第4章运输层.ppt

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1、计算机网络计算机网络-第第 4 章章 运输层运输层2021/9/241目录目录n运输层的功能和服务运输层的功能和服务n应用进程寻址：端口机制应用进程寻址：端口机制nUDPUDP数据报的格式和差错检测数据报的格式和差错检测nTCPTCP报文段格式、报文段格式、TCPTCP通信过程、可靠数据传递、通信过程、可靠数据传递、流量控制和拥塞控制原理流量控制和拥塞控制原理2021/9/242运输层的功能和服务运输层的功能和服务n传输层要为应用层建立一个传输层要为应用层建立一个“端到端端到端”的逻辑连的逻辑连接，这个连接是跨越网络的。从应用层的角度看，接，这个连接是跨越网络的。从应用层的角度看，传输层为其提

2、供了一条端到端的数据通道，通过传输层为其提供了一条端到端的数据通道，通过这个通道，数据可以从一方到达另一方这个通道，数据可以从一方到达另一方n传输层可以为应用层提供两类服务传输层可以为应用层提供两类服务,可靠的服务可靠的服务和不可靠的服务和不可靠的服务2021/9/243运输层提供的服务运输层提供的服务2021/9/244运输层的功能运输层的功能n应用进程寻址应用进程寻址n提供数据的可靠传递提供数据的可靠传递n流量控制流量控制n拥塞控制拥塞控制2021/9/245应用进程寻址应用进程寻址n运输层则需要提供应用进程的寻址，以确保数运输层则需要提供应用进程的寻址，以确保数据交给正确的应用进程。据交

3、给正确的应用进程。发AP1收AP4发AP1收AP4发AP2收AP5发AP2收AP5发AP3收AP6发AP3收AP62021/9/246提供数据的可靠传递提供数据的可靠传递n由于网络层在转发分组时，可能会出现分组乱由于网络层在转发分组时，可能会出现分组乱序和分组丢失的现象，所以运输层要能够检测序和分组丢失的现象，所以运输层要能够检测到这些错误，并能处理这些错误，为应用层提到这些错误，并能处理这些错误，为应用层提供一条无错的通信通道。供一条无错的通信通道。2021/9/247流量控制流量控制n两个应用进程两个应用进程A和和B进行通信。进行通信。A产生数据，产生数据，将数据发给将数据发给B。连接。连

4、接AB的每一端都会为这个的每一端都会为这个连接分配一定数量的缓存。当收到正确的字节连接分配一定数量的缓存。当收到正确的字节后，就会将数据放入缓存，等待应用进程将其后，就会将数据放入缓存，等待应用进程将其取走。如果发送方继续快速地发送数据，那么取走。如果发送方继续快速地发送数据，那么缓存就会被充满，最后溢出。所以，需要有一缓存就会被充满，最后溢出。所以，需要有一种机制来控制发送方发送数据的速度，保证接种机制来控制发送方发送数据的速度，保证接收缓存不溢出，从而确保接收进程能够顺次地收缓存不溢出，从而确保接收进程能够顺次地处理所有的数据。处理所有的数据。2021/9/248缓存缓存缓存缓存缓存满了，

5、再来就溢出了！发送数据块H1，你发的太快了！2021/9/249拥塞控制拥塞控制n如果分组网络中涌入大量的数据，加在网络上如果分组网络中涌入大量的数据，加在网络上的负载超过网络的存储和处理能力，就会出现的负载超过网络的存储和处理能力，就会出现分组传递时延增加，分组丢失，服务质量下降分组传递时延增加，分组丢失，服务质量下降的情况，这种现象称为拥塞。如果不采取有效的情况，这种现象称为拥塞。如果不采取有效的检测和控制手段，则拥塞情况就会加重，最的检测和控制手段，则拥塞情况就会加重，最终导致网络崩溃。因此，运输层需要能够检测终导致网络崩溃。因此，运输层需要能够检测拥塞并控制拥塞。拥塞并控制拥塞。202

6、1/9/2410应用进程寻址应用进程寻址n随着各种各样的应用不断增多，应用层协议也随着各种各样的应用不断增多，应用层协议也会不断地增多。而在会不断地增多。而在TCP/IPTCP/IP协议体系中，运输协议体系中，运输层协议只有两个，这样会出现多个应用层协议层协议只有两个，这样会出现多个应用层协议使用同一个运输层协议的情况。这就涉及到了使用同一个运输层协议的情况。这就涉及到了应用进程寻址的问题。应用进程寻址的问题。2021/9/2411应用进程寻址应用进程寻址端口机制端口机制nTCP/IPTCP/IP提供端口机制。端口是运输层协议和应提供端口机制。端口是运输层协议和应用层协议交互时的接口，每个端口

7、有唯一的端用层协议交互时的接口，每个端口有唯一的端口号，并且有相应的输入和输出缓存。一个应口号，并且有相应的输入和输出缓存。一个应用进程通过系统调用可以绑定到运输层协议用进程通过系统调用可以绑定到运输层协议（UDPUDP或或TCPTCP）的一个端口上，这样通过端口号）的一个端口上，这样通过端口号就能确定对应的应用进程，端口和应用进程是就能确定对应的应用进程，端口和应用进程是一一对应的一一对应的2021/9/2412端口机制端口机制多路复用多路复用/分解分解2021/9/2413UDP协议概述协议概述n用户数据报协议（用户数据报协议（UDPUDP）是）是TCP/IPTCP/IP协议体系中协议体系

8、中运输层协议之一。运输层协议之一。UDPUDP协议只实现了运输层可协议只实现了运输层可以完成的以完成的4 4项功能中的一部分，就是应用进程项功能中的一部分，就是应用进程的寻址。的寻址。2021/9/2414UDP协议特点协议特点nUDPUDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。连接。nUDPUDP使用尽力而为的服务方式，也就是不能保使用尽力而为的服务方式，也就是不能保证可靠的传输。证可靠的传输。nUDPUDP是高效的传输协议。是高效的传输协议。UDPUDP对应用层交下来的对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，这可使应用层的报文，既不合并，也不拆分，

9、这可使应用层的数据被迅速、及时地发送出去。数据被迅速、及时地发送出去。nUDPUDP没有拥塞控制。没有拥塞控制。2021/9/2415使用使用UDP的应用层协议的应用层协议应 用应用层协议运输层协议域名解析DNSUDP网络管理SNMPUDP路由信息交换RIPUDP简单文件传输TFTPUDP网络文件系统NFSUDPIP电话专有协议UDP流式多媒体专有协议UDP2021/9/2416UDP数据报格式数据报格式nUDPUDP数据报由数据报由UDPUDP首部和其封装的应用层数据组首部和其封装的应用层数据组成，是成，是UDPUDP协议的传输单元。协议的传输单元。UDPUDP的首部比较简的首部比较简单，只

10、有单，只有8 8个字节。个字节。2021/9/2417UDP首部各字段意义首部各字段意义n源端口：发送方应用进程对应的端口号源端口：发送方应用进程对应的端口号n目的端口：接收方应用进程对应的端口号，利目的端口：接收方应用进程对应的端口号，利用源端口和目的端口可以实现多路复用和多路用源端口和目的端口可以实现多路复用和多路分解。分解。n长度：长度：UDPUDP用户数据报的长度。用户数据报的长度。n检验和：检测检验和：检测UDPUDP用户数据报在传输中是否有用户数据报在传输中是否有错。有错就丢弃。错。有错就丢弃。2021/9/2418UDP的差错检测的差错检测nUDPUDP提供首部校验和字段来检测提

11、供首部校验和字段来检测UDPUDP数据报在传数据报在传输过程中的错误。输过程中的错误。n在计算检验和时，要在在计算检验和时，要在UDPUDP用户数据报之前增用户数据报之前增加加1212个字节的伪首部。个字节的伪首部。“伪首部伪首部”只是在计只是在计算检验和时，临时添加在算检验和时，临时添加在UDPUDP用户数据报前面，用户数据报前面，得到一个临时的得到一个临时的UDPUDP用户数据报。伪首部既不用户数据报。伪首部既不向下传送也不向上递交，而仅仅是为了计算检向下传送也不向上递交，而仅仅是为了计算检验和。验和。2021/9/2419UDP数据报添加的伪首部数据报添加的伪首部n伪首部中含有源伪首部中

12、含有源IPIP地址和目的地址和目的IPIP地址。伪首部地址。伪首部中的中的1717是分配给是分配给UDPUDP的协议编号。的协议编号。UDPUDP长度是指长度是指UDPUDP报文的长度（包括首部和数据）。报文的长度（包括首部和数据）。2021/9/2420校验和的计算例子校验和的计算例子nUDPUDP用户数据报的长度是用户数据报的长度是1515字节。源端口是字节。源端口是“10871087”，目的端口是，目的端口是“1313”。IPIP源地址是源地址是“153.19.8.104153.19.8.104”，目的地址是，目的地址是“171.3.14.11171.3.14.11”。2021/9/24

13、21校验和的计算过程校验和的计算过程2021/9/2422TCP概述概述nTCP(TCP(传输控制协议传输控制协议)是专门为了在不可靠的互是专门为了在不可靠的互联网络中提供一个可靠的端到端的通信而设计联网络中提供一个可靠的端到端的通信而设计的，是的，是TCP/IPTCP/IP协议体系中运输层的重要协议。协议体系中运输层的重要协议。TCPTCP为应用层提供面向连接的、可靠的数据传为应用层提供面向连接的、可靠的数据传递服务递服务。2021/9/2423TCP协议最主要的特点协议最主要的特点nTCPTCP是面向连接的运输层协议。是面向连接的运输层协议。n每一条每一条TCPTCP连接只能是点对点的。连

14、接只能是点对点的。nTCPTCP提供可靠的数据传输服务。提供可靠的数据传输服务。nTCPTCP提供全双工通信。提供全双工通信。nTCPTCP面向字节流的面向字节流的。2021/9/2424字节流的流动（字节流的流动（1）发送方接收方应用进程应用进程TCPTCPTCP 连接准备发送的数据字节2021/9/2425字节流的流动（字节流的流动（2）发送方接收方应用进程应用进程TCPTCP字节流x表示序号为 x 的数据字节TCP 连接2021/9/2426字节流的流动（字节流的流动（3）发送方接收方应用进程应用进程TCPTCP字节流x表示序号为 x 的数据字节TCP 连接把字节写入发送缓存3 2 1

15、02021/9/2427字节流的流动（字节流的流动（4）发送方接收方应用进程应用进程TCPTCP字节流H表示 TCP 报文段的首部x表示序号为 x 的数据字节TCP 连接把字节写入发送缓存5 42 1 0 H加上 TCP 首部构成 TCP 报文段3发送 TCP 报文段2021/9/2428字节流的流动（字节流的流动（5）发送方接收方应用进程应用进程TCPTCP字节流H表示 TCP 报文段的首部x表示序号为 x 的数据字节TCP 连接把字节写入发送缓存加上 TCP 首部构成 TCP 报文段H8 7 62 1 0 H3发送 TCP 报文段2021/9/2429字节流的流动（字节流的流动（6）发送方

16、接收方应用进程应用进程TCPTCP字节流H表示 TCP 报文段的首部x表示序号为 x 的数据字节TCP 连接把字节写入发送缓存加上 TCP 首部构成 TCP 报文段5 4 H1098 7 6 H2 1 0 H3发送 TCP 报文段2021/9/2430字节流的流动（字节流的流动（7）发送方接收方应用进程应用进程TCPTCP字节流H表示 TCP 报文段的首部x表示序号为 x 的数据字节TCP 连接把字节写入发送缓存加上 TCP 首部构成 TCP 报文段从接收缓存读取字节3 2 1 0109 H131211145 4 H8 7 6 H发送 TCP 报文段2021/9/2431发送 TCP 报文段发

17、送方接收方把字节写入发送缓存从接收缓存读取字节应用进程应用进程1817161514131211H加上 TCP 首部构成 TCP 报文段TCPTCP字节流字节流H表示 TCP 报文段的首部x表示序号为 x 的数据字节TCP 连接字节流的流动（字节流的流动（8）109 H8 7 6 H2021/9/2432发送 TCP 报文段发送方接收方把字节写入发送缓存从接收缓存读取字节应用进程应用进程1817161514131211H加上 TCP 首部构成 TCP 报文段TCPTCP字节流H表示 TCP 报文段的首部x表示序号为 x 的数据字节TCP 连接字节流的流动（字节流的流动（9）109 H8 7 6H

18、2120192021/9/2433发送 TCP 报文段发送方接收方从接收缓存读取字节应用进程应用进程1817161514131211H加上 TCP 首部构成 TCP 报文段TCPTCP字节流H表示 TCP 报文段的首部x表示序号为 x 的数据字节TCP 连接字节流的流动（字节流的流动（10）109H212019H2021/9/2434发送 TCP 报文段发送方接收方从接收缓存读取字节应用进程应用进程1817161514加上 TCP 首部构成 TCP 报文段TCPTCP字节流H表示 TCP 报文段的首部x表示序号为 x 的数据字节TCP 连接字节流的流动（字节流的流动（11）H212019H13

19、12112021/9/2435发送 TCP 报文段发送方接收方从接收缓存读取字节应用进程应用进程加上 TCP 首部构成 TCP 报文段TCPTCP字节流H表示 TCP 报文段的首部x表示序号为 x 的数据字节TCP 连接字节流的流动（字节流的流动（12）212019H18171615142021/9/2436发送方接收方从接收缓存读取字节应用进程应用进程TCPTCP字节流x表示序号为 x 的数据字节TCP 连接字节流的流动（字节流的流动（13）182120192021/9/2437发送方接收方应用进程应用进程TCPTCP字节流x表示序号为 x 的数据字节TCP 连接字节流的流动（字节流的流动（

20、14）2021/9/2438发送方接收方应用进程应用进程TCPTCPTCP 连接字节流的流动（字节流的流动（15）接收到的数据字节2021/9/24394.4.2 TCP报文段报文段nTCPTCP报文段是报文段是TCPTCP的传输单元。的传输单元。TCPTCP在应用层数在应用层数据前添加据前添加TCPTCP首部，形成首部，形成TCPTCP报文段。一个报文段。一个TCPTCP报文段分为首部和数据两部分报文段分为首部和数据两部分。2021/9/2440TCP报文段的首部报文段的首部2021/9/2441TCP报文段的首部报文段的首部n源端口和目的端口：分别写入源端口号和目的源端口和目的端口：分别写

21、入源端口号和目的端口号端口号2021/9/2442TCP报文段的首部报文段的首部n序号：在一个序号：在一个TCPTCP连接中传送的字节流中的每连接中传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号。一个字节都按顺序编号。2021/9/2443TCP报文段的首部报文段的首部n确认号：是期望收到对方下一个报文段的第一确认号：是期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号个数据字节的序号2021/9/2444序号和确认号序号和确认号2021/9/2445TCP报文段的首部报文段的首部n数据偏移：表示数据偏移：表示TCPTCP报文段中的数据部分距离报文段中的数据部分距离TCPTCP首部的起始位置有多少字节。首

22、部的起始位置有多少字节。2021/9/2446TCP报文段的首部报文段的首部n保留字段：保留为今后使用，但目前应置为保留字段：保留为今后使用，但目前应置为0 02021/9/2447TCP报文段的首部报文段的首部n标志字段：每个比特都代表特定的含义。当其标志字段：每个比特都代表特定的含义。当其值为值为1 1时称为置位。时称为置位。2021/9/2448TCP报文段的首部报文段的首部nURG=1URG=1，则表示，则表示TCPTCP报文段中存有紧急数据。报文段中存有紧急数据。2021/9/2449TCP报文段的首部报文段的首部nACK=1ACK=1，表示确认号是有效的。如果，表示确认号是有效的。

23、如果ACK=0ACK=0，则，则该数据段不包含确认信息。该数据段不包含确认信息。2021/9/2450TCP报文段的首部报文段的首部n发送方发送方PSHPSH=1 1，报文段发送出去。接收方，报文段发送出去。接收方TCPTCP收收到报文段，就尽快地交付给接收应用进程，而到报文段，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。不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。2021/9/2451TCP报文段的首部报文段的首部nRSTRST用于重置一个已经混乱的连接。一般而言，用于重置一个已经混乱的连接。一般而言，如果数据段被设置了如果数据段被设置了RSTRST位，那说明你这一端位，那

24、说明你这一端有了问题。有了问题。RSTRST也可以称为重建位或重置位。也可以称为重建位或重置位。2021/9/2452TCP报文段的首部报文段的首部nSYNSYN，在连接建立时用来同步序号。当，在连接建立时用来同步序号。当SYNSYN1 1而而ACKACK0 0时，表明这是一个连接请求报文段时，表明这是一个连接请求报文段。2021/9/2453TCP报文段的首部报文段的首部nFINFIN用来释放一个连接。当则用来释放一个连接。当则FIN=1FIN=1时，表明此时，表明此报文段的发送方的数据已发送完毕，并要求释报文段的发送方的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。放运输连接。2021/9/2454

25、TCP报文段的首部报文段的首部n窗口大小：使用窗口大小字段主要用于流量控窗口大小：使用窗口大小字段主要用于流量控制，用来告诉对方的制，用来告诉对方的TCPTCP自身接收缓存的大小自身接收缓存的大小2021/9/2455TCP报文段的首部报文段的首部n校验和：用来确保数据的可靠性，校验和：用来确保数据的可靠性，TCPTCP在计算在计算校验和时也要加上伪首部。校验和时也要加上伪首部。2021/9/2456TCP报文段的首部报文段的首部n紧急指针：仅在紧急指针：仅在URGURG1 1时才有意义，它指出本时才有意义，它指出本报文段中的紧急数据的字节数。报文段中的紧急数据的字节数。2021/9/2457

26、TCP报文段的首部报文段的首部n选项字段：长度是可变的，最长可达选项字段：长度是可变的，最长可达4040字节。字节。TCPTCP最初只规定了最大报文段长度最初只规定了最大报文段长度MSSMSS。MSSMSS规规定了定了TCPTCP报文段中应用层数据的最大字节数报文段中应用层数据的最大字节数2021/9/2458TCP报文段的首部报文段的首部n填充字段填充字段 ：这是为了使整个首部长度是：这是为了使整个首部长度是 4 4 字字节的整数倍。节的整数倍。2021/9/2459TCP通信过程通信过程nTCPTCP通信包括通信包括3 3个阶段，分别是建立连接，数据个阶段，分别是建立连接，数据传输，关闭连

27、接。传输，关闭连接。2021/9/24602021/9/2461建立连接和关闭连接建立连接和关闭连接n利用利用TCPTCP进行通信的两个应用进程要首先建立连接。进行通信的两个应用进程要首先建立连接。建立连接的两个端点叫做套接字建立连接的两个端点叫做套接字nsocketsocket=端口号端口号+IP+IP地址地址。n例如主机例如主机A A和主机和主机B B正在通信，主机正在通信，主机A A的的IPIP地址是地址是192.16.23.5192.16.23.5，端口号是，端口号是10351035；主机；主机B B的的IPIP地址是地址是10.153.16.5410.153.16.54，端口号是，端

28、口号是8080。nTCPTCP连接连接=socketA,socketB=socketA,socketB=n(192.16.23.5(192.16.23.5：1035),(10.153.16.541035),(10.153.16.54：80)80)2021/9/2462套接字（套接字（socket）2021/9/2463建立连接建立连接n建立连接的过程称为建立连接的过程称为“三次握手三次握手”（three-three-way handshakeway handshake）nTCPTCP连接的建立采用客户连接的建立采用客户/服务器方式。主动发服务器方式。主动发起连接建立的应用进程叫做客户起连接建立

29、的应用进程叫做客户(client)(client)，而，而被动等待连接建立的应用进程叫做服务器被动等待连接建立的应用进程叫做服务器（serverserver）2021/9/2464三次握手过程三次握手过程2021/9/2465SYN=1,seq=xCLOSEDCLOSED主动打开被动打开AB客户服务器A 的 TCP 向 B 发出连接请求报文段，其首部中的同步位 SYN=1，并选择序号 seq=x，表明传送数据时的第一个数据字节的序号是 x。2021/9/2466SYN=1,seq=xCLOSEDCLOSED主动打开被动打开AB客户服务器SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x 1 B 的

30、 TCP 收到连接请求报文段后，如同意，则 发回确认。B 在确认报文段中应使 SYN=1，使 ACK=1，其确认号ack=x 1，自己选择的序号 seq=y。2021/9/2467SYN=1,seq=xACK=1,seq=x+1,ack=y 1CLOSEDCLOSED主动打开被动打开AB客户服务器SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x 1 A 收到此报文段后向 B 给出确认，其 ACK=1，确认号 ack=y 1。A 的 TCP 通知上层应用进程，连接已经建立。2021/9/2468SYN=1,seq=xACK=1,seq=x+1,ack=y 1CLOSEDCLOSED数据传送主动打开

31、被动打开AB客户服务器SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x 1 B 的 TCP 收到主机 A 的确认后，也通知其上层 应用进程：TCP 连接已经建立。2021/9/2469SYN-SENTESTAB-LISHEDSYN-RCVDLISTENESTAB-LISHED用三次握手建立用三次握手建立 TCP 连接的各状态连接的各状态 SYN=1,seq=xACK=1,seq=x+1,ack=y 1CLOSEDCLOSED数据传送主动打开被动打开AB客户服务器SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x 12021/9/2470关闭连接关闭连接n在两个通信的应用进程之间的数据传输完毕在两个通

32、信的应用进程之间的数据传输完毕后，就要关闭它们之间的连接。需要四步。后，就要关闭它们之间的连接。需要四步。客户端和服务器端都可以提出关闭连接的请客户端和服务器端都可以提出关闭连接的请求。求。2021/9/2471关闭连接过程关闭连接过程2021/9/2472FIN=1,seq=xCLOSED主动关闭数据传送ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客户服务器CLOSED 数据传输结束后，通信的双方都可释放连接。现在 A 的应用进程先向其 TCP 发出连接释放 报文段，并停止再发送数据，主动关闭 TCP 连接。A 把连接释放报文段首部的 FIN=1，其序号 seq=x，等待 B 的确认

33、。2021/9/2473FIN=1,seq=xACK=1,seq=y,ack=x 1主动关闭数据传送通知应用进程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客户服务器 B 发出确认，确认号 ack=x 1，而这个报文段自己的序号 seq=y。TCP 服务器进程通知高层应用进程。从 A 到 B 这个方向的连接就释放了，TCP 连接 处于半关闭状态。B 若发送数据，A 仍要接收。2021/9/2474FIN=1,seq=xACK=1,seq=y,ack=x 1FIN=1,ACK=1,seq=u,ack=x 1主动关闭被动关闭数据传送通知应用进程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHE

34、DAB客户服务器数据传送 若 B 已经没有要向 A 发送的数据，其应用进程就通知 TCP 释放连接。2021/9/2475FIN=1,seq=xACK=1,seq=y,ack=x 1FIN=1,ACK=1,seq=u,ack=x 1主动关闭被动关闭数据传送通知应用进程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客户服务器数据传送 A 收到连接释放报文段后，必须发出确认。ACK=1,seq=x+1,ack=u 12021/9/2476FIN=1,seq=xACK=1,seq=y,ack=x 1FIN=1,ACK=1,seq=u,ack=x 1主动关闭被动关闭数据传送通知应用进程ESTAB

35、-LISHEDESTAB-LISHEDAB客户服务器数据传送 在确认报文段中 ACK=1，确认号 ack u 1，自己的序号 seq=x+1。ACK=1,seq=x+1,ack=u 12021/9/2477CLOSEDACK=1,seq=x+1,ack=u 1FIN=1,seq=xACK=1,seq=y,ack=x 1FIN=1,ACK=1,seq=u,ack=x 1FIN-WAIT-1CLOSE-WAITFIN-WAIT-2LAST-ACK等待 2MSLTIME-WAIT主动关闭被动关闭数据传送通知应用进程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客户服务器数据传送CLOSED5.

36、9.2 TCP 的连接释放 TCP 连接必须经过时间 2MSL 后才真正释放掉。2021/9/2478定时器定时器时间等待计时器时间等待计时器n时间等待计时器：在第四步完成之后，时间等待计时器：在第四步完成之后，TCPTCP连连接并没有真正释放掉。而是启动一个时间等待接并没有真正释放掉。而是启动一个时间等待计时器（计时器（TIME-WAIT timerTIME-WAIT timer），使客户端进入），使客户端进入“TIME-WAITTIME-WAIT”状态。状态。n所以客户端是在等待计时器到时后，才真正关所以客户端是在等待计时器到时后，才真正关闭客户端的连接，释放资源。闭客户端的连接，释放资源

37、。2021/9/2479n第一，为了保证第一，为了保证 A A 发送的最后一个发送的最后一个 ACK ACK 报文报文段能够到达段能够到达 B B。n第二，防止第二，防止“已失效的连接请求报文段已失效的连接请求报文段”出出现在本连接中。现在本连接中。A A 在发送完最后一个在发送完最后一个 ACK ACK 报报文段后，再经过时间文段后，再经过时间 2MSL2MSL，就可以使本连接，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段，都从网络持续的时间内所产生的所有报文段，都从网络中消失。这样就可以使下一个新的连接中不会中消失。这样就可以使下一个新的连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。出现这种旧的连

38、接请求报文段。为什么必须等待为什么必须等待 2MSL 的时间的时间2021/9/2480定时器定时器保活定时器保活定时器n一个一个TCPTCP连接建立后，可能会长时间处于空闲状态，没连接建立后，可能会长时间处于空闲状态，没有任何数据交换。有任何数据交换。n服务器需要知道客户端是否已经关闭或是重启，需要服务器需要知道客户端是否已经关闭或是重启，需要确认是否有必要继续保留这个连接。确认是否有必要继续保留这个连接。n服务器通过设置服务器通过设置“保活定时器（保活定时器（keepalive timerkeepalive timer）”来达到这个目的。来达到这个目的。n保活定时器的时间一般设为保活定时器

39、的时间一般设为2 2小时。小时。n如果服务器在如果服务器在2 2小时内收到了客户端的信息，那么定时小时内收到了客户端的信息，那么定时器就复位，重新计时；器就复位，重新计时；n如果如果2 2小时内没有收到任何数据，那么服务器小时内没有收到任何数据，那么服务器TCPTCP就会就会给客户端发送一个探测报文。给客户端发送一个探测报文。2021/9/2481定时器定时器保活定时器（续）保活定时器（续）n客户端可能处于以下的客户端可能处于以下的4 4个状态个状态 n客户端依然活跃，并且收到了服务器的探测客户端依然活跃，并且收到了服务器的探测报文。客户端的报文。客户端的TCPTCP便会发出响应报文，使便会发

40、出响应报文，使服务器知道自己仍然处于活动状态。服务器服务器知道自己仍然处于活动状态。服务器的的TCPTCP会将保活定时器复位，保持这个连接会将保活定时器复位，保持这个连接 n客户端已经崩溃，并且已经关机。此时服务客户端已经崩溃，并且已经关机。此时服务器器TCPTCP不会收到任何响应。然后服务器不会收到任何响应。然后服务器TCPTCP每每隔隔7575秒发送一个探测报文，如果发送了秒发送一个探测报文，如果发送了1010个个探测报文仍没有回应，那么服务器就关闭连探测报文仍没有回应，那么服务器就关闭连接，释放相应的资源。接，释放相应的资源。2021/9/2482定时器定时器保活定时器（续）保活定时器（

41、续）n客户端可能处于以下的客户端可能处于以下的4 4个状态个状态n客户端已经重启，这时客户端的客户端已经重启，这时客户端的TCPTCP不会保不会保留原来连接的信息。当收到服务器的探测报留原来连接的信息。当收到服务器的探测报文后，客户端文后，客户端TCPTCP会发送一个复位（会发送一个复位（RSTRST）的）的响应，服务器收到后便会关闭连接。响应，服务器收到后便会关闭连接。n客户端依然活跃，但是始终都无法收到服务客户端依然活跃，但是始终都无法收到服务器的探测报文（可能是由于网络拥塞造成的）器的探测报文（可能是由于网络拥塞造成的）。这种情况同（。这种情况同（2 2）类似，服务器收不到响）类似，服务

42、器收不到响应，也会关闭连接。应，也会关闭连接。2021/9/2483数据的可靠性传输数据的可靠性传输n在在TCPTCP通信过程中，客户端的应用进程和服务通信过程中，客户端的应用进程和服务器端的应用进程之间就可以进行字节流传输。器端的应用进程之间就可以进行字节流传输。应用层将数据交给应用层将数据交给TCPTCP，TCPTCP会添加自己的首部，会添加自己的首部，然后将然后将TCPTCP报文段交给下层的报文段交给下层的IPIP协议。协议。2021/9/2484确认和重传机制确认和重传机制nTCPTCP在通信过程中面临着数据的丢失、乱序、在通信过程中面临着数据的丢失、乱序、重复和出错等等问题。所以重复

43、和出错等等问题。所以TCPTCP需要采取特殊需要采取特殊的措施为应用层构建一个可靠的数据传输通道。的措施为应用层构建一个可靠的数据传输通道。就是就是“确认和重传机制确认和重传机制”。n每一方的每一方的TCPTCP都要为所传输的字节流编号。都要为所传输的字节流编号。n如果接收方收到编号正确的数据，那么就要给如果接收方收到编号正确的数据，那么就要给对方发送确认报文。对方发送确认报文。n针对上面列举的针对上面列举的4 4种种TCPTCP报文段在传输过程中可报文段在传输过程中可能出现的问题，看看能出现的问题，看看TCPTCP协议是如何实现协议是如何实现“确确认和重传机制认和重传机制”的。的。2021/

44、9/2485确认和重传机制确认和重传机制数据丢失数据丢失2021/9/2486确认和重传机制确认和重传机制数据出错数据出错2021/9/2487确认和重传机制确认和重传机制数据重复数据重复2021/9/2488确认和重传机制确认和重传机制数据乱序数据乱序2021/9/2489定时器定时器重传定时器重传定时器n在确认和重传机制中，重传定时器用来对报文在确认和重传机制中，重传定时器用来对报文确认与等待重传时间的计时。在发送一个确认与等待重传时间的计时。在发送一个TCPTCP报文段后，就会启动重定时器。如果在定时器报文段后，就会启动重定时器。如果在定时器截止时间之前收到确认报文，就撤销这个定时截止时

45、间之前收到确认报文，就撤销这个定时器。如果定时器时间到了，确认报文还没有收器。如果定时器时间到了，确认报文还没有收到，就重传该报文并将定时器复位。到，就重传该报文并将定时器复位。2021/9/2490定时器定时器重传定时器（续）重传定时器（续）2021/9/2491快速重传快速重传n超时重传机制能够重传丢失的数据包，但有时超时重传机制能够重传丢失的数据包，但有时超时计时器的时间设定会比较长，这样会导致超时计时器的时间设定会比较长，这样会导致发送方要在很长时间后才能重传数据，从而增发送方要在很长时间后才能重传数据，从而增加端到端之间的时延。加端到端之间的时延。TCPTCP通过发现冗余确认通过发现

46、冗余确认来较快地检测丢包的情况，从而实现快速重传。来较快地检测丢包的情况，从而实现快速重传。2021/9/2492快速重传（续）快速重传（续）2021/9/2493流量控制流量控制n发送方把数据发送得过快，接收方就可能来不发送方把数据发送得过快，接收方就可能来不及接收，这就会造成数据的丢失，可靠性就得及接收，这就会造成数据的丢失，可靠性就得不到保证。就像我们生活中所熟知的不到保证。就像我们生活中所熟知的“水满则水满则溢，月满则亏溢，月满则亏”的道理。所谓的道理。所谓“流量控制流量控制(flow control)(flow control)”就是让发送方的发送速率不就是让发送方的发送速率不要太快

47、，好让接收方来得及接收。要太快，好让接收方来得及接收。2021/9/2494流量控制的过程流量控制的过程n流量控制的最基本原理是接收方告诉发送方还流量控制的最基本原理是接收方告诉发送方还能够发送多少字节的数据，由接收方来控制发能够发送多少字节的数据，由接收方来控制发送方，这样接收缓存就不会溢出了。在建立连送方，这样接收缓存就不会溢出了。在建立连接的过程中，双方可以通过通告接的过程中，双方可以通过通告MSSMSS的值来告的值来告知对方自己接收缓存的大小。这样可以保证第知对方自己接收缓存的大小。这样可以保证第一次发送数据时不会造成对方接收缓存溢出。一次发送数据时不会造成对方接收缓存溢出。2021/

48、9/2495流量控制的过程（续）流量控制的过程（续）2021/9/2496流量控制过程中遇到的问题流量控制过程中遇到的问题n流量控制机制，在某些极端的情况下会遇到一流量控制机制，在某些极端的情况下会遇到一些问题，现在就来讨论一下两种特殊的情况。些问题，现在就来讨论一下两种特殊的情况。n1.1.零窗口通告的问题零窗口通告的问题n2.2.糊涂窗口症状糊涂窗口症状2021/9/2497定时器定时器坚持定时器坚持定时器n为了避免为了避免“零窗口通告零窗口通告”这种情况发生，当收这种情况发生，当收到一个零窗口通告时，发送端就启动一个到一个零窗口通告时，发送端就启动一个“坚坚持定时器（持定时器（persi

49、stence timerpersistence timer）”，定时器，定时器时间到时就发送一个探测报文。这个报文大小时间到时就发送一个探测报文。这个报文大小为为1 1字节，接收方收到后要发送确认报文，同字节，接收方收到后要发送确认报文，同时将新的窗口大小通知发送方。时将新的窗口大小通知发送方。2021/9/2498 拥塞控制拥塞控制n 拥塞的产生拥塞的产生n大量的数据涌入网络时，超出了网络的容纳和处理大量的数据涌入网络时，超出了网络的容纳和处理能力，网络中的部分路由器就会因为过载而被迫丢能力，网络中的部分路由器就会因为过载而被迫丢弃一些分组，产生弃一些分组，产生“拥塞拥塞”。甚至使整个网络陷

50、入。甚至使整个网络陷入瘫痪。瘫痪。nTCPTCP中引入了中引入了“拥塞控制拥塞控制”的功能。拥塞控制的功能。拥塞控制的主要任务是按照中间网络的接收和处理能力，的主要任务是按照中间网络的接收和处理能力，来决定向网络中发送数据的大小和速度，尽力来决定向网络中发送数据的大小和速度，尽力避免拥塞的产生。避免拥塞的产生。2021/9/2499拥塞控制拥塞控制n如何判断产生拥塞如何判断产生拥塞n网络中的路由器没有直接的办法通知网络中的路由器没有直接的办法通知TCP产产生的拥塞，生的拥塞，TCP需要自己去需要自己去“感知感知”网络拥网络拥塞状况塞状况 n当当TCP检测到数据包丢失时，就认为产生了检测到数据包