服务器（ directory server ）获得 TSAP 一个特殊的进程称为名字服务器或目录服务器（ TSAP 众所

周知）；用户与名字服务器建立连接，发送服务名称，获得服务进程

的 TSAP ，释放与名称服务器的连接；与服务进程建立连接。


7.2 寻址端口的概念

端口就是运输层服务访问点 TSAP 。端口的作用就是让应用层的各种应用进程都能将其数据通过端口向

下交付给运输层，以及让运输层知道应当将其报文段中的数据向上通过端口交付给应用层相应的进程。

从这个意义上讲，端口是用来标志应用层的进程。

应用层运输层网络层

TCP 报文段 UDP用户数据报

应用进程

TCP 复用

IP 复用

UDP 复用

TCP 报文段 UDP用户数据报

应用进程

端口端口TCP 分用 UDP 分用

IP 分用

IP 数据报IP 数据报

发送方接收方


7.2 寻址端口用一个 16 bit 端口号进行标志。端口号只具有本地意义，即端口号只是为了标志本计算机应

用层中的各进程。在因特网中不同计算机的相同端口号是没有联系的。

两类端口一类是周知端口，其数值一般为 0~1023 。当一种新的应用

程序出现时，必须为它指派一个熟知端口。另一类则是一般端口，用来随时分配给请求通信的客户进程。


常用周知端口号列表端口号协议关键词 UNIX 关键词描述

1 TCP TCPMUX － TCP 复用器 7 TCP/UDP ECHO echo 回送 9 TCP/UDP DISCARD discard 丢弃 15 TCP/UDP － netstat 网络状态程序 20 TCP FTP-DATA ftp-data 文件传输协议（数据） 21 TCP FTP ftp 文件传输协议 22 TCP/UDP SSH ssh 安全 Shell 远程登录协议 23 TCP TELNET telnet 远程登录 25 TCP SMTP smtp 简单邮件传输协议 37 TCP/UDP － time 时间 42 TCP/UDP NAMESERVER name 主机名字服务器 43 TCP/UDP NICNAME whois 是谁 53 TCP/UDP DOMAIN nameserver 域名服务器 67 UDP BOOTPS bootps 引导协议服务器 68 UDP BOOTPC bootpc 引导协议客户 69 UDP TFTP tftp 简单文件传送协议 79 TCP FINGER finger Finger


常用周知端口号列表 (续 ) 端口号协议关键词 UNIX 关键词描述80 TCP HTTP http 超文本传输协议 88 TCP KERBEROS kerberos Kerberos 协议 93 TCP DCP －设备控制协议 101 TCP HOSTNAME hostnames NIC 主机名字服务器 110 TCP POP3 pop3 邮局协议版本 3 111 TCP/UDP SUNRPC sunrpc Sun Microsystems RPC 119 TCP NNTP nntp USENET 新闻传送协议 123 UDP NTP ntp 网络时间协议 139 TCP NETBIOS-SSN － NETBIOS 会话协议 161 UDP － snmp 简单网络管理协议 162 UDP － snmp-trap SNMP 陷阱 443 TCP HTTPS https 安全 HTTP 协议 513 UDP － who UNIX rwho daemon 514 UDP － syslog 系统日志 525 UDP － timed UNIX time daemon 546 TCP DHCP-CLIENT dhcp-client 动态主机配置协议客户 547 TCP DHCP-SERVER dhcp-server 动态主机配置协议服务器


7.2 寻址传输层寻址（ Addressing ）

当服务程序很多时，使用初始连接协议（ initial connection protocol ）

一个称为进程服务器（ process server ）的进程 (inetd) 同时在多个端口上监听；远方客户程序向它实际想访问的服务程序的 TSAP 发出连接建立请求；如果没有服务程序在此 TSAP 上监听，则远方客户和进程服务器建立连接；进程服务器产生所请求的服务进程，并使该进程继承和远程客户的连接；进程服务器返回继续监听；远方客户程序与所希望的服务程序进行数据传输。


7.2 寻址插口 (socket)

TCP 使用“连接” ( 而不仅仅是“端口” ) 作为最基本的抽象，同时将 TCP 连接的端点称为插口 (socket) ，或套接字、套接口。

插口和端口、 IP 地址的关系是：

IP 地址131.6.23.13

端口号1500

131.6.23.13, 1500插口 (socket)


7.2 寻址同一个名词 socket 有多种不同的意思

应用编程接口 API 称为 socket API, 简称为 socket 。 socket API 中使用的一个函数名也叫作 socket 。调用 socket 函数的端点称为 socket 。调用 socke t函数时其返回值称为 socket 描述符，可简称

为 socket 。在操作系统内核中连网协议的 Berkeley 实现，称为 sock

et 实现。


7.3 连接的建立与释放建立连接

网络可能丢失、重复包，特别是延迟重复包（ delayed duplicates ）的存在，导致传输层建立连接的复杂性；解决延迟重复包的关键是丢弃过时的包；两次握手方案

A 发出连接请求 CR TPDU ， B 发回连接确认 CC TPDU ；

失败的原因：网络层会丢失、存储和重复包。建立连接的三次握手（ three-way handshake ）

三次握手方案解决了由于网络层会丢失、存储和重复包带来的问题。


7.3 连接的建立与释放主机 1

主机 2

CR （ SEQ=X ）ACK (SEQ=Y,ACK=X)

DATA(SEQ=X,ACK=Y)

主机 1

主机 2

CR （ SEQ=X ） ( 重复)

ACK (SEQ=Y,ACK=X)

REJ(ACK=Y)


7.3 连接的建立与释放主机 1 主机 2

CR （ SEQ=X ） ( 重复 )

ACK (SEQ=Y,ACK=X)

REJ (ACK=Y)

CR （ SEQ=X ）ACK (SEQ=Z,ACK=X)

DATA (SEQ=X,ACK=Z)

DATA (SEQ=X,ACK=Z) ( 重复 )


7.3 连接的建立与释放释放连接：两种连接释放方法

① 非对称式：一方释放连接，整个连接断开，存在丢失数据的危险；


7.3 连接的建立与释放② 对称式：由于两军问题（ two-army problem ）的存在，可

以证明不存在安全的通过 N次握手实现对称式连接释放的方法；


7.3 连接的建立与释放③ 但是在实际的通信过程中，使用三次握手 + 定时器的方法释放连

接在绝大多数情况下是成功的。图中， DR ： disconnect request


7.4 流量控制和缓存缓存（ Buffering ）

由于网络层服务是不可靠的，传输层实体必须缓存所有连接发出的 TPDU ，而且为每个连接单独做缓存，以便用于错误情况下的重传。接收方的传输层实体既可以做也可以不做缓存。缓存区的设计有三种。


7.4 流量控制和缓存流量控制

传输层利用可变滑动窗口协议来实现流控。所谓可变滑动窗口协议，是指发送方的发送窗口大小是由接收方根据自己的实际缓存情况给出的。为了避免控制 TPDU 丢失导致死锁，主机应该周期性的发送 TPDU 。


7.4 流量控制和缓存慢开始和拥塞避免

发送端的主机在确定发送报文段的速率时，既要根据接收端的接收能力，又要从全局考虑不要使网络发生拥塞。

因此，每一个 TCP 连接需要有以下两个状态变量：接收端窗口 rwnd (receiver window) 又称为通知窗口 (advertised window)。

拥塞窗口 cwnd (congestion window)。接收端窗口 rwnd 和拥塞窗口 cwnd

1. 接收端窗口 rwnd 这是接收端根据其目前的接收缓存大小所许诺的最新的窗口值，是来自接收端的流量控制。接收端将此窗口值放在 TCP 报文的首部中的窗口字段，传送给发送端。

2. 拥塞窗口 cwnd (congestion window) 是发送端根据自己估计的网络拥塞程度而设置的窗口值，是来自发送端的流量控制。


7.4 流量控制和缓存发送窗口的上限值

发送端的发送窗口的上限值应当取为接收端窗口 rwnd 和拥塞窗口 cwnd 这两个变量中较小的一个，即应按以下公式确定：

发送窗口的上限值 Min [rwnd, cwnd] (7-1)

当 rwnd < cwnd 时，是接收端的接收能力限制发送窗口的最大值。

当 cwnd < rwnd 时，则是网络的拥塞限制发送窗口的最大值。


7.4 流量控制和缓存慢开始算法的原理

在主机刚刚开始发送报文段时可先将拥塞窗口 cwnd 设置为一个最大报文段 MSS 的数值。在每收到一个对新的报文段的确认后，将拥塞窗口增加至多一个 MSS 的数值。用这样的方法逐步增大发送端的拥塞窗口 cwnd ，可以使分组注入到网络的速率更加合理。


慢开始和拥塞避免算法的实现举例

当 TCP 连接进行初始化时，将拥塞窗口置为 1 。图中的窗口单位不使用字节而使用报文段。慢开始门限的初始值设置为 16 个报文段，即 ssthresh = 16 。

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220048

12162024

传输次数

拥塞窗口 cwnd

进入拥塞避免发生超时

指数规律增长

线性规律增长

ssthresh = 16

慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免

更新后的 ssthresh = 12

进入拥塞避免



发送端的发送窗口不能超过拥塞窗口 cwnd 和接收端窗口 rwnd 中的最小值。我们假定接收端窗口足够大，因此现在发送窗口的数值等于拥塞窗口的数值。

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220048

12162024

传输次数

拥塞窗口 cwnd


指数规律增长

线性规律增长

ssthresh = 16



进入拥塞避免



在执行慢开始算法时，拥塞窗口 cwnd 的初始值为 1 ，发送第一个报文段 M0 。

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220048

12162024

传输次数

拥塞窗口 cwnd


指数规律增长

线性规律增长

ssthresh = 16



进入拥塞避免



2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220048

12162024

传输次数

拥塞窗口 cwnd


指数规律增长

线性规律增长

ssthresh = 16



进入拥塞避免

发送端收到 ACK1 （确认 M0 ，期望收到 M1 ）后，将 cwnd 从 1 增大到 2 ，于是发送端可以接着发送 M1 和 M2 两个报文段。



接收端发回 ACK2 和 ACK3 。发送端每收到一个对新报文段的确认 ACK ，就把发送端的拥塞窗口加 1 。现在发送端的 cwnd 从 2 增大到 4 ，并可发送 M4 ~ M6 共 4 个报文段。

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220048

12162024

传输次数

拥塞窗口 cwnd


指数规律增长

线性规律增长

ssthresh = 16



进入拥塞避免



发送端每收到一个对新报文段的确认 ACK ，就把发送端的拥塞窗口加 1 ，因此拥塞窗口 cwnd 随着传输次数按指数规律增长。

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220048

12162024

传输次数

拥塞窗口 cwnd


指数规律增长

线性规律增长

ssthresh = 16



进入拥塞避免



当拥塞窗口 cwnd 增长到慢开始门限值 ssthresh 时（即当 cwnd = 16 时），就改为执行拥塞避免算法，拥塞窗口按线性规律增长。

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220048

12162024

传输次数

拥塞窗口 cwnd


指数规律增长

ssthresh = 16

慢开始慢开始

线性规律增长

拥塞避免拥塞避免


进入拥塞避免



假定拥塞窗口的数值增长到 24 时，网络出现超时（表明网络拥塞了）。

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220048

12162024

传输次数

拥塞窗口 cwnd


指数规律增长

线性规律增长

ssthresh = 16



进入拥塞避免



更新后的 ssthresh 值变为 12 （即发送窗口数值 24 的一半），拥塞窗口再重新设置为 1 ，并执行慢开始算法。

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220048

12162024

传输次数

拥塞窗口 cwnd


指数规律增长

线性规律增长

ssthresh = 16



进入拥塞避免



当 cwnd = 12 时改为执行拥塞避免算法，拥塞窗口按按线性规律增长，每经过一个往返时延就增加一个 MSS 的大小。

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220048

12162024

传输次数

拥塞窗口 cwnd


指数规律增长

线性规律增长

ssthresh = 16



进入拥塞避免


7.4 流量控制和缓存乘法减小 (multiplicative decrease)

“乘法减小“是指不论在慢开始阶段还是拥塞避免阶段，只要出现一次超时（即出现一次网络拥塞），就把慢开始门限值 ssthresh 设置为当前的拥塞窗口值乘以 0.5 。当网络频繁出现拥塞时， ssthresh 值就下降得很快，以大大减少注入到网络中的分组数。

加法增大 (additive increase) “加法增大”是指执行拥塞避免算法后，当收到对所有报文段的确认就将拥塞窗口 cwnd增加一个 MSS 大小，使拥塞窗口缓慢增大，以防止网络过早出现拥塞。

强调 “拥塞避免”并非指完全能够避免了拥塞。利用以上的措施要完全避免网络拥塞还是不可能的。

“拥塞避免”是说在拥塞避免阶段把拥塞窗口控制为按线性规律增长，使网络比较不容易出现拥塞。


7.4 流量控制和缓存快重传和快恢复

快重传算法规定，发送端只要一连收到三个重复的 ACK 即可断定有分组丢失了，就应立即重传丢失的报文段而不必继续等待为该报文段设置的重传计时器的超时。不难看出，快重传并非取消重传计时器，而是在某些情况下可更早地重传丢失的报文段。


快重传举例M1, M2

ACK2, ACK3

M4

主机 A 主机 B

B 确认 M1 和 M2A 发送 M1 和 M2

A 收到了三个重复的确认 ACK3 ，就立即重传 M3 ，而不必等待超时重传。

M3 丢失！ A 发送 M3 但丢失了A 发送 M4

ACK3

M5 A 发送 M5

ACK3 B 发送第二个重复确认 ACK3M6 A 发送 M6

ACK3

M3

B 发送第三个重复确认 ACK3

B 只能再次确认 M2( 因为 M3 没有收到）


7.4 流量控制和缓存快恢复算法

(1) 当发送端收到连续三个重复的 ACK 时，就重新设置慢开始门限 ssthresh 。

(2) 与慢开始不同之处是拥塞窗口 cwnd 不是设置为 1 ，而是设置为 ssthresh + 3 MSS 。

(3) 若收到的重复的 ACK 为 n 个（ n > 3 ），则将 cwnd 设置为 ssthresh + n MSS 。

(4) 若发送窗口值还容许发送报文段，就按拥塞避免算法继续发送报文段。

(5) 若收到了确认新的报文段的 ACK ，就将 cwnd 缩小到 ssthresh 。


7.4 流量控制和缓存 TCP 的重传机制

重传机制是 TCP 中最重要和最复杂的问题之一。 TCP 每发送一个报文段，就对这个报文段设置一次计时器。

只要计时器设置的重传时间到但还没有收到确认，就要重传这一报文段。


7.4 流量控制和缓存往返时延的方差很大

由于 TCP 的下层是一个互连网环境， IP 数据报所选择的路由变化很大。因而运输层的往返时延的方差也很大。

时间

数据链路层运输层

T1 T2 T3

往返时延的概率分布


7.4 流量控制和缓存往返时延的自适应算法

记录每一个报文段发出的时间，以及收到相应的确认报文段的时间。这两个时间之差就是报文段的往返时延。

将各个报文段的往返时延样本加权平均，就得出报文段的平均往返时延 RTT 。

每测量到一个新的往返时延样本，就按下式重新计算一次平均往返时延 RTT ：

平均往返时延 RTT (旧的 RTT) (1 ) ( 新的往返时延样本 ) (7-2)

在上式中， 0 1 。


7.4 流量控制和缓存参数的选择

若很接近于 1 ，表示新算出的平均往返时延 RTT 和原来的值相比变化不大，而新的往返时延样本的影响不大 (RTT 值更新较慢 ) 。

若选择接近于零，则表示加权计算的平均往返时延 RTT 受新的往返时延样本的影响较大 (RTT 值更新较快 ) 。

典型的值为 7/8 。


7.4 流量控制和缓存超时重传时间 RTO (RetransmissionTime-Out)

计时器的 RTO 应略大于上面得出的 RTT ，即： RTO RTT (7-3)

这里是个大于 1 的系数。若取很接近于 1 ，发送端可及时地重传丢失的报文段，因此效率得到提高。

但若报文段并未丢失而仅仅是增加了一点时延，那么过早地重传反而会加重网络的负担。

因此 TCP 原先的标准推荐将值取为 2 。


7.4 流量控制和缓存往返时间的测量相当复杂

TCP 报文段 1 没有收到确认。重传（即报文段 2 ）后，收到了确认报文段 ACK 。

如何判定此确认报文段是对原来的报文段 1 的确认，还是对重传的报文段 2 的确认？

往返时延 RTT?

发送一个TCP 报文段超时重传

TCP 报文段收到 ACK

时间1 2

往返时延 RTT?

是对哪一个报文段的确认？


7.4 流量控制和缓存 Karn 算法

在计算平均往返时延 RTT 时，只要报文段重传了，就不采用其往返时延样本。

这样得出的平均往返时延 RTT 和重传时间就较准确。修正的 Karn 算法

报文段每重传一次，就将重传时间增大一些：新的重传时间 (旧的重传时间 ) (7-4)

系数的典型值是 2 。当不再发生报文段的重传时，才根据报文段的往返时延更新平均往返时延 RTT 和重传时间的数值。实践证明，这种策略较为合理。


7.5 TCP 协议 TCP 概述

端口

…

发送 TCP 报文段

TCP

…

TCP

接收缓存发送缓存报文段 …报文段报文段

端口

发送端接收端

向发送缓存写入数据块从接收缓存读取数据块

应用进程应用进程


TCP首部20 字节的固定首部

目的端口

数据偏移检验和选项（长度可变）

源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

32 bit

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充

TCP 数据部分TCP 首部TCP 报文段

IP 数据部分IP 首部发送在前


TCP首部20字节固定首部

目的端口

数据偏移检验和

选项（长度可变）

源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充源端口和目的端口字段——各占 2 字节。端口是运输层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。



目的端口



源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充序号字段——占 4 字节。 TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。



目的端口



源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充确认号字段——占 4 字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。



目的端口



源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充数据偏移——占 4 bit ，它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。“数据偏移”的单位不是字节而是 32 bit 字（ 4 字节为计算单位）。



目的端口



源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充

保留字段——占 6 bit ，保留为今后使用，但目前应置为 0 。



目的端口



源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充紧急比特 URG —— 当 URG 1 时，表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送 ( 相当于高优先级的数据 ) 。



目的端口



源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充

确认比特 ACK —— 只有当 ACK 1 时确认号字段才有效。当 ACK 0 时，确认号无效。



目的端口



源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充推送比特 PSH (PuSH) —— 接收 TCP 收到推送比特置 1 的报文段，就尽快地交付给接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。



目的端口



源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充复位比特 RST (ReSeT) —— 当 RST 1 时，表明 TCP 连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。



目的端口



源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充

同步比特 SYN —— 同步比特 SYN 置为 1 ，就表示这是一个连接请求或连接接受报文。



目的端口



源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充终止比特 FIN (FINal) —— 用来释放一个连接。当 FIN 1 时，表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。



目的端口



源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充窗口字段 —— 占 2 字节。窗口字段用来控制对方发送的数据量，单位为字。 TCP 连接的一端根据设置的缓存空间大小确定自己的接收窗口大小，然后通知对方以确定对方的发送窗口的上限。



目的端口



源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充检验和 —— 占 2 字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。在计算检验和时，要在 TCP 报文段的前面加上 12 字节的伪首部。



目的端口



源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充紧急指针字段 —— 占 16 bit 。紧急指针指出在本报文段中的紧急数据的最后一个字节的序号。



目的端口



源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充选项字段 —— 长度可变。 TCP 只规定了一种选项，即最大报文段长度 MSS (Maximum Segment Size) 。 MSS 告诉对方 TCP：“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是 MSS 个字节。”

MSS 是 TCP 报文段中的数据字段的最大长度。数据字段加上 TCP 首部才等于整个的 TCP 报文段。



目的端口



源端口序号

紧急指针窗口

确认号保留 F

IN

SYN

RST

PSH

ACK

URG

比特 0 8 16 24 31

填充填充字段 —— 这是为了使整个首部长度是 4 字节的整数倍。


7.5 TCP 协议 TCP 的数据编号与确认

TCP 协议是面向字节的。 TCP 将所要传送的报文看成是字节组成的数据流，并使每一个字节对应于一个序号。

在连接建立时，双方要商定初始序号。 TCP 每次发送的报文段的首部中的序号字段数值表示该报文段中的数据部分的第一个字节的序号。

TCP 的确认是对接收到的数据的最高序号表示确认。接收端返回的确认号是已收到的数据的最高序号加 1 。因此确认号表示接收端期望下次收到的数据中的第一个数据字节的序号。


建立 TCP 连接：三次握手主机 1

主机 2

SYN=1 ， ACK=0 Send_Seq=x

SYN=1 ， ACK=1 Send_Seq=y, Ack_Seq=x+1通知应用进程

主机 1

主机 2

应用进程要求连接

通知应用进程

Ack_Seq=y+1

SYN=1, ACK=0, Send_Seq=x

SYN=1, ACK=0, Send_Seq=y

SYN=1 ， ACK=1 Send_Seq=x, Ack_Seq=y+1

SYN=1 ， ACK=1 Send_Seq=y, Ack_Seq=x+1

正常连接情形呼叫冲突：两个主机在相同的一对 SOCKET之间建立连接

初始序号的设置：基于时钟的方法


连接释放：礼貌释放主机 1

主机 2

FIN=1, Send_Seq=x

Ack_Seq= x+1

应用进程要求释放连接通知应用进程

应用进程要求释放连接通知应用进程

FIN=1, Send_Seq= y

Ack_Seq= y+1

整个连接释放

采用定时器方法，处理确认丢失的情况


7.6 UDP 协议 UDP 概述

UDP 只在 IP 的数据报服务之上增加了很少一点的功能，即端口的功能和差错检测的功能。

虽然 UDP 用户数据报只能提供不可靠的交付，但 UDP 在某些方面有其特殊的优点。发送数据之前不需要建立连接 UDP 的主机不需要维持复杂的连接状态表。 UDP 用户数据报只有 8个字节的首部开销。网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。这对某

些实时应用是很重要的。


7.6 UDP 协议端口是用报文队列来实现

UDP 端口 51000 UDP 端口 69

出队列入队列出队列入队列

TFTP 服务器TFTP 客户

UDP 用户数据报

应用层

运输层


UDP 用户数据报的首部格式

伪首部源端口目的端口长度检验和

数据首部

UDP 长度源 IP 地址目的 IP 地址 0 17

IP 数据报

字节 4 4 1 1 2

12 2 2 2 2字节

发送在前数据首部UDP 用户数据报



数据首部


IP 数据报

字节 4 4 1 1 2

12 2 2 2 2字节


用户数据报 UDP 有两个字段：数据字段和首部字段。首部字段有 8 个字节，由 4 个字段组成，每个字段都是两个字节。



数据首部


IP 数据报

字节 4 4 1 1 2

12 2 2 2 2字节


在计算检验和时，临时把“伪首部”和 UDP 用户数据报连接在一起。伪首部仅仅是为了计算检验和。


习题：本章习题请上网查阅教学网页：

http://staff.ustc.edu.cn/~leeyi

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Data Communications and Computer Networks