局域网通信原理传输层和应用层

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1、局域网通信原理传输层和应用层牟瑜力MG0432039alpinist04g@software.nju.edu.cn主要内容TCP简介UDP简介应用层协议TCP协议TCP：TransferControlProtocol提供端到端数据流服务，其中包含确保数据可靠传送的机制。这些机制包括校验和、序列号、计时器、确认以及重传过程。TCP是一种面向连接的协议，可以为应用层提供可靠、有序的数据传送。IPv4头部格式建立连接的三路握手服务器必须准备好接受外来的连接。这通过调用socket,bind,listen函数来完成，称为被动打开(pass

2、iveopen)。客户同过调用connect进行主动打开(activeopen)，这引起客户tcp发送一个SYN分节(表示同步)，它告诉服务器客户将在(待建立的)连接中发送的数据的初始序列号。一般情况下SYN分节不携带数据，它只含有一个IP头部、一个TCP头部及可能有的TCP选项。服务器必须确认客户的SYN，同时自己也得发送一个SYN分节，它含有服务器将在同一连接中发送的数据的初始序列号。服务器以单个分节向客户发送SYN和对客户SYN的ACK。客户必须确认服务器的SYN。建立连接的报文交换终止连接的四个分节某个应用进程首先调用cl

3、ose,我们称这一端执行主动关闭(activeclose)。这一端的TCP于是发送一个FIN分节，表示数据发送完毕。接收到FIN的另一端执行被动关闭(passiveclose)。这个FIN由TCP确认。它的接收也作为文件结束符传递给接收方应用进程(放在已排队等候该应用进程接收的任何其他数据之后)，因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外的数据。一段时间后，接收到文件结束符的应用进程将调用close关闭它的套接口。这导致它的TCP也发送一个FIN。接收到这个FIN的原发送方TCP(即执行主动关闭的那一端)对它进行

4、确认。终止连接的报文交换TCP状态转换图TCP正常连接建立和终止所对应的状态TIME_WAIT状态该状态持续时间是最长分节生命期MSL(maximumsegmentlifetime)的两倍，有时称为2MSL。存在该状态的两个理由：实现终止TCP全双工连接的可靠性；允许老的重复分节在网络中消逝。在该状态期间，定义这个连接的套接口(客户的IP和端口号、服务器的IP和端口号)不能再被使用。端口号的分配TCP同时打开交换四个报文段，每一端既是客户又是服务器TCP同时关闭交换四个报文段TCP的交互数据流Nagle算法(RFC896[Nagl

5、e1984])使用该算法的原因算法概念原因在广域网上，大量小分组的存在会增加网络拥塞的可能性。小分组就是数据包尺寸很小的分组，比如一个数据包只包含41字节长：20字节的IP首部、20字节的TCP首部和1字节的数据。Nagle算法该算法要求一个TCP连接上最多只能有一个未被确认的未完成的小分组，在该分组的确认到达之前不能发送其他的小分组。相反，TCP收集这些少量的分组，并在确认到来时以一个分组的方式发出去。该算法的优越之处在于它是自适应的：确认到达得越快，数据也就发送得越快。而在希望减少微小分组数目的低速广域网上，则会发送更少的分组

6、。TCP的成块数据流滑动窗口窗口大小慢启动滑动窗口-1滑动窗口-2滑动窗口-3发送方不必发送一个全窗口大小的数据。来自接收方的一个报文段确认数据并把窗口向右边滑动。这是因为窗口大小是相对于确认序号的。正如从报文段7到8中的变化那样，窗口大小可以减少，但窗口的右边沿却不能向左移动。接收方在发送一个ACK前不必等待窗口被填满。许多实现每收到两个报文段就会发送一个ACK。窗口大小4.2BSD默认设置发送和接收缓冲区大小为2048字节。在4.3BSD中双方被增加为4096字节。SunOS4.1.3、BSD/386和SVR4仍然使用4096

7、字节的默认大小。其他系统，如Solaris2.2、4.4BSD和AIX3.2则使用更大的默认缓存大小，如8192或16384等。慢启动(SlowStart)提出原因：发送方一开始就向网络发送多个报文段，直至达到接收方通告的窗口大小为止。当发送方和接收方处于同一个局域网时，这种方式是可以的。但若在发送方和接收方之间存在多个路由器和速率较慢的链路时，就可能出现一些问题。一些中间的路由器必须缓存分组，并有可能耗尽存储器的空间。这会严重降低TCP连接的吞吐量。慢启动算法描述该算法通过观察到新分组进入网络的速率应该与另一端返回确认的速率相同

8、而进行工作。满启动为发送方的TCP增加了另一个窗口：拥塞窗口(记为cwnd)。当与另一个网络的主机建立TCP连接时，拥塞窗口被初始化为1个报文段(即另一端通告的报文段大小)。每收到一个ACK，拥塞窗口就增加一个报文段(cwnd以字节为单位，但慢启动