资源子网高层协议.ppt
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1、第六章 资源子网高层协议,本章主要内容传输层TCP/UDP协议域名系统DNS协议文件传输协议FTP远程终端协议TELNET电子邮件SMTP协议万维网HTTP协议动态主机地址配置协议DHCP,6.1 传输层TCP/UDP协议,TCP/IP的传输层有两个不同的协议用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)、传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)。,TCP协议和UDP协议的端口号,进程通信的首要问题是解决进程标识方法,TCP/IP协议族中用端口号来标识进程。TCP协议和UDP协议端口号长度都是16位,端口号的取值范围是065535之
2、间的整数。端口号分为3类:熟知端口号值的范围是01023,它被统一分配和注册;注册端口号值的范围是102449151,用户根据需要可以在IANA注册,以防止重复;临时端口号值的范围是4915265535,它们之间可由任何进程来使用。,TCP协议和UDP协议的端口号,TCP协议规定:客户进程由本地主机上的TCP软件随机选取临时端口。运行在远程计算机上的服务器必须使用熟知端口号,其值的范围是01023。UDP协议端口号的分配方法与TCP基本相同。,常用的熟知端口号,用户数据报协议(UDP),UDP用户数据报只能提供不可靠的交付,但UDP在某些方面有其特殊的优点,如:(1)发送数据之前不需要建立连接
3、,因而减少了开销和发送数据之前的时延。(2)UDP没有拥塞控制,也不保证可靠交付,因此主机不需要维持具有许多参数的、复杂的连接状态表。(3)UDP用户数据报首部只有8个字节,比TCP的20个字节的首部要短。(4)由于UDP没有拥塞控制,因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。,UDP的格式,可靠的数据流传输协议(TCP),TCP是TCP/IP体系中面向连接的传输层协议,它提供全双工的可靠交付的服务。,TCP报文段的首部,TCP首部,20 字节的固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,
4、32 位,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,TCP 数据部分,TCP 首部,TCP 报文段,IP 数据部分,IP 首部,发送在前,TCP 报文段的首部格式,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,源端口和目的端口字段各占 2 字节。端口是运输层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端
5、口,数据偏移,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,序号字段占 4 字节。TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,确认号字段占
6、4 字节,是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,数据偏移(即首部长度)占 4 位,它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。“数据偏移”的单位是 32 位字(以 4 字节为计算单位)。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指
7、 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,保留字段占 6 位,保留为今后使用,但目前应置为 0。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,紧急 URG 当 URG 1 时,表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据,应尽快传送(相当于高优先级的数据)。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移
8、,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,确认 ACK 只有当 ACK 1 时确认号字段才有效。当 ACK 0 时,确认号无效。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,推送 PSH(PuSH)接收 TCP 收到 PSH=1 的报文段,就尽快地交付
9、接收应用进程,而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,复位 RST(ReSeT)当 RST 1 时,表明 TCP 连接中出现严重差错(如由于主机崩溃或其他原因),必须释放连接,然后再重新建立运输连接。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保
10、 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,同步 SYN 同步 SYN=1 表示这是一个连接请求或连接接受报文。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,终止 FIN(FINis)用来释放一个连接。FIN 1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕,并要求释放运输连接。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项(长
11、 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,窗口字段 占 2 字节,用来让对方设置发送窗口的依据,单位为字节。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,检验和 占 2 字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。在计算检验和时,要在 TCP 报文段的前面加上 12 字
12、节的伪首部。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,紧急指针字段 占 16 位,指出在本报文段中紧急数据共有多少个字节(紧急数据放在本报文段数据的最前面)。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,比特 0 8 16 24 31
13、,填 充,选项字段 长度可变。TCP 最初只规定了一种选项,即最大报文段长度 MSS。MSS 告诉对方 TCP:“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是 MSS 个字节。”,MSS(Maximum Segment Size)是 TCP 报文段中的数据字段的最大长度。数据字段加上 TCP 首部才等于整个的 TCP 报文段。,其他选项,窗口扩大选项 占 3 字节,其中有一个字节表示移位值 S。新的窗口值等于TCP 首部中的窗口位数增大到(16+S),相当于把窗口值向左移动 S 位后获得实际的窗口大小。时间戳选项占10 字节,其中最主要的字段时间戳值字段(4 字节)和时间戳回送回答字段(4
14、字节)。选择确认选项在后面的 5.6.3 节介绍。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项(长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,填充字段 这是为了使整个首部长度是 4 字节的整数倍。,TCP的数据编号与确认,TCP协议是面向字节的。TCP将所要传送的整个报文(这可能包括许多个报文段)看成是一个个字节组成的数据流,并使每一个字节对应于一个序号。TCP的确认是对接收到的数据的最高序号(即收到的数据流中的最后一个序号)表示确认。但接收
15、端返回的确认序号是已收到的数据的最高序号加1。也就是说,确认序号表示接收端期望下次收到的数据中的第一个数据字节的序号。,TCP发送报文段的示意图,TCP连接的建立与终止,在连接建立过程中要解决以下三个问题:(1)要使每一方能够确知对方的存在。(2)要允许双方协商一些参数(如最大报文段长度,最大窗口大小,服务质量等)。(3)能够传输实体资源(如缓存大小,连接表中的项目等)进行分配。TCP连接建立TCP的连接建立过程又称为TCP三次握手。首先发送方主机向接收方主机发起一个建立连接的同步(SYN)请求;接收方主机在收到这个请求后向送方主机回复一个同步/确认(SYN/ACK)应答;发送方主机收到此包后
16、再向接收方主机发送一个确认(ACK),此时TCP连接成功建立TCP连接终止发送方主机和目的主机建立TCP连接并完成数据传输后,会发送一个将结束标记置1的数据包,以关闭这个TCP连接,并同时释放该连接占用的缓冲区空间。,TCP的流量控制与拥塞控制,为了提高报文段的传输效率,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。在TCP报文段首部的窗口字段写入的数值就是当前给对方设置的窗口数值,TCP的重传机制,重传机制是TCP中最重要和最复杂的问题之一。TCP每发送一个报文段,就设置一次计时器。只要计时器设置的重传时间已经到了但还没有收到确认,就要重传这一报文段。,TCP 的有限状态机
17、,TCP 有限状态机的图中每一个方框都是 TCP 可能具有的状态。每个方框中的大写英文字符串是 TCP 标准所使用的 TCP 连接状态名。状态之间的箭头表示可能发生的状态变迁。箭头旁边的字,表明引起这种变迁的原因,或表明发生状态变迁后又出现什么动作。图中有三种不同的箭头。粗实线箭头表示对客户进程的正常变迁。粗虚线箭头表示对服务器进程的正常变迁。另一种细线箭头表示异常变迁。,TCP的有限状态机,CLOSED,ESTABLISHED,LISTEN,CLOSE_WAIT,FIN_WAIT_1,SYN_RCVD,FIN_WAIT_2,CLOSING,TIME_WAIT,SYN_SENT,LAST_AC
18、K,主动打开,被动打开,被动关闭,主动关闭,起点,被动打开,主动打开 发送 SYN,同时打开,收到 SYN,发送 SYN,ACK,收到 ACK,数据传送 阶段,关闭发送 FIN,关闭发送 FIN,关闭发送 FIN,收到 RST,收到 SYN发送 SYN,ACK,关闭或超时,收到 ACK,收到 SYN,ACK发送 ACK,收到 ACK,收到 ACK,收到 FIN发送 ACK,收到 FIN,ACK 发送 ACK,收到 FIN发送 ACK,同时关闭,收到 FIN发送 ACK,发送 SYN,定时经过两倍报文段寿命后,关闭,TCP与UDP的选择,一般来说,TCP对应的是可靠性要求高的应用,而UDP对应的
19、则是可靠性要求低、传输经济的应用。TCP支持的应用协议主要有:Telnet、FTP、SMTP等;UDP支持的应用层协议主要有:NFS(网络文件系统)、SNMP(简单网络管理协议)、DNS(主域名称系统)、TFTP(通用文件传输协议)等。,6.2 域名系统(DNS),域名管理系统(Domain Name System,DNS)的作用是:把域名转换成为网络可以识别的IP地址。许多应用层软件经常直接使用域名系统 DNS(Domain Name System),但计算机的用户只是间接而不是直接使用域名系统。因特网采用层次结构的命名树作为主机的名字,并使用分布式的域名系统 DNS。,因特网采用了层次树状
20、结构的命名方法。任何一个连接在因特网上的主机或路由器,都有一个唯一的层次结构的名字,即域名。域名的结构由标号序列组成,各标号之间用点隔开:.三级域名.二级域名.顶级域名各标号分别代表不同级别的域名。如域名的.CN是域名的第一层,.EDU是第二层,.CRTVU是真正的域名,处在第三层。,域名结构,国际互联网域名体系,域名解析服务器,名字到 IP 地址的解析是由若干个域名服务器程序完成的。域名服务器程序在专设的结点上运行,运行该程序的机器称为域名服务器。域名解析服务器就是进行域名解析的服务器,域名解析过程,(1)客户机提出域名解析请求,并将该请求发送给本地的域名服务器。(2)当本地的域名服务器收到
21、请求后,就先查询本地的缓存,如果有该纪录项,则本地的域名服务器就直接把查询的结果返回。(3)如果本地的缓存中没有该纪录,则本地域名服务器就直接把请求发给根域名服务器,然后根域名服务器再返回给本地域名服务器一个所查询域(根的子域)的主域名服务器的地址。(4)本地服务器再向上一步返回的域名服务器发送请求,然后接受请求的服务器查询自己的缓存,如果没有该纪录,则返回相关的下级的域名服务器的地址。(5)重复第(4)步,直到找到正确的纪录。(6)本地域名服务器把返回的结果保存到缓存,以备下一次使用,同时还将结果返回给客户机。,6.3 文件传输协议FTP,将文件从一个系统发送到另一个系统是网络功能的重要组成
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