1、實驗五、傳輸層協(xié)議分析5.1. 實驗?zāi)康?理解TCP報文首部格式和字段的作用，TCP連接的建立和釋放過程，TCP數(shù)據(jù)傳輸中編號與確認(rèn)的作用。5.2 實驗內(nèi)容應(yīng)用TCP應(yīng)用程序傳輸文件，截取TCP報文，分析TCP報文首部信息，TCP連接的建立過程，TCP數(shù)據(jù)的編號和確認(rèn)機制。5.3 實驗原理 TCP協(xié)議是傳輸控制協(xié)議的簡稱，工作在網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議之上，是面向連接的，可靠的，端到端的傳輸層協(xié)議。1 TCP的報文格式TCP報文段分為頭部和數(shù)據(jù)兩部分，如圖1：圖1 TCP報文段的總體結(jié)構(gòu)TCP首部TCP數(shù)據(jù)部分TCP報文段首部又分為固定部分和選項部分，固定部分為20B，如圖2所示，這些字段的組合實現(xiàn)了TCP

2、的所有功能。圖2 TCP報文段的首部 0 15 31源端口目的端口序號確認(rèn)號頭部長度（4bit）保留URGACKPSHRSTSYNFIN窗口校驗和緊急指針選項（長度可變）填充TCP采用傳輸輸連接的方式傳送TCP報文，傳輸連接包括連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放三個階段。2 TCP連接的建立TCP連接建立采用“3次握手”方式。首先，主機A的TCP向主機B的TCP發(fā)出連接請求報文段，其首部中的同步位SYN應(yīng)置1，同時選擇一個序號X，表明在后面?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)時的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的序號是X+1，如圖3所示：被動打開主動打開確認(rèn)連接請求圖3 TCP連接建立的3次握手過程然后，主機B的TCP收到連接請求報文段后，若同

3、意，則發(fā)回確認(rèn)。在確認(rèn)報文段中應(yīng)將SYN和ACK都置1，確認(rèn)號應(yīng)為X+1，同時也為自己選擇一個序號Y。最后，主機A的TCP收到B的確認(rèn)后，要向B發(fā)回確認(rèn)，其ACK置1,確認(rèn)號為Y+1，而自己的序號為X+1。TCP的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，SYN置1的報文段都要消耗掉一個序號。同時，運行客戶進程的主機A的TCP通知上層應(yīng)用進程，連接已經(jīng)建立。當(dāng)主機A向B發(fā)送第一個數(shù)據(jù)報文段時，其序號仍為X+1，因為前一個確認(rèn)報文段并不消耗序號。當(dāng)運行服務(wù)器進程的主機B的TCP收到主機A的確認(rèn)后，也通知其上層應(yīng)用進程，連接已經(jīng)建立。另外，在TCP連接建立的過程中，還利用TCP報文段首部的選項字段進行雙方最大報文段長度MSS協(xié)商

4、，確定報文段的數(shù)據(jù)字段的最大長度。雙方都將自己能夠支持的MSS寫入選項字段，比較之后，取較小的值賦給MSS，并應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳送階段。 3. TCP數(shù)據(jù)的傳送 為了保證TCP傳輸?shù)目煽啃裕琓CP采用面向字節(jié)的方式，將報文段的數(shù)據(jù)部分進行編號，每個字節(jié)對應(yīng)一個序號。并在連接建立時，雙方商定初始序號。在報文段首部中，序號字段和數(shù)據(jù)部分長度可以確定發(fā)送方傳送數(shù)據(jù)的每一個字節(jié)的序號，確認(rèn)號字段則表示接收方希望下次收到的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號，即表示這個序號之前的數(shù)據(jù)字節(jié)均已收到。這樣既做到了可靠傳輸，又做到了全雙工通信。 當(dāng)然，數(shù)據(jù)傳送階段有許多復(fù)雜的問題和情況，如流量控制、擁塞控制、重傳機制等，本次實驗

5、不探究。 4TCP連接的釋放 在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，通信的雙方都可以發(fā)出釋放連接的請求。TCP連接的釋放采用“4次握手”。如圖 圖4 TCP連接釋放的4次握手過程首先，設(shè)圖4中主機A的應(yīng)用進程先向其TCP發(fā)出釋放連接的請求，并且不再發(fā)送數(shù)據(jù)。TCP通知對方要釋放從A到B這個方向的連接，將發(fā)往主機B的TCP報文段首部的中止位置1，其序號X等于前面已傳送過的數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)的序號加1。主機B的TCP收到釋放連接通知后即發(fā)出確認(rèn)，其序號為Y，確認(rèn)號為X+1，同時通知高層應(yīng)用進程，如圖中的箭頭。這樣從A到B的連接就被釋放了，連接處于半關(guān)閉狀態(tài)，相當(dāng)于主機A對主機B說“我已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送了。但是如果你還有

6、數(shù)據(jù)要發(fā)送，我仍然接收。”此后，主機B不再接收A發(fā)來的數(shù)據(jù)。但若主機B還有一些數(shù)據(jù)要發(fā)給A，則可以繼續(xù)發(fā)送（這種情況很少）。主機A只要正確收到數(shù)據(jù)，仍然向B發(fā)送確認(rèn)。若主機B不再向主機A發(fā)送數(shù)據(jù)，其應(yīng)用進程就通知TCP釋放連接，如圖中的箭頭。主機B發(fā)出的連接釋放報文段必須將中止位FIN和確認(rèn)位ACK置1，并使其序號仍為Y（因為簽名發(fā)送的確認(rèn)報文段不消耗序號），但是還必須重復(fù)上次已經(jīng)發(fā)送過的ACKX+1。主機A必須對此發(fā)出確認(rèn)，將ACK置1，ACK=Y+1,而自己的序號仍然是X+1，因為根據(jù)TCP標(biāo)準(zhǔn)，前面發(fā)送過的FIN報文段要消耗掉一個序號。這樣就把B到A的反方向的連接釋放掉。主機A的TCP再

7、向其應(yīng)用進程報告，整個連接已經(jīng)全部釋放。5.4 實驗步驟步驟1 在sniffer中設(shè)置過濾條件，協(xié)議為TCP HTTP，地址為本機>any，并開始截獲報文步驟2 打開，完成后，分析捕獲的報文。這里，TCP的連接和建立采用的是： 方式，本機是 ，遠(yuǎn)端主機是 。步驟3 分析TCP連接建立過程的前3個報文，填寫下表1：表1 TCP建立過程的三個報文信息字段名稱第一條報文第二條報文第三條報文報文序號Sequence NunberACK NumberACKSYN步驟4 分析截獲報文中數(shù)據(jù)發(fā)送部分的第一條TCP報文及其確認(rèn)報文，將報文中的字段值填寫在表格2中。表2 TCP報文首部信息字段名長度字段值字段意義發(fā)送報文確認(rèn)報文步驟5 TCP連接建立時，其報文首部與其它TCP報文不同，有一個option字段，它的作用是什么？結(jié)合IEEE802.3協(xié)議規(guī)定的以太網(wǎng)最大幀長分析此數(shù)據(jù)是怎么得出來的？步驟6 分析TCP數(shù)據(jù)傳送階段的前8個報文，將報文信息填入表3：表3 TCP數(shù)據(jù)傳送部分的前8個報文報文序號報文種類序號字段確認(rèn)號字段數(shù)據(jù)長度被確認(rèn)報文序號窗口5.5 試驗總結(jié)在實驗中，通過分析截獲的TCP報文首