实验文档8-传输控制协议(TCP)

实验8 传输控制协议（TCP）

【实验目的】

1. 掌握TCP协议的报文格式

2. 掌握TCP连接的建立和释放过程

3. 掌握TCP数据传输中编号与确认的过程 4. 掌握TCP协议校验和的计算方法 5. 理解TCP重传机制

【学时分配】

4学时

【实验环境】

该实验采用网络结构一

【实验内容】

一. TCP协议简介

TCP（传输控制协议）协议是TCP/IP协议族中的面向连接的、可靠的传输层协议。TCP与UDP不同，它允许发送和接收字节流形式的数据。为了使服务器和客户端以不同的速度发送和接收数据，TCP提供了发送和接收两个缓冲区。TCP提供全双工服务，数据同时能双向流动。通信的每一方都有发送和接收两个缓冲区，可以双向发送数据。TCP在报文中加上一个递增的确认序列号来告诉发送端，接收端期望收到的下一个报文，如果在规定时间内，没有收到关于这个包的确认响应，则重新发送此包，这保证了TCP是一种可靠的传输层协议。

TCP的常用熟知端口如下表所示：

表7-1 TCP常用熟知端口

二. TCP报文格式

TCP报文的格式如下图所示：

图7-1 TCP报文格式

TCP报文包括20～60字节的首部，接着是应用程序的数据部分。首部在没有选项时是20字节，而当有选项时长度会增加，但是最大不会超过60字节。

● 源端口：该字段定义了在主机中发送这个报文的应用程序端口号。

● 目的端口：该字段定义了数据报发往的主机中接收这个报文的应用程序的端口号。 ● 序列号：该字段定义了指派给本报文第一个数据字节的一个序号。TCP是流式传输协议，为了保证连通性，要在发送的每一个字节上编号。序号指定了这个序列中的哪一个字节是报文的第一个字节。在连接建立时，双方使用随机数产生器产生初始序号，通常每一方的初始序号都是不同的。

● 确认号：该字段定义了报文的接收端期望从对方接收的序号。如果报文的接收端成功地接收了对方发来的序号为x的报文，它就把确认号定义为x+1。确认可以和数据一起发送。

● 首部长度：该字段指定TCP首部的长度，以4字节为单位。首部长度可以在20～60字节之间。因此，这个字段的值可以在5至15之间。

● 保留：这是6位字段，保留为今后使用。

● 控制：这个字段定义了8种不同的标志。如下图所示。在同一时间可设置一位或多位标志。

图7-2 控制字段

这些标志用在TCP的流量控制、连接建立和终止以及数据传送的方式等方面。下表给出了每一位的简要说明。

表7-2 TCP标志位

● 窗口大小：该字段定义对方必须维持的窗口值（以字节为单位）。这个字段的长度是16位，因此窗口值的最大长度是65535字节。这个值通常是作为接收窗口，并由接收端来确定。这时，发送端必须服从接收端的决定。

● 校验和：该字段的校验范围包括伪首部、TCP首部和TCP数据部分。

● 紧急指针：只有当紧急标志置位时，这个16位字段才有效，这时的报文中包括紧急数据。

● 选项：在TCP首部中可以有多达40字节的可选信息。 三. TCP封装

TCP报文封装在IP数据报中，然后再封装成数据链路层中的帧，如下图所示：

图7-3 TCP封装

四. TCP校验和

TCP的校验和与UDP的校验和计算过程是一样的。但是，UDP是否使用校验和是可选的，而TCP是否使用校验和则是强制性的。在计算TCP校验和时也要在报文上添加伪首部。对于TCP的伪首部，高层协议类型字段的值是6。如下图所示：