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第5章 传输层

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第5章传输层
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第5章 传输层 5 1 知识结构图 传输层 寻址与 端口号 服务UDPTCP 面向无连接 服务 面向连接 服务 面向无连接 服务 面向数据报 UDP校验 面向连接 服务 连接管理可靠传输流量控制拥塞控制 三步握手 四步分离 面向字节流 序号机制 累积确认 滑动窗口 发送窗口取 接收窗口的 最小值 慢开始 拥塞避免 快恢复 快重传 5 2 大纲要点归纳 1 传输层端口 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 下图是TCP首部 掌握每个字段的含义 2 TCP连接管理 三次握手的报文序列 四步分离机制 l例1 2011年第39题 主机甲向主机乙发送一个 SYN 1 seq 11 220 的TCP段 期望与主机乙建立TCP连接 若主机乙 接受该连接请求 则主机乙向主机甲发送的正确TCP 段可能是 A SYN 0 ACK 0 seq 11 221 ack 11 221 B SYN 1 ACK 1 seq 11 220 ack 11 220 C SYN 1 ACK 1 seq 11 221 ack 11 221 D SYN 0 ACK 0 seq 11 220 ack 11 220 答案 C l例2 2009年第38题 主机甲和主机乙已建立一个TCP连接 主 机甲向主机乙发送了两个连续的TCP段 分别 包括300字节和500字节的有效载荷 第一个 段的序列号为200 主机乙正确接收到两个段 后 发送给主机甲的确认序列号是 A 500 B 700 C 800 D 1000 答案 D 甲乙 Seq 200 300字节 Seq 500 500字节 ACK 1000 考查TCP的数据编号与确认 TCP是面向字节流的 其选择 确认 ACK 机制是接收端对字 节序号进行确认 其返回的序号 是接收端下一次期望接收的序号 因此主机乙接收两个网段后返 回给主机甲的确认序列号是1000 如图所示 l例3 2011年第40题 主机甲和主机乙之间已建立一个TCP连接 主机甲向主机乙发送了3个连续的TCP段 分别包含300字节 400字节和500字节的有效 载荷 第3个段的序号为900 若主机乙仅正确 收到第1个段和第3个段 则主机乙发送给主机 甲的确认序号是 A 300 B 500 C 1200 D 1400 答案 B 甲乙 Seq 200 300字节 Seq 500 400字节 ACK 500 Seq 900 500字节 TCP段首部中的序号字段是指 本报文所发送的数据第一个字节的 序号 第三个字段的序号为900 则第二个段的序号为 900 400 500 而确认号是期待接 收到对方下一个报文的第一个字节 的序号 现在主机乙期待接收第二 个字段 其过程如图所示 l例4 2013年第39题 主机甲和主机乙之间已建立一个TCP连接 双方持续有数据传输 且数据无差错与丢失 若甲收到1个来自乙的TCP段 该段的序号 为1913 确认序号为2046 有效载荷为100字 节 则甲立即发送给乙的TCP段的序号和确认 序号分别是 A 2046 2012 B 2046 2013 C 2047 2012 D 2047 2013 答案 B 若甲收到1个来自乙的TCP段 该段的序号 seq 1913 确认序号ack 2046 有效载荷为100 字节 则甲立即发送给乙的TCP段的序号 seq1 ack 2046和确认序号ack1 seq 100 2013 答案为B 3 TCP的滑动窗口机制 为了提高报文段的传输速率 TCP采用大小可变的滑动窗口进行 流量控制 窗口大小的单位是字节 发送窗口在连接建立时由双方商 定 但在通信过程中 接收端可根据自己的接收缓存的大小 随时动 态地调整发送端的发送窗口的上限值 这就是接收端窗口rwnd receiver windows 这个值被放在接收端发送的TCP报文首部的窗 口字段中 同时 发送端根据其对当前网络拥塞程度的估计而确定的窗口值 叫做拥塞窗口cwnd congestion windows 其大小与网络的带宽 和时延密切相关 发送端设置的当前能够发送数据量的大小叫做发送窗口 发送窗 口的上限值由下面公式确定 发送窗口的上限值 Min cwnd rwnd rwnd由接收端根据其接收缓存确定 接收方用报文的窗口字段反馈其 接收能力 限制发送方的发送流量 发送端确定cwnd比较复杂 详 细情况在慢启动和拥塞避免一节中叙述 发送窗口的左边沿对应已发送数据中被确认的最高序号 1 其右 边沿对应左边沿的序号加上发送窗口的大小 在数据传输的过程中 这个发送窗口不时地向右移动构成了滑动窗口 窗口的两边沿的相对 运动增加或减少了窗口的大小 TCP可变窗口流量控制示例 4 TCP的拥塞控制 lTCP IP拥塞控制最根本的措施是源抑制 source quench l为了避免和控制拥塞 TCP推荐使用以下技术 l慢启动 slow start l拥塞避免 congestion avoidance l快速重传 fast retransmission l快速恢复 fast recovery lTCP的拥塞控制机制是闭环控制 可以有以下途径发现拥塞 l报文段的重传定时器到时 l收到ICMP的源抑制报文 l拥塞窗口 congestion window l发送窗口 swnd Min cwnd rwnd l慢启动门限 slow start threshold l当cwnd ssthresh 使用慢启动策略 l当cwnd ssthresh 使用拥塞避免策略 l当cwnd ssthresh 即可使用慢启动策略也可使用 拥塞避免策略 慢启动和拥塞避免拥塞控制策略示例 l慢启动 每出现一次拥塞 拥塞窗口都要降到1 MSS的起点 l拥塞避免 当拥塞窗口增大到慢启动门限值之后 将其增长速率由指数增长变为加 性增长 以避免再次出现拥塞 l快速重传和快速恢复 当收到第3个重复的确认时 就认为报文丢失 发生了拥塞 因此重传报文段 而不必等到重传定时器到时 故称快速重传 下面取消慢启动而执行快速恢复 并不把cwnd降到1 而是原来的一半 lTCP Reno版本 采用了快速重传和快速恢复算法 在建立连接和超时重传时则使用慢启 动和拥塞避免 TCP Reno拥塞控制策略示例 l例5 2009年第39题 一个TCP连接总是以1KB的最大段发送TCP段 发送方有足够多的数据要发送 当拥塞窗口为16KB 时发生了超时 如果接下来的4个RTT 往返时间 时间内的TCP段的传输都是成功的 那么当第4个 RTT时间内发送的所有TCP段都得到肯定应答时 拥 塞窗口大小是 A 7KB B 8KB C 9KB D 16KB 答案 C 考查TCP的拥塞控制方法 无论在慢开始阶段还是拥塞避免阶段 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 就要把开始门限 ssthresh设置为出现拥塞时的发送方窗口值的一半 但不能小于2 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 器有足够时间把队列中积压的分组处理完毕 在发送拥塞后 慢开始门限ssthresh变为16 2 8KB 发送窗口变为 1KB 在接下来的3个RTT内 拥塞窗口执行慢开始算法 呈指数形式增 加到8KB 由于慢开始门限为8KB 因此转而执行拥塞避免算法 即拥塞窗口开始加法增大 在第4个RTT结束后 拥塞窗口的大小 为9KB l例6 2010年第39题 主机甲和主机乙之间已建立了一个TCP连接 TCP最大段长度为1000字节 若主机甲的当前拥塞窗 口为4000字节 在主机甲向主机乙连续发送两个最大 段后 成功收到主机乙发送的对第一个段的确认段 确认段中通告的接收窗口大小为2000字节 则此时主 机甲还可以向主机乙发送的最大字节数是 A 1000 B 2000 C 3000 D 4000 答案 A 考查TCP流量控制与拥塞控制 发送方发送窗口的上限值应该取接收窗口 和拥塞窗口这两个值中较小的一个 于是此时 发送方的发送窗口为min 4000 2000 2000字节 由于发送方还没有收到第二个最大段的确认 所以此时主机甲还可以向主机乙发送的最大 字节数为2000 1000 1000字节 5 3 难点释疑 l传输地址与网络地址的区别 传输地址 TSAP 是传输层通信的端点 网络地址 NSAP 是网络层通信的端点 TSAP NSAP与传输实体的关系是每个TSAP 上绑定一个应用进程 应用进程通过各自的TSAP调用传输层服务 传输实体 传输层服务的提供者 通过本地的NSAP调用网络层服务 与远程的对等传输实体进行通信 5 4 真题高频考点总结 2009 2013年全国考研真题本章出题情况 年份 单选题 分值 综合题 分值 总分值考核点 2009 2题 4分 0题4分TCP序号 拥塞控制 2010 1题 2分 0题2分滑动窗口机制 2011 2题 4分 0题4分TCP连接管理 可靠传输 20120题 1题 4分 4分TCP连接管理 序号机制 2013 1题 2分 0题2分可靠传输序号机制 本章真题高频考点 TCP的连接管理 可靠传输 流量控制和 拥塞控制 以选择题为主 命题方式是原理的 灵活应用和协议分析机制 注意TCP段和端口 号的意义
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