精选修改版实验三EtherealLabTCP协议Word文档格式.docx
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TCP报文分为头部和数据区两个部分，头部最小长度为20个字节，TCP报文格式定义如下图：
其中序号指该报文段数据区首字节的序号（TCP把数据看作有序的字节流），确认号是期望从对方获得的下一个字节的序号，窗口大小是接收方告知发送方它可用的缓冲区大小。
TCP是面向连接的传输层协议，发送数据前必须通过三次“握手”建立连接，首先客户端发送连接请求（此时SYN=1,ACK=0）；
然后服务器接受请求，分配缓存和变量，返回响应（此时SYN=1，ACK=1）；
客户端接受响应，分配缓存和变量，返回响应（此时SYN=0,ACK=1），TCP连接建立。
TCP发送方每发送一个报文段,就启动一个重传定时器，如果在规定的时间内没有收到接收方返回的确认，重传定时器超时，发送方将重传该报文。
从发出数据到接收到确认的往返时间记作RTT（RoundTripTime）.在原始算法中，重传定时器的定时宽度为Timeout=
β*EstimatedRTT，其中EstimatedRTT为估算的从发出数据到接收到确认的往返时间。
而EstimatedRTT=α*EstimatedRTT+（1-α）*SampleRTT（注：
本实验α取0.875），这里SampleRTT是采样得到的从发出数据到接收到确认的往返时间。
TCP采用“慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复”的拥塞控制算法，利用拥塞窗口变量（cwnd）控制发送速度。
其中慢启动是指TCP刚建立连接时将拥塞窗口变量cwnd设置为1个报文段大小,然后以指数方式放大cwnd,直到大于等于ssthresh（初始为最大拥塞窗口一半）,进入拥塞避免阶段，进入拥塞避免阶段后,TCP采用线性增加方式放大cwnd。
无论是慢启动阶段还是拥塞避免阶段,如果发生重传定时器超时的现象,就必须回到慢启动阶段,cwnd设置为1个报文段大小,ssthresh设置为上一次拥塞窗口值cwnd的一半。
三、实验步骤与实验问题探讨【注：
实验步骤应用（x）,问题用[x]】
1.捕捉从你主机到远程服务器的一次大数据量的TCP传输。
在开始研究TCP以前，我们需要在你主机与远程服务器之间进行一个文件的TCP传输,并利用Ethereal来获取TCP传输所传递的一系列数据包。
你可以访问一个网页去获取一个文件（这个文件包括了《艾丽丝仙境历险记》的ASCII码文本），存到你的主机上,然后利用HTTP的Post方法将该文件传至Web服务器。
既然我们是从你的主机向另一个主机传送大量数据，我们将使用POST方法而不是GET方法。
当然，在这一过程中我们将运行Ethereal来获取TCP报文段序列。
按如下步骤操作：
（1）打开你的浏览器，访问下列网址：
http:
//gaia.cs.umass.edu/ethereal-labs/alice.txt去获取AliceinWonderland的ASCII备份，把该文件存到你主机上的某地。
（2）然后访问下列网址：
//gaia.cs.umass.edu/ethereal-labs/TCP-ethereal-file1.html
（3）你将看到如下画面。
（4）使用“Browse”按钮输入你主机上含《Alice》文本的文件名，目前还不要按“UploadAlice.txtfile”钮。
（5）现在启动Ethereal开始抓包，按“EtherealPacketCaptureOptions”界面上的“OK“键（这里我们不需要选任何选项）。
（6）返回你的浏览器，按“Uploadalice.txtfile”键去上传文件至服务器gaia.cs.umass.edu，一旦文件上传成功，将在浏览器窗口显示一个简短的文件提示。
（7）停止Ethereal的抓包，你的Ethereal窗口看起来与下图相似。
（8）如果你无法上网，你可以下载一个trace文件包,它是遵照上述步骤在作者机器上捕捉的2。
尽管你可能已经获取了自己的数据，但是在研究下面的一些问题时你可能会发现下载一个trace文件包是很有价值的。
（注释2:
下载http:
//gaia.cs.umass.edu/ethereal-labs/ethereal-traces.zip文件，解压文件tcp-ethereal-trace-1.文件中的数据是由运行于作者机器上的Ethereal捕获的，机器执行的步骤本文正文所述.一旦你获取了trace文件，利用“File-Open”选择tcp-ethereal-trace-1文件，将它装入Ethereal，即可查看捕获数据内容）
2.初探捕获数据包
在分析TCP连接的细节之前，让我们先大体看一下trace文件.首先要过滤一下显示在Ethereal窗口的数据包，即在Ethereal窗口上方的显示过滤规则窗口输入”tcp”（小写，无引号，输入完后不要忘记回车）,你看到的将是在你主机和gaia.cs.umass.edu之间传送的一系列TCP和HTTP数据包。
你应该可以看到包含SYN字段的三次握手过程，可以看到一个HTTPPOST数据报和一系列”TCPsegmentofareassembledPDU”数据报被从你的主机发往gaia.cs.umass.edu。
这是Ethereal的一种特殊方式：
表明使用了多个TCP报文段来携带一个HTTP信息，你还应看到从gaia.cs.umass.edu返回到你主机的TCP确认报文。
打开被Ethereal捕获的数据包文件tcp-ethereal-trace-1（参见注释2）。
回答如下问题:
[1]向gaia.cs.umass.edu传送文件的客户端所使用的IP地址和TCP端口号是多少？
要回答这个问题，可能最简单的方法是选择一个HTTP信息包，研究携带它的TCP数据包的细节，可以使用detailsoftheselectedpacketheaderwindow来查看
[2]gaia.cs.umass.edu的IP地址是什么？
采用什么端口号来收发TCP报文段？
若你能创建自己的trace文件，回答下列问题（自己在网络环境下做实验）：
[3]你的主机使用什么IP地址和TCP端口号向远程服务器传送文件？
3.TCP基础
回答下列关于TCP报文段的问题：
[4]被用于初始化TCP连接的“第一次握手”报文段的序列号是多少？
在该报文段中，其标识位SYN、ACK取值为多少？
[5]为了响应客户端主机的“第一次握手”，gaia.cs.umass.edu发送了SYNACK报文段（即“第二次握手”），SYNACK的序列号是多少？
[6]包含HTTPPOST命令的TCP报文段的序列号是多少？
注意：
要找到这个POST命令，你需要仔细查看位于Ethereal窗口底部的数据包内容区域，在它的数据域中有一个“POST”字段，
[7]假定包含HTTPPOST命令的TCP报文段是TCP连接中的第一个报文段，在TCP连接中前六个报文段的序列号是多少（包括那个包含HTTPPOST命令的报文段在内）？
每个报文段在什么时间被发送？
对被接收的每个报文段返回的ACK是什么时候收到的？
鉴于每个TCP报文段被发送的时间与对它的确认被收到的时间之间的差值，这六个报文段每一个的往返时延是多少（RRT）？
每收到一个ACK后，EstimatedRTT的值是多少？
假定第一个报文段的EstimatedRTT值与被测的RTT值相等，将其他后续报文段的EstimatedRTT值根据实验原理部分介绍的公式进行计算。
注：
Ethereal有一个非常好的特色，它可以帮助你绘制被发送的TCP报文段的RTT图。
从“listingofcapturedpackets”窗口选择一个被从你主机发往gaia.cs.umass.edu的TCP报文段，然后选Statistics->
TCPStreamGraph->
RoundTripTimeGraph.
[8]这六个TCP报文段的长度是多少?
3
（注3：
在tcp-ethereal-trace-1文件中所有TCP报文段均少于1460字节。
这是因为该trace文件的数据是在一台安装了以太网卡的机器上采集的，这种网卡将IP数据包的最大长度限定为1500字节（40字节的TCP/IP报头和1460字节的TCP载荷）。
这个1500字节值是被以太网允许的标准最大长度。
如果你的trace文件显示一个TCP长度大于1500字节，而你的计算机使用一个以太网连接，那么Ethereal正报告一个错误的TCP报告段长度；
也可能它只显示了一个大的TCP报文段而不是多个小的报文段，而你的计算机实际上可能正传递着多个小的报文段，正如它所收到的ACK所显示的那样。
这种在报文段长度上的不一致是由于以太网卡驱动和Ethereal软件的交互导致。
如果你的主机存在这种不一致，我们推荐你采用下载的trace文件。
）
[9]在整个trace文件中，接收方宣布的可用缓冲区空间的最小值是多少？
有没有出现由于接收方缓冲区已满而阻碍了发送方发送数据的情况？
[10]在trace文件中，有被重传的报文段吗？
为了回答这个问题你将检查什么信息？
[11]在一个ACK包中接收方通常确认几个报文段？
你能找到一些例子说明接收方正在确认多个被接收的报文段吗？
[12]TCP连接的吞吐量（每单位时间被传送字节）是多少？
解释你是怎么计算这个值的？
4.TCP拥塞控制
现在让我们检查一下单位时间从客户端到服务器发送数据量。
我们并不是从Ethereal窗口的原始数据来计算，而是使用Ethereal的一项TCP画图功能——Time-Sequence-Graph（Stevens）来画图表示已得到的数据。
选择“listingofcaptured-packets”窗口中的一个TCP报文段，然后选择菜单Statistics->
Time-Sequence-Graph（Stevens），你将看到一幅类似下图的图，这幅图是根据trace文件tcp-ethereal-trace-1中捕获的数据生成。
在图中，每一个点代表一个被发送的TCP报文段，每个点对应值分别是报文段的序列号和它被发送出去时的时间，注意：
堆在一起的一组点代表被发送方紧挨着发送出的一系列包。
根据http:
//gaia.cs.umass.edu/ethereal-labs/ethereal-traces.zip上的tcp-ethereal-trace-1分组trace文件回答下列有关于TCP报文段的问题：
[13]使用Time-Sequence-Graph（Stevens）画图工具来观察从客户端发往gaia.cs.umass.edu服务器的报文段的序列号与时间点图，你能确定TCP的慢启动阶段从哪开始到哪结束吗？
哪里开始执行拥塞避免？
在这个来自于“真实世界”的trace文件中，不是所有数据都象课本上讲的那样整洁有序。
[14]评论一下被测量的数据在哪些方面与我们在课本上研究的TCP的理想化的行为不同？
[15]你从你的主机传送一个文件至gaia.cs.umass.edu服务器上这一过程获得trace文件，依据此文件回答上述[13]和[14]两个问题。
（附注：
下图是在另一个网络环境下的捕获结果）
（注：
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