TCP/IP协议详解卷一、第17章 TCP:传输控制协议
本卷对 TCP 的介绍共有8章,本章将介绍 TCP 为应用层提供的服务,以及 TCP 首部中的各个字段。第18章描述如何建立和终止一个 TCP 连接,第19和第20章将了解正常的数据传输过程,包括交互使用(远程登录)和批量数据传送(文件传输)。第 21 章提供TCP超时及重传的技术细节,第22和第23章将介绍两种其他的定时器。最后,第24章概述TCP新的特性以及TCP的性能。
TCP的服务
TCP和UDP使用相同的网络层(IP),但他们提供完全不同的服务。TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。
面向连接:两个使用TCP的应用(通常是一个客户和一个服务器)在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接。在第18章中讲述一个TCP连接如何建立以及一方通信结束后如何断开。在一个TCP连接中,只有两方进行彼此通信,不能进行广播和多播(第12章)
TCP通过以下方式来提供可靠性:
-
将应用数据分割成TCP认为最适合发送的数据块
-
UDP完全不同,应用程序产生的数据报长度将保持不变
-
由TCP传递给IP的信息单位称为报文段或者段(segment)
-
-
超时重传
-
TCP发出一个段后,它启动一个定时器,等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认,将重发这个报文段。
-
-
收到确认
-
TCP收到发自TCP连接另一端的数据,它将发送一个确认。确认不立即发送,通常将推迟几分之一秒。
-
-
检验和
-
TCP将保持它首部和数据的检验和。这是个端到端的检验和,目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错,TCP将丢弃这个报文段,并且不确认收到此报文段,希望发送端超时并重传。
-
-
重新排序
-
TCP报文段作为IP数据报来传输,而IP数据报的到达可能会失序,因此TCP报文段的到达也可能会失序。如果必要,TCP将对收到的数据重新排序,以正确的顺序交给应用层。
-
-
丢弃重复
-
IP数据报会发生重复,TCP的接收端必须丢弃重复的数据。
-
-
流量控制
-
TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。
-
TCP首部
TCP报文段被封装在一个IP数据报中
TCP首部的数据格式如上图,如果不计任选字段,它通常是20个字节。
-
源端和目的端的端口号 用于寻找发端和收端的应用进程。
-
这两个值加上IP首部中的源端IP地址和目的端IP地址唯一确定一个TCP连接。
-
一个IP地址和一个端口号有时也称为一个插口(socket)。插口对(socket pair)(包含客户IP地址、客户端口号、服务器IP地址和服务器端口号的四元组)可唯一确定互联网络中每个TCP连接的双方。
-
-
序号 用来标识从 发端 向 收端发送的数据字节流
-
表示在这个报文段中的第一个数据字节。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动,则TCP用序号对每个字节进行计数。
-
序号是32bit的无符号数,到达最大值后又从0开始
-
当建立一个新的连接时,SYN标志变1。序号字段包含由这个主机选择的该连接的初始序号ISN(Initial Sequence Number)。该主机要发送数据的第一个字节序号为这个ISN加1,因为SYN标志消耗了一个序号。
-
-
确认序号 包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。
-
既然每个传输的字节都被计数,因此,确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。只有ACK标志(下面介绍)为1时,确认序号字段才有效。
-
发送ACK无需任何代价,因为32 bit的确认序号字段和ACK标志一样,总是TCP首部的一部分。因此,我们看到一旦一个连接建立起来,这个字段总是被设置, ACK标志也总是被设置为1。
-
-
首部长度 给出首部中32bit字的数目
-
任选字段的长度可变,所以需要这个值
-
4bit,所以TCP最多有60字节的首部。没有任选字段时正常的长度是20字节。
-
-
6个标志比特 它们中的多个可同时被设置为1
-
URG:紧急指针(urgent pointer)
-
ACK:确认序号有效
-
PSH:接收方应该尽快将这个报文段交给应用层
-
RST:重建连接
-
SYN:同步序号用来发起一个连接。
-
FIN:发端完成发送任务
-
-
窗口大小 TCP的流量控制
-
连接的每一端通过声明窗口大小来进行流量控制。
-
窗口大小为字节数,起始于确认序号字段指明的值(读到这里我觉得是offset),这个值是接收端正期望接收的字节(我觉得是length)。
-
窗口大小是一个16bit字段,值最大是65535字节。
-
-
检验和
-
覆盖了整个TCP报文段:TCP首部和TCP数据
-
强制性的字段,由发端计算和存储,由收端进行验证。
-
TCP检验和的计算和UDP检验和的计算类似,使用11.3节所述的一个伪首部。
-
-
紧急指针 当URG标志置1时有效
-
紧急指针是一个正的偏移量,和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号
-
TCP的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式
-
-
可选字段
-
最常见的可选字段是最长报文大小,又称为MSS(Maximum Segment Size)。每个连接方通常都在通信的第一个报文段(为建立连接而设置SYN标志的那个段)中指明这个选项。它指明本端所能接收的最大长度的报文段。
-
在一个连接建立和一个连接终止时,双方交换的报文段仅有TCP首部。如果一方没有数据要发送,也使用没有任何数据的首部来确认收到的数据。在处理超时的许多情况中,也会发送不带任何数据的报文段。
-
小结
TCP 提供了一种可靠的面向连接的字节流运输层服务。
TCP 将用户数据打包构成报文段;它发送数据后启动一个定时器;另一端对收到的数据进行确认,对失序的数据重新排序,丢弃重复数据;TCP提供端到端的流量控制,并计算和验证一个强制性的端到端检验和。
许多流行的应用程序如Telnet、Rlogin、FTP和SMTP都使用TCP.
习题及答案
-
我们已经介绍了以下几种分组格式: IP、ICMP、IGMP、UDP和TCP。每一种格式的首部中均包含一个检验和。对每种分组,说明检验和包括 IP 数据报中的哪些部分,以及该检验和是强制的还是可选的。
- 除了UDP的检验和,其他都是强制的(必需的)。IP检验和只覆盖了IP首部,其他字段都紧接着IP首部开始。 -
为什么我们已经讨论的所有 Internet 协议(IP, ICMP, IGMP, UDP, TCP)收到有检验和错的分组都仅作丢弃处理?
- 源IP地址、源端口号或者协议字段可能被破坏了 -
TCP提供了一种字节流服务,而收发双方都不保持记录的边界。应用程序如何提供它们自己的记录标识?
- 很多Internet应用使用一个回车和换行来标记每个应用记录的结束。这是NVT ASCII采用的编码。另外一种技术是在每个记录之前加上一个记录的字节计数,DNS和Sun RPC采用了这种技术。 -
为什么在TCP首部的开始便是源和目的的端口号?
- 就像我们在6.5节所看到的,一个ICMP差错报文必须至少返回引起差错的IP数据报中除了IP首部的前8个字节。当TCP收到一个ICMP差错报文时,它需要检查两个端口号以决定差错对应于那个连接。因此,端口号必须包含在TCP首部的前8个字节里。 -
为什么TCP首部有一个首部长度字段而UDP首部中却没有?
- TCP首部的最后有一些选项,但UDP首部中没有选项