计算机网络教案.docx

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计算机网络教案

广西师范大学教案

【首页】

课程名称

计算机网络

授课专业

信息管理与信息系统

班级

2005

课程编号

课程类型

必修课

校级公共课（）；基础或专业基础课（）；专业课（√）

选修课

限选课（）；任选课（）

授课方式

课堂讲授（68）；实践课（34）

考核方式

考试（√）；考查（）

课程教学

总学时数

102

学分数

3

学时分配

课堂讲授68学时；实践课34学时

教材名称

计算机网络第5版

作者

谢希仁

出版社及

出版时间

电子工业出版社

指定参考书

《计算机网络》（第2版）

《计算机网络》用自顶向下方法描述因特网特色（第2版）

作者

吴功宜

JimKuroseA著，陈鸣等译

出版社及

出版时间

清华大学出版社2008年1月

人民邮电出版社

授课教师

覃少华

职称

副教授

单位

计信学院

授课时间

2007-2008年第2学期

注：

表中（）选项请打“√”

广西师范大学教案

周次

第8周，第1次课2008年4月7日

备注

章节

名称

第5章运输层§5.5§5.6§5.7

授课

方式

理论课（√）；实践课（　）；实习（　）

教　学

时　数

3

教

学

目

的

及

要

求

1.了解TCP报文格式的组成及其意义，从而掌握TCP工作原理；

2.掌握TCP可靠传输的实现方法；

3.掌握利用滑动窗口实现TCP流量控制。

教　学主要　内　容　

时　间

分　配

一、课前复习

1．为何需要引入运输层？

2．运输层提供哪两种传输服务？

二、新课引入

1.由于UDP传输协议提供的是面向报文的不可靠的数据传输能力，因此它的报头格式非常简洁，只有固定的8个字节。

（伪首部的长度是12个字节）

2．TCP提供的是可靠的面向字节的数据传输服务，它是建立在IP层尽最大努力服务的基础之上，因此，可以想象TCP将会比UDP更为复杂。

那么，TCP究竟应该怎样设计其首部格式，才能做到可靠的数据传输呢？

下面我们就来学习TCP报文段的首部格式，看看它是如何设计的？

三、新课内容

第　1　页

教

学

重

点

与

难

点

§5.5TCP报文段的首部格式

一、TCP报文首部由固定部分和可选部分组成

1．固定部分（20字节）

2．可选部分（最大40字节，须满足4N为边界）

（如教材第194图5-14所示）

二、TCP首部各字段的作用

1．源端口号（0~65535）

占2字节，需要对方回应时需要。

不需要时填0（保留）

2．目的端口号（0~65535）

占2字节，接收端向应用进程交付报文时使用

3．序号（0~232-1）

占4字节，对报文中的每一个字节编号，循环使用

4．确认号

占4字节，表示接收方期望收到的下一个报文段的第一个数据字节的序号

如B接收到A的报文的序号是201，数据长度为200字节（201~400），则确认序号应为401。

5．数据偏移

占4比特，它指出报文中TCP首部的长度。

单位为4字节，因此，首部长度最大值是60字节。

6．保留

占6比特，保留，目前全为0。

7．紧急URG（URGent）

URG=1，表明紧急指针字段有效。

此时发送进程紧急数据插入到正常数据段的最前面，提前发送。

8．确认ACK（ACKnowlegment）

ACK=1，表明确认号字段有效。

反之，确认号字段中的值被视为无效。

9．推送PSH

PSH=1，接收端立即将收到的报文段交付给应用进程，而不等缓冲区填满再交付。

10．复位RST

RST=1，表明TCP连接出严重差错，必须释放后重新建立连接。

还可用来拒绝一个非法的报文段或拒绝打开一个连接。

（5.9节将进一步讨论如何建立连接）

备注

11．同步SYN（SYNchronization）

SYN=1，表示该报文是一个连接请求或连接接受报文。

SYN=1，ACK=0，表示连接请求；

SYN=1，ACK=1，表示连接接受。

12．终止FIN

FIN=1，表明报文传送结束，并要求释放连接。

13．窗口（0~216-1）

占2字节，发送方向接收方通告自己的接收窗口。

例如：

确认号=700，窗口=1000。

发送方还可接收1000字节，从700~1699。

14．检验和

占2字节，包括整个TCP报文和TCP伪首部（12字节），与UDP类似，其中协议号字段由17变为6，UDP长度变为TCP长度。

15．紧急指针

占2字节，仅当URG=1时有意义，它指出了紧急数据的未尾在报文中的位置（紧急数据之后就是普通数据），即使窗口为零也可发送。

16．可选项

长度可变，最大可达40字节。

（1）最大报文段长度MSS，它指明TCP报文中数据部分的最大长度。

缺省为536字节，再加上首部共556字节。

（2）其中选项如：

窗口扩大、时间戳、选择确认等选项。

启发提问

1．UDP也需要伪首部，TCP伪首部与UDP伪首部有何不同？

2．接收方如何构造伪首部进行报文校验？

3．为什么需要MSS？

4．高速网络中的序号翻转问题？

1Gb/s发送速率，不到4.3秒序号就会发生翻转。

教

学

手

段

参

考

资

料

教

学

重

点

与

难

点

§5.6TCP可靠传输的实现

一、TCP中的滑动窗口

1．发送窗口

（1）以字节为单位，窗口的大小表示当前允许发送的最大字节数。

（2）发送窗口的移动。

总结发送窗口前后沿移动条件。

2．接收窗口

只能对顺序到达的最高序号给出确认，然后移动。

3．小结

（1）发送窗口总是经常发生变化的，接收窗口主要取决于接收缓存的大小；

（2）对不按序到达的数据如何处理，TCP没有明确规定；

（3）要求接收方具有累积确认功能。

二、超时重传的时间选择

1．往返时间RTT

对RTT进行加权平均得到RTTs，即：

RTTs=（1-α）×（旧的RTTs）+α×（新的RTT样本）

其中0≤α＜1，α=0.125。

2．超时重传时间RTO

RTO=RTTs+4×RTTD

新的RTTD=（1-β）×（旧的RTTD）+β×∣RTTs-新的RTT样本∣，其中β=0.25,初始时，RTTD等于RTT样本的一半。

3．RTT测量难题

（1）测不准

（2）Karn算法

计算RTTs时，不采用发生了重传的RTT。

这样做虽然能够得到较准确的RTTs和RTO，但是带来了新的问题：

一旦报文段的时延突然增多，超时重传的时间将无法更新，就会不断发生超时重传现象。

解决办法：

发生重传后，把RTO增大为原来的2倍，不发生重传时，采用前述公式计算。

备注

三、选择确认SACK

1．若收到的报文段本身无差错，只是未按序号，采用选择确认是一种较好的方法。

2．需要在TCP首部的可选项中选用SACK功能，占用一个字节，还需要一个字节指明该选项占用多少个字节。

剩余38字节，最多只能指明4个不连续数据块的边界信息。

启发提问

1．滑动窗口的移动及变化规律或条件？

2．超时重传时间的确定思想及方法？

教

学

手

段

参

考

资

料

教

学

重

点

与

难

点

§5.7TCP流量控制

一、TCP采用可变的滑动窗口实现流量控制

1．什么是流量控制

（1）控制发送方的数据发送速率不要太快，使接收端能够来得及接收。

2．举例说明流量控制过程

教材203页图5-22。

图中接收窗口rwnd=400,300,100,0

3．接收窗口为0后，再次变为非0，可能出现什么潜在的问题？

（1）可能发生死锁；

（2）解决办法：

收到rwnd=0的一方，启动持续计时器，计时到发送探测报文。

4．TCP对于接收窗口为零的规定。

教材204页最下面一行。

二、TCP传输的效率问题

1．报文段发送时机选择

（1）若缓存中的数据达到MSS，应立即发送。

（2）发送方应用进程指明要求立即发送，PUSH操作。

（3）发送方的计时器到时，把当前缓冲区中的数据发出。

2．TCP中广泛使用的Nagle算法

（1）开始选发一个字节，试探；

（2）收到确认后，将缓存中数据封装成报文段发出；

（3）继续

（2）。

上述算法当数据到达较快，而网络速度较慢时，可以明显减少所用的网络带宽。

注：

Nagle还规定，当到达的数据达到发送窗口大小的一半或MSS时，立即发送一个报文段。

3．湖涂窗口综合症问题

接收方缓存满后，应用进程每次只读走一个字节，就向发送方返回确认，并发rwnd=1，就会引发该问题。

解决办法：

让接收方延时确认，等接收缓冲区有更多的空闭时再发确认。

备注

启发提问

1．TCP流量控制的目的是什么？

2．如何解决接收窗口为零可能导致的死锁问题？

教

学

手

段

参

考

资

料

TCP报文首部格式

发送缓存

接收缓存