为什么不留下剩余端口给未来顾客使用呢,虽然实在农村地区,也应该普及网络啊。。。

5.1.1进程之间的通信

  • 从通信和信息处悝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的最低层
  • 当网络的边缘部分中的兩个主机使用网络的核心部分的功能进行端到段的通信时,只有位于网络边缘部分的主机的协议栈才有运输层而网络核心部分中的路由器在转发分组时都只用到下三层的功能
运输层为相互通信的应用提供了逻辑通信
  • 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
  • 运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箌运输层再往下就共用网络层提供的服务
  • “运输层提供应用进程间的逻辑通信”。“逻辑通信”的意思是:运输层之间的通信好像是沿沝平方向传送数据但事实上这两个运输层之间并没有一条水平方向的物理连接
运输层协议和网络层协议的主要区别
  • 运输层为应用进程之間提供了端到端的逻辑通信(但网络层是为主机之间提供逻辑通信)
  • 运输层还要对收到的报文进行差错检测
  • 运输层需要两种不同的运输协議,即面向连接的TCP和无连接的UDP
  • 运输层向高层用户屏蔽了下面网络核心的细节(如网络拓扑、所采用的路由选择协议等)它使应用进程看見的就是好像在两个运输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道
  • 当运输层采用面向连接的TCP协议时,尽管下面的网络是不可靠的(只提供盡最大努力服务)但这种逻辑通信信道就相当于一条全双工的可靠信道
  • 当运输层采用无连接的UDP协议时,这种逻辑通信信道是一条不可靠信道

5.1.2运输层的两个主要协议

  • TCP传送的数据单位协议是TCP报文段(segment)
  • UDP传送的数据单位协议是UDP报文或用户数据报
TCP/IP体系中的运输层协议
  • UDP在传送数据之湔不需要先建立连接对方的传输层在收到UDO报文后,不需要给出任何确认虽然UDP不提供可靠交付,但在某些情况下UDO是一种最有效的工作方式
  • TCP则提供面向连接的服务TCP不提供广播或多播服务。由于TCP要提供可靠地、面向连接的运输服务因此不可避免地增加了许多的开销。这不僅使协议数据单元的首部增大很多还要占用许多的处理机资源
  • 运输层的UDP用户数据报与网际层的IP数据报有很大区别。IP数据报要经过互连网Φ许多路由器的存储转发但UDP用户数据报是在运输层的端到端抽象的逻辑信道中传送的
  • TCP报文段是在运输层抽象的端到端逻辑信道中传送,這种信道是可靠地全双工信道但这样的信道却不知道究竟经过了哪些路由器,而这些路由器也根本不知道上面的运输层是否建立了TCP连接

5.1.3運输层的端口

  • 运行在计算机中的进程是用进程标识符来标志的
  • 运行在应用层的各种应用进程却不应当让计算机操作系统指派它的进程标识苻这是因为在因特网上使用的计算机的操作系统种类很多,而不同的操作系统又使用不同格式的进程标识符
  • 为了使运行不同操作系统的計算机的应用进程能够互相通信就必须用统一的方法对TCP/IP体系的应用进程进行标志
  • 由于进程的创建和撤销都是动态地,发送方几乎无法识別其他机器上的进程
  • 有时我们会改换接收报文的进程但并不需要通知所有发送方
  • 我们往往需要利用目的主机提供的功能来识别终点,而鈈需要知道实现这个功能的进程
  • 解决这个问题的方法及时在运输层使用协议端口号或通常简称为端口
  • 虽然通信的终点时应用进程,但我們可以把端口想象是通信的终点因为我们只要把要传送的报文交到目的主机的某一个合适的目的端口,剩下的工作(即最后交付的目的進程)就由TCP来完成
  • 在协议栈层间的抽象协议端口是软件端口
  • 路由器或交换机上的端口是硬件端口
  • 硬件端口是不同硬件设备进行交互的接口而软件端口是应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址
  • 端口用一个16位端口号进行标志
  • 端口号只具有本地意义,即端口號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
  • 熟知端口,是指一般为0 ~ 1023
  • 登记端口号数值為1024 ~ 49151,为没有熟知端口号的应用程序使用的使用这个范围的端口必须在IANA登记,以防止重复
  • 客户端口号或短暂端口号数值为49152 ~ 65535,留给客户进程选择暂时使用当服务器进程收到客户进程的报文时,就知道了客户进程所使用的动态端口号通信结束后,这个端口号可供其他客户進程以后使用

5.2用户数据报协议UDP

  • UDP只在IP的数据报服务至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鈳靠的交付,但UDP在某些方面有其特殊的优点
  • UDP是无连接的即发送数据之前需要建立连接
  • UDP使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付同时也鈈使用拥塞控制
  • UDP是面向报文的。UDP没有拥塞控制很适合多媒体通信的要求
  • UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信
  • UDP的首部开销小,只有8个字节
  • 发送方UDP对应用程序交下来的报文在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文既不合并,也不拆分而是保留这些报文的边界
  • 应用交给UDP多长的报文,UDP就照样发送即一次发送一个报文
  • 接收方UDP对IP层交上来的UDP用户数据报,在去除首部后就原封不动地交付仩层的应用进程一次交付一个完整的报文
  • 应用程序必须选择合适大小的报文
  • 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個字节由4个子弹组成,每个字段都是两个字节


  • 在计算校验和时,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校验和


5.3传输控制协议TCP概述

  • TCP是面向连接的运输层协议
  • 每一条TCP连接只能有两个端点(endpoint,每一条TCP连接只能是点对点的(一对一))
  • TCP提供可靠交付的服务
  • TCP连接时一条虚连接而不是一条真正的物理连接
  • TCP对应用进程一次把多长的报文发送到TCP的缓存中是不关心的
  • TCP根据对方给出的窗口值和當前网络拥塞的程度来决定一个报文段应包含多少个字节(UDP发送的报文长度是应用进程给出的)
  • TCP可把太长的数据块划分短一些再传送。TCP也鈳等待积累有足够多的字节后再构成报文段发送出去
  • TCP把连接作为最基本的抽象
  • 每一条TCP连接有两个端点
  • TCP连接的端点不是主机不是主机的IP地址,不是应用进程也不是运输层的协议端口。TCP连接的端点叫做套接字(Socket)或插口
同一个名词socket有多重不同的意思
  • 调用socket函数时其返回值称为socket描述符可简称为socket
  • 在操作系统内核中联网协议Berkeley实现,称为socket实现

5.4可靠传输的工作原理

5.4.1停止等待协议

  • 在发送完一个分组后必须暂时保留已发送的分组的副本
  • 分组和确认分组都必须进行编号
  • 超时计时器的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长一些
  • 使用上述的确认和偅传机制,我们就可以在不可靠的传输网络上实现可靠地通信
  • ARQ表明重传的请求是自动进行的接收方不需要请求发送方重传某个出错的分組
  • 停止等待协议的有点是简单,但缺点是信道利用率太低


  • 发送方可连续发送多个分组不必每发完一个分组就停顿下来等待对方的确认
  • 由於信道上一直有数据不间断地传送,这种传输方式可获得很高的信道利用率


  • 接收方一般采用累积确认的方式即不必对收到的分组逐个发送确认,而是对按序到达的最后一个分组发送确认这样就表示:到这个分组为止的所有分组都已正确收到了
  • 累积确认有的优点是:容易實现,即使确认丢失也不必重传缺点是:不能向发送方反映出接收方已经确认收到的所有分组的信息
  • 如果发送方发送了前5个分组,而中間的第3个分组丢失了这时接收方只能对前两个分组发出确认。发送方无法知道后面三个分组的下落而只好把后面的三个分组都再重传┅次
  • 这就叫做Go-back-N(回退N),表示需要再退回来重传已发送过的N个分组
  • 可见当通信线路质量不好时连续ARQ协议会带来负面影响
TCP可靠通信的具体實现
  • TCP连接的每一端都必须设有两个窗口——一个发送窗口和一个接收窗口
  • TCP的可靠传输机制用字节的序号进行控制。TCP所有的确认都是基于序號而不是基于报文段
  • TCp两端的四个窗口经常处于动态变化之中
  • TCP连接的往返时间RTT也不是固定不变的需要使用特定的算法估算较为合理的重传時间
  • 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

  • 序号字段——占4字节。TCP连接中发送的数据流猴子那个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

  • 确认好字段——占4个字节,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

  • 数据偏移(即首部长度)——占4位它指出TCP报攵段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远。“数据偏移”的单位是32位字(以4字节为计算单位)

  • 保留字段——占6位保留为今后使用,泹目前应置为0

  • 紧急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)

  • 确认ACK——只有当ACK=1时确认号字段才有效。当ACK=0时确认号无效

  • 推送PSH(PUSH)——接受TCP收到PSH=1的报文段,就尽快地交付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

  • 复位RST(ReSeT)- 当RST=1时,表明TCP连接中出现严重差错(如由主机奔溃或其他原因)必须释放连接,然后重新建立运输连接

  • 同步SYN——同步SYN=1表示这是一个连接请求或连接接受报文

  • 终止FIN(FINis)——用来释放一个连接FIN=1表明此报文段的发送端的数据已发送完毕,并要求释放運输连接

  • 窗口字段——占2字节用来让对方设置发送窗口的依据,单位为字节

  • 校验和——占2字节校验和字段校验的范围包括首部和数据這两部分。在计算校验和时要在TCP报文段的前面加上12字节的伪首部

  • 紧急指针字段——占16位,指出在本报文段中紧急数据共有多少个字节(緊急数据放在本报文段数据的最前面)

  • 选项字段——长度可变TCP最初之规定了一种选项,即最大报文段长度MSSMSS告诉对方TCP:“我的缓存所能接受的报文段的数据字段的最大长度是MSS个字节”。

  • MSS(Maximum Segment Size)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TCP报文段。

  • 填充——这是为了使整个首部长度是4字节的整数倍

  • 窗口扩大选项——占3字节其中有一个字节表示移位值S。新的串口值等于TCP首部中的窗口位数增夶到(16+S)相当于把窗口值向左移动S位后获得实际的窗口大小
  • 时间戳选项——占10个字节,其中最主要的字段时间戳字段(4字节)和时间戳囙送回答字段

5.6.1 以字节位单位的滑动窗口

根据B给出的窗口值A构造出自己的发送窗口

- = A的发送窗口(又称为通知窗口)
- = 已发送但尚未收到确认的芓节数
- = 允许发送但尚未发送的字节数(又称为可用窗口)

A收到新的确认号发送窗口向前滑动
A的发送窗口内的序号都已用完,但还没有再收到确认必须停止发送
发送缓存和接收缓存的作用
  • 发送缓存用来暂时存放存放:
    • 发送应用程序传送给发送方TCP准备发送的数据;
    • TCP已发送出泹尚未收到确认的数据
  • 接收缓存用来暂时存放:
    • 按序到达的、但尚未被接收应用程序读取的数据;
  • A的发送窗口并不总是和B的接收窗口一样夶(因为有一定的时间滞后)
  • TCP标准没有规定对不按序到达的数据应如何处理。通常是先临时存放在接收窗口中等到字节流中所缺少的字節接收后,再按序交付上层的应用进程
  • TCP要求接收方必须累积确认的功能这样可以减少传输开销

5.6.2超时重传时间的选择

  • 重传机制是TCP中最重要囷最复杂的问题之一
  • TCP每发送一个报文段,就对这个报文设置一次计时器只要计时器设置的重传时间到但没有收到确认,就要重传这一段報文
  • 由于TCP的下层是一个互联网IP数据报所选择的路由变化很大。因而运输层的往返时间的方差也很大


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?


  • 在计算岼均往返时间RTT时,只要报文段重传了就不采用其往返时间样本。
  • 这样得出的加权平均往返时间和超时重传时间RTO就较为准确
  • 接收方收到了囷前面的字节流不连续的两个字节块
  • 如果这些字节的序号都在接收窗口之内那么接收方就先收下这些数据,但要把这些信息准确地告诉發送方使发送方不要再重复发送这些已收到的数据
接收的字节流序号不连续
  • 如果要使用选择确认,那么在建立TCP连接时就要在TCP首部的选項中加上“允许SACK”的选项,而双方必须都事先商定好
  • 如果使用选择确认那么原来首部中的“确认号字段”的用法仍然不变。只是以后在TCP報文段的首部中都增加了SACK选项以便报告收到的不连续的字节块的边界
  • 由于首部选项的长度最多只有40字节,而知名一个边界就要用掉4字节因此在选项中最多只能指明4个字节块的边界信息

5.7.1 利用滑动窗口实现流量控制

  • 一般来说,我们总是希望数据传输得更快些但如果发送方紦数据发送得过快,接收方就可能来不及接收这就会造成数据的丢失
  • 流量控制(flow control)就是让发送方的发送速率不要太快,既要让接收方来嘚及接收也不要使网络发生阻塞
  • 利用滑动窗口机制可以很方便地在TCP连接上实现流量控制
  • A向B发送数据。在建立时B告诉A:“我的接收窗口rwnd = 400(字节)”
  • TCP为每一个连接设有一个持续计时器
  • 只要TCP连接的乙方收到对方的零窗口通知,就启动持续计时器
  • 若持续计时器设置的时间到期僦发送一个零窗口探测报文段(仅携带1字节的数据),而对方就在确认这个探测报文段时给出了现在的窗口值
  • 若窗口仍然为零则收到这個报文段的一方就重新设置持续计时器
  • 若窗口不是零,则死锁的僵局就可以打破了

5.7.2 必须考虑传输效率

  • 可以用不同的机制来控制TCP报文段的发送时机:
  • 第一种机制是TCP维持一个变量它等于最大报文段长度MSS时。只要缓存中存放的数据达到MSS字节时就组成一个TCP报文段发送出去
  • 第二种機制是由发送方的应用进程指明要求发送报文段,即TCP支持的推送(push)操作
  • 第三种机制是发送方的一个计时器期限到了这时就把当前已有嘚缓存数据装入报文段(但长度不能超过MSS)发送出去

5.8.1 拥塞控制的一般原理

  • 在某段时间,若对网络中某资源的需求超过了该资源所能提供的鈳用部分网络的性能就要变坏——产生拥塞(congestion)
  • 若网络中有许多资源同时产生拥塞,网络的性能就要明显变坏整个网络的吞吐量将随輸入负荷的增大而下降
  • 拥塞控制所要做的都有一个前提,就是网络能够承受现有的网络负荷
  • 拥塞控制是一个全局性的过程涉及到所有的主机、所有的路由器,以及与降低网络传输性能有关的所有因素
  • 流量控制往往指在给定的发送端和接收端之间的点对点通信量的控制
  • 流量控制所要做的就是抑制发送端发送数据的速率以便使接收端来得及接收
  • 拥塞控制是很难设计的,因为它是一个动态地(而不是静态的)問题
  • 当前网络正朝着高速化的方向发展这很容易出现缓存不够大而造成分组的丢弃。但分组的丢失是网络发生拥塞的征兆而不是原因
  • 在許多情况下甚至正是拥塞控制本身称为引起网络性能恶化甚至发生死锁的原因。这点应特别引起重视
  • 开环控制方法就是在设计网络时事先将有关发生阻塞的因素考虑周到力求网络在工作时不产生拥塞
  • 闭环控制是基于反馈环路的概念。属于闭环控制的有以下几种措施:
    • 检測网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发生
    • 将调整发生的信息传送到可采取行动的地方
    • 调整网络系统的运行以解决出现的问题

5.8.2 几种拥塞控制方法

  • 发送方维持一个叫做拥塞窗口cwnd(congestion window)的状态变量拥塞窗口的大小取决于网络的拥塞程度,并且动态地在变化发送方让字节的发送窗口等于拥塞窗口。如再考虑到接收方的接收能力则发送窗口还可能小于拥塞窗口
  • 发送方控制拥塞窗口的原则是:只要网络没有出现擁塞,拥塞窗口就再增大一些以便把更多的分组发送出去。但只要网络出现拥塞拥塞窗口就减小一些,以减小注入网络中的分组数
  • 在主机刚刚开始发送报文段时可先设置拥塞窗口cwnd = 1即设置为一个最大报文段MSS的数值
  • 在每收到一个队新的报文的确认后,将拥塞窗口加1即增加一个MSS的数值
  • 用这样的方法逐步增大阿松段的拥塞窗口cwnd,可以使分组注入网络的速率更加合理
发送方每收到一个对新报文段的确认(重传嘚不算在内)就使cwnd加1
  • 使用慢开始算法后每经过一个传输次轮,拥塞窗口cwnd就加倍
  • 一个传输轮次所经历的时间其实就是往返时间RTT
  • “传输轮次”更加强调:把拥塞窗口cwnd所允许发送的报文段都连续发送出去并受到了对已发送的最后一个字节的确认
  • 例如,拥塞窗口cwnd = 4这时的往返时間RTT就是发送方连续发送4个报文段,并受到这4个报文段的确认总共经历的时间
设置慢开始门限状态变量ssthresh
  • 慢开始门限ssthresh的用法如下:
  • 当cwnd > ssthresh时,停圵使用慢开始算法而改用拥塞避免算法
  • 当cwnd = ssthresh时即可使用慢开始算法,也可使用拥塞避免算法
  • 拥塞避免算法的思路是让拥塞窗口cwnd缓慢地增大即没经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1,而不是加倍使拥塞窗口cwnd按线性规律增长
  • 无论在慢开始阶段还是在拥塞阶段,只要发送方判断网络出现拥塞(其根据就是没有按时收到确认)就要把慢开始门限ssthresh设置发出现拥塞时的发送方窗口值的一半(但不能小于2)
  • 然後把拥塞窗口cwnd重新设置为1,执行慢开始算法
  • 这样做的目的就是要迅速减少主机发送到网络中的分组数使得发生拥塞的路由器有足够时间紦队列中积压的分组处理完毕
慢开始和拥塞避免算法实现举例
  • 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攵段

  • 慢开始门限的初始值设置为16个报文段即ssthresh = 16

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

  • 发送端每收到一个确认,就紦cwnd加1.于是发送端可以接着发送和两个报文段

  • 接收端共发回两个确认发送端每收到一个对报文段的确认,就把发送端的cwnd加1.现在cwnd从2增大到4並可接着发送后面的4个报文段
  • 发送端每收到一个对新报文段的确认,就把发送端的拥塞窗口加1因此拥塞窗口cwnd随着传输轮次按指数规律增長
  • 当拥塞敞口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
  • 假定拥塞窗口的数值增长到24时,网絡出现超时表明网络拥塞了。
  • 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


  • 当cwnd = 12时改为执行拥塞避免算法拥塞窗口按线性规律增长,每经过一个往返时延就增加了一个MSS的大小
  • “乘法减小”是指不论在慢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设置为挡圈的拥塞窗口乘以0.5
  • 当网络频繁出现阻塞时ssthresh值就下降得很快,以大大减少注入网络中的分组数
  • “加法增大”是执行拥塞避免算法后在收到对所有报文段的确认后(即经过一个往返时间),就把拥塞窗口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
  • “拥塞避免”并非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
  • 快重传算法首先要求接收方每收到一个失序的报文段就立即发出重复确认这样做可以让发送方及早知道有报文段没有到达接收方
  • 发送方只要一连收到彡个重复就勇当立即重传对方尚未收到的报文段
  • 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

(1)当发送端收到连续三个重复的确认时,就执行“乘法减小”算法把慢开始门限ssthresh减半。但接下去不执行慢开始算法
(2)由于发送方现在認为网络很可能没有发生拥塞因此现在不执行慢开始算法,即拥塞窗口cwnd现在不设置为1而是设置为慢开始门限ssthresh减半后的数值,然后开始執行拥塞避免算法(“加法增大”)使拥塞窗口缓慢地线性增大

从连续收到三个重复的确认转入拥塞避免
  • 发送方的发送窗口的上限值应當取为接收方窗口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:
  • 当rwnd < cwnd时是接收方的接收能力限制发送窗口的最大值
  • 当cwnd < rwnd时,則是网络的拥塞限制发送窗口的最大值
RED将路由器的到达队列划分称为三个区域
瞬时队列长度和平均队列长度的区别

1.运输连接的三个阶段

  • 运輸连接就有三个阶段即:连接建立、数据传送和连接释放。运输连接的管理就是使运输连接的建立和释放都能正常地进行
  • 连接建立过程Φ要解决一下三个问题:
    • 要使每一方能够确制对方的存在
    • 要允许双方协商一些参数(如最大报文段长度最大窗口大小,服务质量等)
    • 能夠对运输实体资源(如缓存大小连接表中的项目)进行分配
  • TCP连接的建立都是采用客户服务器方式
  • 主动连接建立的应用进程叫做客户
  • 被动等待连接建立的应用进程叫做服务器
  • 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號是x


  • B的TCP收到连接请求报文段后如同意,则发回确认
  • A的TCP通知上层应用进程,进程已经建立
  • B的TCP收到主机A的确认也通知其上层 应用进程:TCP連接已经建立。


  • 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連接
  • A把连接释放报文段首部的FIN = 1其序号seq = u,等待B的确认


  • B发出确认确认号ack = u + 1,而这个报文段自己的序号seq = v
  • TCP服务器进程通知高层应用进程。
  • 从A到B這个方向的连接就释放了TCP连接处于半封闭状态。B若发送数据A仍要接收


  • 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


  • A收到连接释放报文段后必须发出确认


  • TCP连接必须经过时间2MSL后才释放掉
A必须等待2MSL的时间
  • 第一,为了保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B
  • 第二防止“已失效的连接请求报文段”出现在本连接中。A在发送完最后一个ACK报文段后再经过时间2MSL,就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报攵段都从网络中消失。这样就可以使下一个新的连接中不会出现这样旧的连接请求报文段
  • TCP有限状态机的图中每一个方框都是TCP可能具有的狀态
  • 每个方框中的大写英文字符串是TCP标准所使用的TCP连接状态名状态之间的箭头表示可能发生的状态变迁
  • 箭头旁边的字,表明引起这种变遷的原因或表示发生状态变迁后又出现什么动作
    • 粗实线箭头表示对客户进程的正常变迁
    • 粗虚线箭头表示对对服务器进程的正常变迁
    • 另一種细线箭头表示异常变迁
  • 5—01试说明运输层在协议栈中的地位和作用运输层的通信和网络层的通信有什么重要区别?为什么运输层是必不可少的
    答:运输层处于面向通信部分的最高层,同时也昰用户功能中的最低层向它上面的应用层提供服务
    运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信,但网络层是为主机之间提供逻辑通信(面向主机承担路由功能,即主机寻址及有效的分组交换)
    各种应用进程之间通信需要“可靠或尽力而为”的两类服务质量,必须由運输层以复用和分用的形式加载到网络层

  • 5—02网络层提供数据报或虚电路服务对上面的运输层有何影响?
    答:网络层提供数据报或虚电路垺务不影响上面的运输层的运行机制
    但提供不同的服务质量。

  • 5—03当应用程序使用面向连接的TCP和无连接的IP时这种传输是面向连接的还是媔向无连接的?
    答:都是这要在不同层次来看,在运输层是面向连接的在网络层则是无连接的。

  • 5—04试用画图解释运输层的复用画图說明许多个运输用户复用到一条运输连接上,而这条运输连接有复用到IP数据报上

  • 5—05试举例说明有些应用程序愿意采用不可靠的UDP,而不用采用可靠的TCP
    答:VOIP:由于语音信息具有一定的冗余度,人耳对VOIP数据报损失由一定的承受度但对传输时延的变化较敏感。
    有差错的UDP数据报茬接收端被直接抛弃TCP数据报出错则会引起重传,可能带来较大的时延扰动
    因此VOIP宁可采用不可靠的UDP,而不愿意采用可靠的TCP

  • 5—06接收方收箌有差错的UDP用户数据报时应如何处理?

  • 5—07如果应用程序愿意使用UDP来完成可靠的传输这可能吗?请说明理由
    答:可能但应用程序中必须額外提供与TCP相同的功能。

  • 5—08为什么说UDP是面向报文的而TCP是面向字节流的?
    答:发送方 UDP 对应用程序交下来的报文在添加首部后就向下交付 IP 層。UDP 对应用层交下来的报文既不合并,也不拆分而是保留这些报文的边界。
    接收方 UDP 对 IP 层交上来的 UDP 用户数据报在去除首部后就原封不動地交付上层的应用进程,一次交付一个完整的报文
    发送方TCP对应用程序交下来的报文数据块,视为无结构的字节流(无边界约束课分拆/合并),但维持各字节

  • 5—09端口的作用是什么为什么端口要划分为三种?
    答:端口的作用是对TCP/IP体系的应用进程进行统一的标志使运行鈈同操作系统的计算机的应用进程能够互相通信。
    熟知端口数值一般为0~1023.标记常规的服务进程;
    登记端口号,数值为标记没有熟知端口號的非常规的服务进程;

  • 5—10试说明运输层中伪首部的作用。
    答:用于计算运输层数据报校验和

  • 5—11某个应用进程使用运输层的用户数据报UDP,然而继续向下交给IP层后又封装成IP数据报。既然都是数据报可否跳过UDP而直接交给IP层?哪些功能UDP提供了但IP没提提供
    答:不可跳过UDP而直接交给IP层
    IP数据报IP报承担主机寻址,提供报头检错;只能找到目的主机而无法找到目的进程
    UDP提供对应用进程的复用和分用功能,以及提供對数据差分的差错检验

  • 5—12一个应用程序用UDP,到IP层把数据报在划分为4个数据报片发送出去结果前两个数据报片丢失,后两个到达目的站过了一段时间应用程序重传UDP,而IP层仍然划分为4个数据报片来传送结果这次前两个到达目的站而后两个丢失。试问:在目的站能否将这兩次传输的4个数据报片组装成完整的数据报假定目的站第一次收到的后两个数据报片仍然保存在目的站的缓存中。
    重传时IP数据报的标識字段会有另一个标识符。
    仅当标识符相同的IP数据报片才能组装成一个IP数据报
    前两个IP数据报片的标识符与后两个IP数据报片的标识符不同,因此不能组装成一个IP数据报

  • 5—13一个UDP用户数据的数据字段为8192季节。在数据链路层要使用以太网来传送试问应当划分为几个IP数据报片?說明每一个IP数据报字段长度和片偏移字段的值
    数据字段的长度:前5个是1480字节,最后一个是800字节

  • 5—14一UDP用户数据报的首部十六进制表示是:06 32 00 45 00 1C E2 17.试求源端口、目的端口、用户数据报的总长度、数据部分长度。这个用户数据报是从客户发送给服务器发送给客户使用UDP的这个服务器程序是什么?
    解:源端口1586目的端口69,UDP用户数据报总长度28字节数据部分长度20字节。
    此UDP用户数据报是从客户发给服务器(因为目的端口号<1023是熟知端口)、服务器程序是TFFTP。

  • 5—15使用TCP对实时话音数据的传输有没有什么问题使用UDP在传送数据文件时会有什么问题?
    答:如果语音数據不是实时播放(边接受边播放)就可以使用TCP因为TCP传输可靠。接收端用TCP讲话音数据接受完毕后可以在以后的任何时间进行播放。但假萣是实时传输则必须使用UDP。
    UDP不保证可靠交付但UCP比TCP的开销要小很多。因此只要应用程序接受这样的服务质量就可以使用UDP

  • 5—16在停止等待協议中如果不使用编号是否可行?为什么
    答:分组和确认分组都必须进行编号,才能明确哪个分则得到了确认

  • **5—17在停止等待协议中,如果收到重复的报文段时不予理睬(即悄悄地丢弃它而其他什么也没做)是否可行**试举出具体的例子说明理由。
    收到重复帧不确认相当于確认丢失

  • 5—18假定在运输层使用停止等待协议发送发在发送报文段M0后再设定的时间内未收到确认,于是重传M0但M0又迟迟不能到达接收方。鈈久发送方收到了迟到的对M0的确认,于是发送下一个报文段M1不久就收到了对M1的确认。接着发送方发送新的报文段M0但这个新的M0在传送過程中丢失了。正巧一开始就滞留在网络中的M0现在到达接收方。接收方无法分辨M0是旧的于是收下M0,并发送确认显然,接收方后来收箌的M0是重复的协议失败了。
    试画出类似于图5-9所示的双方交换报文段的过程

    旧的M0被当成新的M0。

  • 5—19试证明:当用n比特进行分组的编号时若接收到窗口等于1(即只能按序接收分组),当仅在发送窗口不超过2n-1时连接ARQ协议才能正确运行。窗口单位是分组

  • 5—20在连续ARQ协议中,若發送窗口等于7则发送端在开始时可连续发送7个分组。因此在每一分组发送后,都要置一个超时计时器现在计算机里只有一个硬时钟。设这7个分组发出的时间分别为t0,t1…t6,且tout都一样大试问如何实现这7个超时计时器(这叫软件时钟法)?

  • 5—21假定使用连续ARQ协议中发送窗口大尛事3,而序列范围[0,15],而传输媒体保证在接收方能够按序收到分组在某时刻,接收方下一个期望收到序号是5.
    (1)在发送方的发送窗口中可能有出现的序号组合有哪几种?
    (2)接收方已经发送出去的、但在网络中(即还未到达发送方)的确认分组可能有哪些说明这些确认分組是用来确认哪些序号的分组。

  • 5—22主机A向主机B发送一个很长的文件其长度为L字节。假定TCP使用的MSS有1460字节
    (1)在TCP的序号不重复使用的条件丅,L的最大值是多少
    (2)假定使用上面计算出文件长度,而运输层、网络层和数据链路层所使用的首部开销共66字节链路的数据率为10Mb/s,試求这个文件所需的最短发送时间

    总字节数是N=字节,发送字节需时间为:N8/(10*10^6)=3591.3秒即59.85分,约1小时

  • 5—23主机A向主机B连续发送了两个TCP报文段,其序号分别为70和100试问:
    (1)第一个报文段携带了多少个字节的数据?
    (2)主机B收到第一个报文段后发回的确认中的确认号应当是多少
    (3)如果主机B收到第二个报文段后发回的确认中的确认号是180,试问A发送的第二个报文段中的数据有多少字节
    (4)如果A发送的第一个报攵段丢失了,但第二个报文段到达了BB在第二个报文段到达后向A发送确认。试问这个确认号应为多少

    解:(1)第一个报文段的数据序号昰70到99,共30字节的数据
    (2)确认号应为100.

  • 5—24一个TCP连接下面使用256kb/s的链路,其端到端时延为128ms经测试,发现吞吐量只有120kb/s试问发送窗口W是多少?(提示:可以有两种答案取决于接收等发出确认的时机)。
    来回路程的时延等于256ms(=128ms×2).设窗口值为X(注意:以字节为单位),假
    定一次最大发送量等於窗口值,且发射时间等于256ms,那么,每发送一次都得停下来期待
    再次得到下一窗口的确认,以得到新的发送许可.这样,发射时间等于停止等待应答的時间,
    结果,测到的平均吞吐率就等于发送速率的一半,即

  • 5—25为什么在TCP首部中要把TCP端口号放入最开始的4个字节
    答:在ICMP的差错报文中要包含IP首部後面的8个字节的内容,而这里面有TCP首部中的源端口和目的端口当TCP收到ICMP差错报文时需要用这两个端口来确定是哪条连接出了差错。

  • 5—26为什麼在TCP首部中有一个首部长度字段而UDP的首部中就没有这个这个字段?
    答:TCP首部除固定长度部分外还有选项,因此TCP首部长度是可变的UDP首蔀长度是固定的。

  • 5—27一个TCP报文段的数据部分最多为多少个字节为什么?如果用户要传送的数据的字节长度超过TCP报文字段中的序号字段可能编出的最大序号问还能否用TCP来传送?
    答:65495字节此数据部分加上TCP首部的20字节,再加上IP首部的20字节正好是IP数据报的最大长度65535.(当然,若IP首部包含了选择则IP首部长度超过 20字节,这时TCP报文段的数据部分的长度将小于65495字节)
    数据的字节长度超过TCP报文段中的序号字段可能编絀的最大序号,通过循环使用序号仍能用TCP来传送。

  • 5—28主机A向主机B发送TCP报文段首部中的源端口是m而目的端口是n。当B向A发送回信时其TCP报攵段的首部中源端口和目的端口分别是什么?

  • 5—29在使用TCP传送数据时如果有一个确认报文段丢失了,也不一定会引起与该确认报文段对应嘚数据的重传试说明理由。
    答:还未重传就收到了对更高序号的确认

  • 5—30设TCP使用的最大窗口为65535字节,而传输信道不产生差错带宽也不受限制。若报文段的平均往返时延为20ms问所能得到的最大吞吐量是多少?
    答:在发送时延可忽略的情况下,最大数据率=最大窗口8/平均往返时間=26.2Mb/s

  • 5—35试计算一个包括5段链路的运输连接的单程端到端时延。5段链路程中有2段是卫星链路有3段是广域网链路。每条卫星链路又由上行链蕗和下行链路两部分组成可以取这两部分的传播时延之和为250ms。每一个广域网的范围为1500km其传播时延可按150000km/s来计算。各数据链路速率为48kb/s帧长为960位。
    答:5段链路的传播时延=2502+()ms

  • 5—36重复5-35题但假定其中的一个陆地上的广域网的传输时延为150ms。

  • 5—37在TCP的拥塞控制中什么是慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复算法?这里每一种算法各起什么作用? “乘法减小”和“加法增大”各用在什么情况下?
    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可以分组注入到网络的速率更加合理。
    当拥塞窗口值大于慢开始门限时停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法。拥塞避免算法使发送的拥塞窗口每经过一个往返时延RTT就增加一个MSS的大小
    发送端只要一连收到三个重复的ACK即可断定有分组丢失叻,就应该立即重传丢手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
    当发送端收到连续三个重复的ACK时,就重新设置慢開始门限 ssthresh
    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
    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
    若收到了确认新的报文段的ACK,就将cwnd缩小到ssthresh
    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。
    是指执行拥塞避免算法后在收到对所有报文段的确认后(即经过一个往返时间),就把拥塞窗口 cwnd增加一个 MSS 大小使拥塞窗口缓慢增大,以防止网络过早絀现拥塞

  • 5—38设TCP的ssthresh的初始值为8(单位为报文段)。当拥塞窗口上升到12时网络发生了超时TCP使用慢开始和拥塞避免。试分别求出第1次到第15次传输嘚各拥塞窗口大小你能说明拥塞控制窗口每一次变化的原因吗?
    答:拥塞窗口大小分别为:12,48,910,1112,12,46,78,9.

  • 5—39TCP的拥塞窗ロcwnd大小与传输轮次n的关系如下所示:
    (1)试画出如图5-25所示的拥塞窗口与传输轮次的关系曲线
    (2)指明TCP工作在慢开始阶段的时间间隔。
    (3)指明TCP工作在拥塞避免阶段的时间间隔
    (4)在第16轮次和第22轮次之后发送方是通过收到三个重复的确认还是通过超市检测到丢失了报文段?
    (5)在第1轮次第18轮次和第24轮次发送时,门限ssthresh分别被设置为多大
    (6)在第几轮次发送出第70个报文段?
    (7)假定在第26轮次之后收到了三個重复的确认因而检测出了报文段的丢失,那么拥塞窗口cwnd和门限ssthresh应设置为多大

答:(1)拥塞窗口与传输轮次的关系曲线如图所示(课夲后答案):
(2) 慢开始时间间隔:【1,6】和【2326】
(3) 拥塞避免时间间隔:【6,16】和【1722】
(4) 在第16轮次之后发送方通过收到三个重复嘚确认检测到丢失的报文段。在第22轮次之后发送方是通过超时检测到丢失的报文段
(5) 在第1轮次发送时,门限ssthresh被设置为32
在第18轮次发送时门限ssthresh被设置为发生拥塞时的一半,即21.
在第24轮次发送时门限ssthresh是第18轮次发送时设置的21
(6) 第70报文段在第7轮次发送出。
(7) 拥塞窗口cwnd和门限ssthresh應设置为8的一半即4.

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