智能物联网通信技术实验教程 课件 第4章 运输层实验

第4章运输层实验CATALOGUE实验内容TCP协议实验UDP协议实验QUIC协议实验第4章运输层实验TCP通信实现编写TCP客户端和服务器程序，客户端发送消息，服务器接收并回复。TCP抓包分析使用Wireshark抓包分析TCP连接建立和断开的过程，捕获TCP的三次握手和四次挥手的包，分析其过程。TCP性能测试使用iperf3进行TCP性能测试，包括吞吐量、延迟等关键指标的测量。4.1TCP协议-实验内容TCP协议概述TCP是一个面向连接的、可靠的传输协议，它提供一种可靠的字节流服务，确保数据完整、无损且按序到达。TCP流量控制TCP持续监测网络负载，并智能地调整发送数据的速率，以防止网络过载，维持数据传输的高效与稳定。TCP首部格式TCP首部包含SYN、ACK、RST、FIN等标记字段，以及源端口、目标端口、序列号、确认号等关键信息，共同确保数据包的正确路由和可靠传输。4.1TCP协议-实验原理安装所需的软件，包括Wireshark和iperf3，确保网络抓包与性能测试工具准备就绪。环境准备开启Wireshark，选择Loopback找到对应接口进行抓包，分析三次握手和四次挥手的包，验证连接建立和断开的过程。使用Wireshark抓包服务器监听连接并响应数据，客户端连接服务器并发送接收消息，实现简单TCP通信。运行TCP服务器和客户端程序启动iperf3服务器和客户端，通过iperf3客户端连接到服务器，进行TCP性能测试。使用iperf3测试TCP性能4.1TCP协议-实验步骤4.1TCP协议-实验结果记录实验步骤结果1、记录使用Wireshark成功捕获到TCP三次握手和四次挥手的过程。2、记录iperf3测试结果显示TCP的性能数据。03iperf3进行UDP性能测试测试UDP的吞吐量、丢包率等性能指标。01简单的UDP客户端和服务器编写UDP客户端和服务器程序，客户端发送消息，服务器接收并回复。02Wireshark抓包分析UDP数据传输过程捕获UDP数据包，分析其无连接的特性。4.2UDP协议-实验内容UDP协议特性概述校验和的作用端口的功能UDP的多路复用UDP数据报长度UDP的首部格式UDP协议是一种无连接、不可靠的传输协议，适用于实时通信等场景；UDP不保证数据的可靠性和顺序，但具有较低的延迟和开销。UDP首部有8个字节，由4个字段构成，每个字段都是两个字节，源端口用于标识发送方应用程序，目的端口用于指定接收方应用程序。UDP数据报的总长度（包括首部和数据部分），最小值为8字节（仅包含首部），最大值为65535字节；该字段记录了UDP数据包的完整长度。校验和用于检测UDP数据报在传输过程中是否发生错误；如果计算结果不匹配，则丢弃该数据报；通过对UDP数据报及伪头进行累加求和来完成。端口是用来指明数据的来源（应用程序）以及数据发往的目的地（同样是应用程序）；字段包含了16比特的UDP协议端口号。它使得多个应用程序可以多路复用同一个传输层协议及UDP协议，仅通过端口号来区分不同的应用程序，提高了网络的利用效率。4.2UDP协议-实验原理服务器运行命令pythonudp_server.py；defstart_server(host,port)；创建UDP套接字，绑定到指定的IP和端口，接收数据，发送响应。分析UDP数据包的传输分析UDP数据包的传输过程，理解其无连接特性；无连接特性确保数据包的独立传输，不保证可靠性，适用于实时或短暂通信需求。启动iperf3服务器iperf3.exe-s-u，启动iperf3客户端iperf3-c<服务器IP地址>-u，例如，iperf3-c-u-b10M。客户端运行命令python3udp_client.py；定义start_client()函数，创建socket，发送消息至服务器，接收并打印响应，调用函数并传入实际IP和端口号。4.2UDP协议-实验步骤UDP报文分析例如：抓包结果显示为UDP协议，源端口36399向目的端口12345发送长度为26的数据包，校验和0xe88d尚未验证，流序号为37。iperf3测试结果例如：吞吐量稳定在10.0Mbits/sec，测试了10秒，传输了11.9MBytes数据；丢包率为0%，抖动非常低，网络稳定。4.2UDP协议-实验结果QUIC协议实现实现QUIC客户端和服务器通信，理解QUIC协议的连接建立、数据传输和连接断开过程。Wireshark抓包分析使用Wireshark对QUIC协议的数据包传输过程进行抓包分析，理解其工作原理和传输特性。4.3QUIC协议-实验内容QUIC协议优势QUIC通过改进TCP的延迟和性能，结合UDP的灵活性和TCP的可靠性，内建TLS加密，减少连接建立延迟，提高网络通信效率，尤其适用于低延迟要求的应用程序。TLS1.3握手优化QUIC集成TLS1.3，支持1-RTT和0-RTT握手，已建立连接的客户端可快速恢复TLS连接，显著减少连接时间，加快数据传输，特别是对重复连接情况。QUIC主要特点QUIC减少连接建立时间，内建TLS加密确保数据安全，支持多路复用避免头部阻塞，并优化丢包恢复机制，提高传输效率和可靠性，实现高效、可靠的数据传输。4.3QUIC协议-实验原理4.3QUIC协议-实验步骤使用quiche官方例程，修正服务器代码以响应客户端GET请求，构建QUIC客户端和服务器，实现HTTP/1.1GET请求处理和简单HTML页面返回。QUIC服务器和客户端设置打开Wireshark选择Loopback网络接口进行抓包；运行修正后的QUIC客户端和服务器程序，观察Wireshark中QUIC包，分析包头信息。使用Wireshark抓包客户端服务器消息交互客户端发送消息后，服务器接收到并