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本章将介绍TCP为应用层提供的服务#xff0c;以及TCP首部中的各个字段。随后的几章我们在了解TCP的工作过程中将对这些字段作详细介绍。
对TCP的介绍将由本章开始#xff0c;并一直包括随后的7章。第18章描述如何建立和终止一个TCP连接#xff0c;第19和第20章将…17.1 引言
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。随后的几章我们在了解TCP的工作过程中将对这些字段作详细介绍。
对TCP的介绍将由本章开始并一直包括随后的7章。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。
17.2 TCP的服务
尽管TCP和UDP都使用相同的网络层IPTCP却向应用层提供与UDP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。
面向连接意味着两个使用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。这一过程与打电话很相似先拨号振铃等待对方摘机说“喂”然后才说明是谁。在第18章我们将看到一个TCP连接是如何建立的以及当一方通信结束后如何断开连接。
在一个TCP连接中仅有两方进行彼此通信。在第12章介绍的广播和多播不能用于TCP。
TCP通过下列方式来提供可靠性
应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。这和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段segment参见图1-7。在18.4节我们将看到TCP如何确定报文段的长度。当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。在第21章我们将了解TCP协议中自适应的超时及重传策略。当TCP收到发自TCP连接另一端的数据它将发送一个确认。这个确认不是立即发送通常将推迟几分之一秒这将在19.3节讨论。TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一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将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段希望发端超时并重发。既然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将对收到的数据进行重新排序将收到的数据以正确的顺序交给应用层。既然IP数据报会发生重复TCP的接收端必须丢弃重复的数据。TCP还能提供流量控制。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。
两个应用程序通过TCP连接交换8bit字节构成的字节流。TCP不在字节流中插入记录标识符。我们将这称为字节流服务byte stream service。如果一方的应用程序先传10字节又传20字节再传50字节连接的另一方将无法了解发方每次发送了多少字节。收方可以分4次接收这80个字节每次接收20字节。一端将字节流放到TCP连接上同样的字节流将出现在TCP连接的另一端。
另外TCP对字节流的内容不作任何解释。TCP不知道传输的数据字节流是二进制数据还是ASCII字符、EBCDIC字符或者其他类型数据。对字节流的解释由TCP连接双方的应用层解释。 这种对字节流的处理方式与Unix操作系统对文件的处理方式很相似。Unix的内核对一个应用读或写的内容不作任何解释而是交给应用程序处理。对Unix的内核来说它无法区分一个二进制文件与一个文本文件。 17.3 TCP的首部
TCP数据被封装在一个IP数据报中如图17-1所示。
图17-2显示TCP首部的数据格式。如果不计任选字段它通常是20个字节。
每个TCP段都包含源端和目的端的端口号用于寻找发端和收端应用进程。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。
有时一个IP地址和一个端口号也称为一个插口socket。这个术语出现在最早的TCP规范RFC793中后来它也作为表示伯克利版的编程接口参见1.15节。插口对socketpair(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TCP发端向TCP收端发送的数据字节流它表示在这个报文段中的的第一个数据字节。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32 bit的无符号数序号到达2^321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ISNInitial 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将在下章详细介绍如何建立和终止连接届时我们将看到FIN标志也要占用一个序号。
既然每个传输的字节都被计数确认序号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。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。
TCP为应用层提供全双工服务。这意味数据能在两个方向上独立地进行传输。因此连接的每一端必须保持每个方向上的传输数据序号。
TCP可以表述为一个没有选择确认或否认的滑动窗口协议滑动窗口协议用于数据传输将在20.3节介绍。我们说TCP缺少选择确认是因为TCP首部中的确认序号表示发方已成功收到字节但还不包含确认序号所指的字节。当前还无法对数据流中选定的部分进行确认。例如如果11024字节已经成功收到下一报文段中包含序号从20493072的字节收端并不能确认这个新的报文段。它所能做的就是发回一个确认序号为1025的ACK。它也无法对一个报文段进行否认。例如如果收到包含10252048字节的报文段但它的检验和错TCP接收端所能做的就是发回一个确认序号为1025的ACK。在21.7节我们将看到重复的确认如何帮助确定分组已经丢失。
首部长度给出首部中32 bit字的数目。需要这个值是因为任选字段的长度是可变的。这个字段占4bit因此TCP最多有60字节的首部。然而没有任选字段正常的长度是20字节。在TCP首部中有6个标志比特。它们中的多个可同时被设置为1。我们在这儿简单介绍它们的用法在随后的章节中有更详细的介绍。
TCP的流量控制由连接的每一端通过声明的窗口大小来提供。窗口大小为字节数起始于确认序号字段指明的值这个值是接收端正期望接收的字节。窗口大小是一个16 bit字段因而窗口大小最大为65535字节。在24.4节我们将看到新的窗口刻度选项它允许这个值按比例变化以提供更大的窗口。
检验和覆盖了整个的TCP报文段TCP首部和TCP数据。这是一个强制性的字段一定是由发端计算和存储并由收端进行验证。TCP检验和的计算和UDP检验和的计算相似使用如11.3节所述的一个伪首部。
只有当URG标志置1时紧急指针才有效。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。我们将在20.8节介绍它。
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。我们将在18.4节更详细地介绍MSS选项TCP的其他选项中的一些将在第24章中介绍。
从图17-2中我们注意到TCP报文段中的数据部分是可选的。我们将在18章中看到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。
17.4 小结
TCP提供了一种可靠的面向连接的字节流运输层服务。我们简单地介绍了TCP首部中的各个字段并在随后的几章里详细讨论它们。
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。
