计算机网络教程课件 03 传输层协议

第03章传输层协议传输层协议TCP首部TCP连接管理（三次握手/四次挥手）TCP可靠传输实现（滑动窗口+ARQ）本章内容3.1传输层协议弥补网络层的不可靠（丢包、乱序），为应用层提供“可靠/高效”传输服务两大核心协议：TCP和UDP传输层协议的功能TCP和UDP对比特性TCPUDP连接性面向连接（需建立/释放）无连接（直接发送）可靠性可靠（重传、排序）不可靠（无重传/排序）有序性保证数据顺序不保证顺序速度较慢（开销大）较快（开销小）核心机制滑动窗口、拥塞控制无额外机制应用场景：可靠传输、分段传输、多次交互多次交互类：电子邮件（SMTP/POP3）、文件传输（FTP）分段传输类：网页访问（HTTP）、QQ文件传输关键功能：流量控制（适配接收方速度）、拥塞避免（适配网络状态）3.1.1TCP应用场景应用场景：实时性、低开销、无需分段典型应用：实时通信类：语音/视频聊天（QQ/微信）、在线游戏简单查询类：域名解析（DNS）一对多通信：组播/广播（多媒体教室屏幕同步）特点：允许少量丢包，优先保证延迟低3.1.2UDP的应用场景3.1.3传输层与应用层的关系通常用传输层协议加一个端口号来标识一个应用层协议。在传输层使用16位二进制标识一个端口，端口号取值范围是0～65535，这个数目对一个计算机来说足够用了。端口号可分为两大类，即服务器使用的端口号和客户端使用的端口号。服务器使用的端口号又分为熟知端口号（0-1023）分配给常用服务（如HTTP=80）和注册端口号（1024-49151）：需IANA注册（如RDP=3389）客户端使用的端口号又称为临时端口号（49152-65535）：客户端动态分配，通信后释放3.1.3传输层与应用层的关系常用的熟知端口号常见应用层协议-端口映射表应用层协议传输层协议默认端口用途HTTPTCP80网页访问HTTPSTCP443加密网页访问FTPTCP21文件传输SMTPTCP25发送邮件POP3TCP110接收邮件DNSUDP53域名解析MySQLTCP3306数据库连接3.1.4端口与服务的关系Web服务FTP服务网卡8021IP地址定位服务器，端口号定位服务器上的服务Windows查看侦听端口命令工具：netstat-an|find"TCP"3.1.4端口与服务的关系nestat–an查看侦听的端口telnet和端口扫描工具测试远程端口时候能够访问安全原则：仅开放必要端口，关闭冗余端口防护手段：服务器防火墙：如仅开放Web服务的80端口，关闭1433（MSSQL）等端口路由器ACL：控制内网访问Internet，如仅开放UDP53（DNS）、TCP80（HTTP）风险示例：若1433端口开放且密码弱，黑客可入侵数据库→控制服务器3.1.5端口和网络安全控制到服务器的访问保护服务器的安全服务器上的防火墙示意图路由器上的防火墙控制内网到外网的流量实现内网的安全3.2TCP首部结构整体框架：固定部分（20字节）+选项部分（0-40字节，4N字节）首部长度最小20字节，最大60字节TCP首部源/目的端口：标识应用层协议（如80=HTTP）序号：本报文段数据第一个字节的编号（范围0-2³²-1）确认号：期望接收的下一个字节编号（如ack=401表示前400字节已接收）数据偏移：首部长度（单位4字节，值=5→20字节固定首部）TCP核心字段解释（一）理解序号和确认号TCP核心字段解释（二）控制位含义应用场景SYN同步序列号连接建立（三次握手）ACK确认有效连接建立后所有报文FIN释放连接连接释放（四次挥手）RST重置连接处理差错（如主机崩溃）URG紧急数据高优先级数据传输窗口（流量控制，告知对方可发送的字节数）检验和（校验首部+数据）其他字段3.3TCP连接管理TCP协议属于可靠传输协议，运用TCP进行通信的计算机在正式开展通信之前，需要先确认对方的存在，并明确协商通信的参数，例如接收端的接收窗口大小、支持的最大报文段长度（MaximumSegmentSize，MSS）、是否允许选择确认（SelectiveAcknowledgement，SACK）、是否支持时间戳等等。完成连接建立后，便能够进行双向通信，在通信结束后，必须释放连接。TCP连接的建立采用的是客户/服务器模式。主动发起建立连接的应用进程被称为客户端（Client），而被动等待建立连接的应用进程则被称作服务器（Server）。TCP连接管理同步序列号、协商通信参数（如窗口大小、MSS）建立双向会话（客户端→服务器、服务器→客户端）3.3.1TCP连接建立(三次握手)确保双方数据均发送完毕，避免丢失3.3.2TCP连接释放(四次挥手)发送邮件的过程建立连接：3个报文（SYN→SYN+ACK→ACK）数据传输：SMTP/POP3命令交互（如HELO、USER、PASS）释放连接：4个报文（FIN+ACK→ACK→FIN+ACK→ACK）3.3.3实战：抓包查看TCP连接的建立和释放3.4TCP可靠传输的实现

TCP的可靠传输使用的是滑动窗口机制和自动重传请求（AutomaticRepeat-reQuest，ARQ）机制。下面具体介绍滑动窗口机制和ARQ机制的工作过程，以及使用快重传改进ARQ工作过程。接收方告知接收窗口大小，发送方按窗口大小连续发送数据简化分组表示3.4.1滑动窗口和自动重传请求工作过程滑动窗口是面向字节流的，为了方便读者记住每个分组的序号，这里假设每一个分组是100字节。为了方便画图，将分组进行编号简化表示。不过务必需要记住每一个分组的序号。简化分组表示连续ARQ协议和滑动窗口协议发送的每一个数据包都有重传计时器，超时后才会自动重传。快重传机制就是不用等到超时，收到三个连续确认，就立即重传。3.4.